Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Субструктура в металлах с различными решетками

20.04.2019

Эксперименты, выполненные Каном, показали, что субзерна возникают при нагреве тех металлических образцов, деформация которых была неоднородна, т. е. локальные объемы металла претерпевали изгиб, хотя ко всему образцу и не был приложен макроскопический изгибающий момент. Подобный локальный изгиб существует всякий раз, когда при деформировании действует больше, чем одна система скольжения. Поэтому можно получить субструктуру в большинстве металлов с кубической сингонией после обычной деформации растяжением. В случае же монокристаллов металлов с гексагональной решеткой, таких как цинк или кадмий (в которых действует главным образом одна система скольжения), значительная деформация растяжением и последующий нагрев будут приводить к возврату различных свойств без протекания полигонизации или рекристаллизации.

Для металлов с кубической решеткой имеются различия между субструктурой, образованной непосредственно в ходе деформации, и субструктурой, возникающей в результате нагрева холоднодеформированного металла. Так, на алюминии, Круссар, пользуясь рентгеноструктурным методом, обнаружил полигонизацию после нагрева растянутых кристаллов на 350—400° С. Позже при использовании более тонкой рентгеновской методики Гинье и Теневеном было показано, что наиболее тонкая субструктура наблюдается как на самых ранних стадиях последеформационного нагрева, так и сразу же после деформации алюминия при комнатной температуре. Этот вывод впоследствии был обстоятельно подтвержден рентгеновскими исследованиями с применением микропучка и трансмиссионной электронной микроскопии, в результате чего стало ясно, что в металлах с кубической решеткой субзерна возникают уже в процессе деформации. В ряде деформированных при комнатной температуре металлов субзерна, размер которых составляет порядка 2 мкм, не растут или весьма незначительно увеличиваются при нагреве до 200° С. Если все эти наблюдения четко прослеживаются на алюминии, то на других металлах с кубической решеткой, таких как никель, медь, железо или нержавеющая сталь 18-8, сразу после деформации не удается обнаружить четких, регулярных субзерен.

Исследования структуры деформированных металлов с помощью трансмиссионной электронной микроскопии показали, что существуют различия между такими металлами, как нержавеющая сталь 18-8, латунь или медноалюминиевые сплавы, имеющими весьма низкую энергию дефектов упаковки, и медью, серебром и золотом, имеющими среднее значение энергии дефектов упаковки. В металлах с низкой энергией дефектов упаковки дислокации движутся и остаются в своих плоскостях скольжения при небольших деформациях, образуя таким образом плоские скопления у препятствий, в частности у границ зерен в поликристаллах. Только при существенном увеличении степени деформации начинают образовываться сложные сетки вступающих во взаимодействие дислокаций, и становится трудным распознать плоскости (системы) скольжения.

В случае меди и металлов, имеющих близкую по величине энергию дефектов упаковки, неправильные дислокационные сетки начинают образовываться уже при небольших степенях деформации. Затем они выстраиваются в ячеистую структуру, состоящую из объемов относительно свободных (чистых) от дислокаций, отделенных друг от друга дислокационными стенками или сплетениями с высокой плотностью дислокаций. Отдельные ячейки разориентированы одна относительно другой, но внутри них содержится намного больше дислокаций, чем, например, в алюминии (высокая энергия дефектов упаковки) после больших деформаций; поэтому ячейки в меди разделяются нечеткими (неострыми) границами.

Эксперименты на серебре и меди показали, что четкая субзеренная структура получается в этих металлах лишь после деформации при повышенных температурах. Бейли и Хирш измерили накопленную энергию в деформированном серебре и нашли, что она почти точно соответствует собственно энергии дислокаций в плотно сгущенных сплетениях (границах ячеек). Это означает, что поля напряжений от плоских скоплений релаксируют при образовании ячеистой структуры. Средний размер ячейки для меди возрастает от 0,6 (деформация при -196° С) до 1,8 (деформация при 400° С) и 7 мкм (деформация при 650° С). Ширина границ ячеек изменяется от 1500 А для деформации при -196° С и комнатной температуре до 500 А в случае деформации при 400° С. Малые размеры ячеек объясняют большие ошибки, получаемые при рентгеновском анализе, и непригодность этой методики для обнаружения полигонизации в меди.

Имеется хорошее соответствие между структурой деформированных металлов и сплавов с гранецентрированной кубической решеткой и их энергиями дефектов упаковки. В алюминии, обладающем высокой энергией дефекта упаковки, энергия активации процесса поперечного скольжения низка. Поперечное скольжение можно наблюдать непосредственно в ходе электронномикроскопического исследования тонких фольг на просвет. Процесс переползания краевых дислокаций, для осуществления которого необходимо участие вакансий, созданных деформацией, также облегчен в случае, когда дислокации не расщеплены (или легко стягивается). В результате этого процесса образуется четкая субзеренная структура.

В металлах, дислокации которых имеют невысокую энергию дефекта упаковки, поперечное скольжение затруднено и возможно только в случае достижения предельно высоких значений эффективного локального напряжения сдвига, присущего данному металлу. Наблюдаемая в этих металлах ячеистая структура свидетельствует о том, что часть дислокаций покидает свои плоскости скольжения подобным путем, и при этом «пики» напряжений от плоских скоплений релаксируют. Таким образом, возможность более или менее легкого осуществления поперечного скольжения является основным условием для получения субзеренной структуры разной степени совершенства (законченности) непосредственно после деформации.

Приведенные результаты по существу прекращают дискуссии между исследователями, которые считают (например, Вуд), что субзеренная структура всегда образуется при деформации, и другими исследователями, которые, напротив, считают, что необходимая перегруппировка дислокаций в классической схеме полигонизации (по Кану) возможна только в результате последеформационного нагрева. Для различных металлов и для различных условий (степеней) деформирования оба эти утверждения могут оказаться справедливыми. Так, достоверно установлено, что после нагрева в металлах, деформированных на малую (до 3—5%) величину, возникает субструктура, которой вообще могло не быть после деформации. Если же в результате деформации была сформирована субструктура, то после нагрева она становится более совершенной, с четкими полигонизованными субграницами.

Формирование субструктуры после малой деформации, в частности, изучали (методом декорирующего травления) на а-латуни (Жаке). Наблюдали, что дислокации, которые после небольшой деформации очерчивали линии скольжения, после нагрева оформляли субзерна, располагаясь преимущественно в субграницах и в меньшей мере внутри субзерен. При повышении температуры последеформационного нагрева субзерна становились больше и совершеннее, с весьма небольшим количеством дислокаций внутри них. При большей (до 7—10%) деформации металлов с гранецентрированной кубической решеткой образование развитой субструктуры непосредственно в результате деформирования возможно в тех случаях, когда энергия дефектов упаковки велика (135—150 эрг/см2 для алюминия), а стягивание расщепленных дислокаций и их выход из плоскостей скольжения облегчены. Если значение энергии дефектов упаковки мало (10—20 эрг/см2 для хромникелевого сплава типа 18-8), то после умеренной деформации дислокации остаются в своих плоскостях скольжения, и возможно образование плоских скоплений. Развитая субструктура полигонизации образуется лишь после соответствующего нагрева. В металлических кристаллах, в которых энергия дефектов укладки имеет промежуточное значение (40—50 эрг/см2 для меди), после деформирования обнаруживается слабо развитая субструктура с большим количеством дислокаций внутри субзерен, и только лишь в результате последеформационного нагрева удается создать четкую (завершенную) субзеренную структуру полигонизации.

В случае значительной деформации, когда температура рекристаллизации оказывается достаточно низкой, при последеформационном нагреве чаще всего сразу проходит рекристаллизация, и тогда полигонизации в этом случае вообще не наблюдается.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: