Двойникование металлов
Пластическая деформация кристаллических тел может осуществляться не только скольжением, но и двойникованием. Роль этого процесса возрастает со снижением температуры и (или) повышением скорости деформации. При двойниковании кристаллит делится обычно скачкообразно плоскостью двойникования на две части, и кристаллическая решетка в одной его части становится зеркальным отображением решетки в другой части (рис. 23).
Видимые на микрофотографиях (рис. 24, а) прямые границы двойников представляют собой следы пересечения групп плоскостей двойникования на границе матрица — двойник с поверхностью шлифа. На границах двойников согласно механизму образования последних должна быть когерентная связь между атомами в матрице и в двойнике. Когерентный характер границ двойника определяет их собственную низкую энергию (по сравнению с обычными некогерентными границами) и отсюда их высокую устойчивость, например при нагреве. Поэтому двойники в структуре металлов, например с г. п. у. решеткой, исчезают с большим трудом и при весьма высоких температурах нагрева.
В общем случае исчезновение двойника может происходить при движении (миграции) некогерентной границы, которой в случае двойника, ограниченного двумя параллельными линиями, является его торцовая граница. Поэтому при нагреве часто происходит укрупнение двойников — образуются двойники отжига (рекристаллизации), которые по существу являются выросшими («соединенными») двойниками деформации.
На полированных и травленых микрошлифах двойники выглядят как светлые или темные полосы (см. рис. 24) в зависимости от ориентировки вышедшей на поверхность шлифа двойниковой области, а отсюда большей или меньшей ее травимости в зависимости от соотносительной величины поверхностной энергии.
Двойник никогда не пересекает границы зерна. Иногда он заканчивается внутри зерна и даже не доходит до границы. В ряде случаев, когда двойник заканчивается у границы зерна, напряжения, возникшие при его образовании, являются причиной появления второго двойника в соседнем зерне, начинающегося в этом же участке границы. Естественно, что ориентировки обоих двойников различны и определяются ориентировкой зерен.
Для того чтобы при микроструктурном исследовании отличить двойники от полос скольжения, надо производить попеременно операции полировки и травления шлифов. Полосы скольжения имеют преимущественно поверхностный характер и сравнительно быстро исчезают при чередовании этих операций, тогда как двойники являются трехмерными образованиями и в большей мере простираются вглубь кристалла. Кроме того, в кристаллах с гексагональной или о. ц. к. решетками двойники деформации всегда гораздо шире полос скольжения.
Деформация двойникованием является преимущественным механизмом пластического течения металлов с весьма плотноупакованной решеткой (например, цинк, висмут и др.). Однако в определенных условиях (большая скорость и низкая температура деформации) двойникование, а также образование дефектов укладки могут наблюдаться и в металлах с о. ц. к. решеткой, например в железе, в котором возникают характерные узкие полосы Неймана (рис. 24,б). Так, наиболее четкие двойники были обнаружены в метеоритном железе, образовавшиеся, вероятно, в результате удара при падении метеорита.
В исследованиях последних лет, выполненных с использованием просвечивающей электронной микроскопии, показано, что и в металлах с г. ц. к. решеткой, даже после деформации при комнатной температуре, образуются двойники типа {111}. В частности, это было показано на сплаве Fe+25% Ni+0,5% С после прокатки со степенью обжатия 20%, а также после растяжения с остаточным удлинением 12—15%. Существование двойников деформации может быть зафиксировано при тщательном изучении травленых шлифов на оптическом микроскопе в темном и светлом поле, но наиболее полно это отмечается при электронномикроскопическом исследовании (рис. 25). Двойниковые пластинки небольшой толщины располагаются в полосах деформации, причем эти прослойки являются тормозящими барьерами для дислокаций, движущихся по другим системам.
