Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Полигонизация в поликристаллах

20.04.2019

В случае поликристаллических образцов из-за взаимодействия между различно ориентированными (к тmах) зернами деформация не будет однородной, и ее следует рассматривать как сложную. При определенных условиях сразу после деформации (без последующего нагрева) может возникать фрагментированная структура (субструктура).

Как показали исследования Жауля, во многих металлах при простом растяжении может развиваться фрагментация при условии превышения некоторых критических значений удлинения, называемых точками перехода. В алюминии разной чистоты при соответствующем удлинении (от 1,5 до 5%) напряжение достигает значений, при которых возможна активация поперечного скольжения, т. е. создается ситуация, характерная для стадии III — динамического возврата. Таким образом, смысл этих переходных (критических) значений деформации (удлинения) и напряжения состоит в том, что создаются условия для перегруппировки дислокаций, скопившихся до этого у препятствий. Можно полагать, что они распределяются в виде более или менее совершенных стенок, разделяющих мало разориентированные субзерна.

Деформация при несколько повышенной температуре (но близкой к комнатной) приводит уже к отчетливой фрагментации, к образованию субзерен. Эти субзерна разделены несовершенными субграницами, в которых собирается локальный избыток одноименных дислокаций. Это и есть несовершенная или начинающаяся полигонизация.

При нагреве деформированного металла, который, как было показано, уже в исходном состоянии является в большей или меньшей степени фрагментированным, будет наблюдаться развитие более совершенной полигонизации, если не происходит рекристаллизации. Стенки становятся более тонкими, а в объеме субзерен происходит взаимное уничтожение дислокаций разных знаков.

В зависимости от вида деформации (характера напряженного состояния) наблюдается различное развитие процесса полигонизации.

В случае чистого изгиба стенки являются сравнительно тонкими в результате собирания дислокаций в строго определенных плоскостях. Затем стенки срастаются при сохранении общей ориентации субзерен и перегруппировываются таким образом, что происходит «рекристаллизация на месте». В случае растяжения, когда образуются полосы сброса, эти последние оказываются неустойчивыми, и уже в результате умеренного нагрева происходит взаимное уничтожение этих субграниц.

Однако в тех случаях, когда микрополосы сброса оказываются блокированными в результате вторичного скольжения (за счет создания сложных сеток дислокаций), они приобретают повышенную устойчивость. Тогда при нагреве происходит полигонизация внутри микрополос сброса, получившая название «полигонизации слоями». Если средняя часть полосы не сильно разориентирована (иначе там может начаться рекристаллизация), то полигонизованная структура внутри полосы сброса будет достаточно четкой.

В крупнозернистых поликристаллических телах отдельные большие кристаллы могут иметь полосы сброса, и в них проявляется тенденция к полигонизации. В этом случае наблюдаются субграницы, параллельные полосам скольжения (субграницы скручивания), а также другие виды субграниц. По-видимому, при полигонизации поликристаллов одновременно или последовательно протекает несколько элементарных процессов.

1. Стенки, возникшие при чистом изгибе или при смешанной деформации, становятся более тонкими и образуют хорошо выраженные субграницы, легко выявляемые микроскопически. Это сопровождается исчезновением некоторых дислокаций, выпрямлением дислокационных линий под влиянием линейного натяжения и переползанием отдельных дислокаций, распределяющихся более равномерно вдоль стенки.

2. Субграницы, параллельные плоскости скольжения, стремятся к исчезновению при нагреве. Это означает, что субграницы скручивания уничтожают друг друга в результате движения винтовых дислокаций (по механизму поперечного скольжения) или соединяются с субграницами наклона с образованием смешанных субграниц.

В указанных случаях большое значение играет такой фактор, как расщепление дислокаций. Чем слабее развито расщепление дислокаций, тем легче происходит поперечное скольжение и переползание и тем легче происходит полигонизация.

3. Образованные в результате ряда процессов стенки могут перемещаться целиком (скольжением) и срастаться под влиянием поверхностного натяжения в связи с тенденцией к уменьшению энергии границ раздела. Кроме того, возможно срастание субзерен путем переползания дислокаций внутри стенки, приводящее к изменению угла. Все это приводит к росту субзерен (рекристаллизации на месте).

Срастание субзерен происходит тем легче, чем чище металл. Однако, по-видимому, в металлах с сильно расщепленными дислокациями, как, например, в меди, некоторые примеси могут способствовать полигонизации, если они увеличивают энергию дефекта упаковки.

Вертикальные стенки дислокаций, четко образующиеся во всем объеме при прошедшей полигонизации, обладают низкой энергией за счет уравновешивания полей напряжений от отдельных дислокаций при собирании их в стенку. Тогда полигонизованная структура оказывается настолько устойчивой, что в ряде случаев стенки (субграницы) обнаруживаются в наклепанном металле даже после нагрева на температуры выше обычной температуры рекристаллизации.

Кан указывает, что в монокристалле цинка некоторые субграницы, представляющие собой вертикальные стенки дислокаций, сохранялись при нагреве до температур, близких к точке плавления. В поликристаллическом никеле субграницы сохранялись при нагреве до температур около 800° С. В однородно деформированном железе устойчивые вертикальные стенки дислокаций внутри зерна наблюдаются в ряде случаев при нагреве на температуры, близкие к критической точке а—>у-превращения, а в стали, когда субграницы декорируются трудно растворимыми и весьма дисперсными карбидными частицами, субграницы сохраняются и после фазовой перекристаллизации.

Естественно, что образующиеся при полигонизации стабильные субграницы определяют повышение прочности (и жаропрочности) металлов. На практике это достигаетвя осуществлением ряда схем термомеханической обработки, в процессе которой формируется стабильная полигонизованная структура.

В ряде случаев рекристаллизация на месте на заключительной стадии формирования субзеренной структуры предшествует рекристаллизации в том смысле, что зародышами рекристаллизации могут быть выросшие субзерна. Однако на этой же заключительной стадии четко оформившейся полигонизации, когда формируются стабильные субграницы, обладающие низкой энергией и малой подвижностью, отсутствует стимул к дальнейшему изменению структуры: полигонизация как бы конкурирует с рекристаллизацией, имея в виду более вялое ее развитие в предварительно полигонизованном металле.

Рассматривая соотношение между процессами рекристаллизации и полигонизации, следует иметь в виду, что в реальных случаях не существует только полигонизованное или только рекристаллизованное состояние, а в большинстве случаев встречается наложение этих процессов и отсюда как бы непрерывный ряд промежуточных состояний. Так, имеются зародыши рекристаллизации, растущие за счет полигонизованной структуры, и в то же время наблюдаются определенные участки полигонизованной структуры с большими субзернами (т. е. «рекристаллизованные на месте»), которые иногда обладают свободной энергией, даже более низкой, чем энергия рекристаллизованных зерен.

Из изложенного очевидна трудность точного определения разновидностей структурных изменений, происходящих при нагреве деформированного металла, и, в частности, полигонизации в связи с тем, что уже при комнатной температуре структура внутри каждого кристалла весьма гетерогенна; наблюдается своеобразное развитие фрагментации, образование, правда, еще достаточно искаженных и несовершенных субзерен. Нагрев усиливает тенденцию к формированию субструктуры, повышая совершенство субзерен и уточняя окружающие их дислокационные стенки, которые постепенно превращаются в четкие субграницы. В этом процессе участвуют все виды движений дислокаций (в том числе термически активируемые), которые протекают последовательно или одновременно с различной интенсивностью. Такая фрагментация в конечном счете становится очень четкой, субзеренная структура весьма стабильной, и она оказывает решающее влияние на ряд важных свойств металлов и сплавов.

Таким образом, под полигонизацией следует понимать процесс изменения строения деформированного металла, в ходе которого происходит перераспределение дислокаций во все более четкие субграницы, причем по мере развития этого процесса образуются более совершенные и большие по размерам субзерна.

Общие закономерности изменений в субзеренной структуре деформированных металлов могут быть сведены к следующим.

1. Субзерна, понимая под этим термином слегка разориентированные друг относительно друга области в кристалле, могут образовываться (особенно четко в металлах с высокой энергией дефекта упаковки) уже в результате пластической деформации, даже при достаточно низких температурах, составляющих примерно 0,1 Тпл К. Известен только один вид деформации, который не сопровождается образованием субзерен, — чистый сдвиг (без изгиба) монокристаллов. В металлах с низкой энергией дефекта упаковки в условиях, когда в результате деформации образуются плоские скопления дислокаций, также не обнаруживается четкой субзеренной структуры.

2. Размер субзерен, образованных при равных условиях, тем меньше, чем ниже температура деформации, выше скорость и степень деформации (до определенных пределов) и степень легирования.

3. Нагрев в определенных условиях после деформации (собственно полигонизация) приводит к формированию более четкой и стабильной субструктуры, а также при повышении длительности или температуры полигонизационного нагрева к росту субзерен («рекристаллизация на месте»), определяющему дальнейшее уменьшение энергии, накопленной в субграницах на единицу объема. В результате увеличивается термодинамическая стабильность созданной субструктуры. Рост субзерен часто прерывается, особенно в деформированных поликристаллических металлах, преждевременно начинающейся рекристаллизацией, которая при дальнейшем развитии может уничтожить созданную субструктуру.

4. Скорость роста субзерен существенно увеличивается при одновременном с нагревом приложении напряжений, особенно в условиях, когда эти напряжения вызывают небольшие деформации. Этот эффект не наблюдается в случае обычного процесса роста зерен.

5. Сохранение упрочнения, созданного пластической деформацией, в значительной степени связано с характером образующейся субструктуры. Рост субзерен при последующем нагреве обусловливает лишь частичное снятие упрочнения. Полное снятие созданного при деформации упрочнения происходит только при сильном развитии процесса рекристаллизации.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: