Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Подвижность границ. Текстура рекристаллизации

20.04.2019


Скорость роста свободного от искажений кристалла (зерна) в поликристаллическом теле является функцией его разориентации относительно другого кристалла, стыкующегося с ним на данном участке границы, Для характеристики процесса роста зерен необходимо знать три параметра структуры поликристаллического металла:

а) ось разворота зерен; б) угол их разворота — для совмещения решеток в стыкующихся зернах; в) собственную ориентацию границы в пространстве.

Рассмотрим подвижность границ при двух крайних случаях разориентации — подвижность мало- и большеугловых границ. Экспериментально показано, что большеугловые границы обладают более высокой подвижностью, чем малоугловые и особенно среднеугловые. Последние определяют полукогерентное сопряжение кристаллов, отсюда невысокую искаженность приграничных объемов и небольшой термодинамический стимул к миграции. Если же угол разориентации настолько мал, что обеспечивается полная когерентность сопряжения кристаллов (например, двойниковая поверхность), то, несмотря на подвижность под влиянием внешне приложенного напряжения, такая малоугловая граница (наклона) не будет легко подвижной в условиях, когда эта подвижность определяется индивидуальным перемещением атомов через поверхность раздела.

Наблюдения с помощью термоионного эмиссионного микроскопа (Ратенау) показали, что некогерентные границы в отожженном никельжелезном сплаве мигрируют в процессе нагрева, определяющего рост зерен, гораздо легче, чем когерентные границы, оказавшиеся в условий данного эксперимента практически неподвижными. Becьма вялое укрупнение субзерен при полигонизации также может служить доказательством низкой подвижности среднеугловых границ (правда, в этом случае следует также учитывать общую низкую движущую силу для роста). Прямые измерения подвижности границ в бикристаллах свинец — серебро показали, что наименьшей подвижностью обладают среднеугловые границы с углом разориентации ~10°, для которых энергия активации миграции намного больше, чем для большеугловых границ.

Другой ориентационный эффект оказывается важным для понимания теории текстур рекристаллизации, возникающих в некоторых условиях нагрева и отличающихся от текстуры после холодной деформации. Эксперименты показывают, что не все большеугловые границы обладают одинаковой подвижностью, а часть «специальных» границ мигрирует гораздо быстрее, чем большинство других большеугловых границ. Так, при рекристаллизации алюминия зерна, имеющие разориентировку с матрицей ~40° по оси 111, растут гораздо интенсивнее, чем другие зерна (Бек). При вторичной рекристаллизации меди такой преимущественный рост был отмечен у зерен, разориентированных на 22° или на 38° по оси 111. Более поздние исследования показали, что такой же высокой подвижностью в меди при определенных условиях деформации и нагреве обладают также границы с углом разориентировки 28° по оси 100. Преимущественная миграция определенных («специальных») большеугловых границ связана с созданием при этих разориентировках повышенной плотности «совпадающих мест» на границе стыкующихся зерен (Кронберг и Вильсон), облегчающих атомный переход на данной границе и отсюда ее высокую подвижность.

Из сказанного следует, что влияние примесей, которые в общем случае тормозят миграцию границ, следует рассматривать в сочетании с характером разориентации, созданной у данной границы. Некоторые результаты, полученные на зонноочищенном свинце, приведены на рис. 86 (Ост). Из рисунка видно, что примеси замедляют скорость миграции границ, причем серебро действует эффективнее, чем олово, но интенсивность замедления зависит от разориентации границ. Так, для «специальных» границ, обладающих повышенной скоростью миграции, замедление скорости миграции под влиянием примесей много меньше, чем замедление для всех «произвольных» границ вообще. В описываемых экспериментах на зонноочищенном свинце не наблюдали специальных (высокоподвижных) границ при 300° С; они не были обнаружены и при добавке к свинцу серебра, а также золота. Только при добавке олова в количестве (5—40)*10в-4 % (ат.) эти специальные границы наблюдали в свинце при 300° С. Можно предположить, что специальные границы благодаря специфичности своего строения — большое число совпадающих мест и тесная связь с кристаллографией стыкующихся по этой границе зерен — являются малоустойчивыми. Их закрепление (фиксация) может происходить при добавке определенных примесей, которые при конкретной концентрации будут «оседать» на таких границах. В этих условиях специальные границы могут быть сохранены в кристалле, и тогда может быть проявлена их способность к преимущественной миграции в заданных условиях нагрева. Описанные результаты могут быть распространены на другие металлы и сплавы. Они свидетельствуют о том, что специальные границы могут мигрировать много быстрее всех остальных («произвольных») высокоугловых границ только в присутствии определенных примесей и при каком-то критическом их содержании.

Для того чтобы сделать более определенными эксперименты по определению скорости миграции высокоугловых границ различного типа при содержании разных примесей, необходимо создать условия, когда будет обеспечена большая движущая сила для миграции. Это возможно осуществить в экспериментах по рекристаллизации сильно деформированных металлов. Было подтверждено существование преимущественной миграции некоторых специальных границ при рекристаллизационном нагреве сильно деформированного зонноочищенного алюминия, содержащего критическое количество меди в пределах (2-50)*10в-4 % (ат.). Такая же преимущественная миграция специальных границ была найдена и в сплаве алюминия с железом, кремнием и цинком при рекристаллизации после прокатки с обжатием 80%.

Таким образом, наиболее четкая текстура рекристаллизации может быть получена в тех случаях, когда при равных прочих условиях в металле присутствуют определенные примеси в определенных (критических) количествах.

Полученные экспериментальные результаты о различном влиянии примесей на миграцию границ разной ориентации могут быть объяснены с позиций известных представлений о сегрегации примесей на границах зерен, причем в условиях роста зерен эти сегрегации в ряде случаев должны «сопровождать» мигрирующую границу. Поэтому естественным является замедление скорости миграции «произвольных» границ вообще при наличии примесей. Что касается специальных границ, то на них имеются лучшие условия сопряжения атомов решеток двух стыкующихся кристаллов (большее число совпадающих мест), и поэтому интенсивность взаимодействия между этими границами и примесями соответственно меньше, чем для вообще всех границ в металле.
Подвижность границ. Текстура рекристаллизации

Результаты, приведенные на рис. 86, показывают, что интенсивность взаимодействия границ с атомами серебра гораздо сильнее, чем с атомами олова. Это означает, что сегрегации олова селективны, т. е. они имеются не на всех границах. Сегрегации серебра в связи с высокой энергией взаимодействия границ с серебром возникают практически на всех границах в поликристаллическом свинце. Отсюда высокая подвижность специальных границ объясняется тем, что они приближаются к чистым (по примесям) границам. Селективные сегрегации становятся эффективными лишь при достижении определенной концентрации примеси, выше которой сегрегации существуют практически на всех границах.

Надо отметить, что, несмотря на многочисленные исследования, нельзя пока составить четких представлений о причинах, обусловливающих возникновение текстур рекристаллизации. Можно констатировать, что в металлах с г. ц. к. решеткой типичная текстура рекристаллизации имеет следующее соответствие к исходной текстуре после деформации: ось 111 поворачивается на угол ~40°. Это точно совпадает с сопряжением, характерным для специальных границ, имеющих повышенную плотность «совпадающих мест» и отличающихся наибольшей подвижностью по сравнению с другими большеугловыми границами В кремнистом железе, имеющем

о. ц. к. решетку, текстура рекристаллизации получается путем поворота оси 110 на ~30°, что также отвечает границам из совпадающих мест в о. ц. к. кристаллах.

В теории «ориентированного роста» (Бек) принято, что, хотя присутствуют зародыши всех ориентаций, текстура возникает в связи с различиями в скорости миграции границ разной ориентации. Такой селективный рост некоторых определенным образом ориентированных зародышей играет основную роль в формировании текстуры. В ряде экспериментов на металлах с г. ц. к. решеткой установлено, что только четыре из восьми эквивалентных компонентов текстуры, отвечающих 40° повороту по 111, были найдены в достаточном количестве. Это определяется тем, что существует определенная зависимость скорости миграции границы от ее собственной ориентации в пространстве. Например, если два зерна имеют общее направление 111, то границы, нормальные, к этому направлению и мигрирующие параллельно ему (двойниковые границы), перемещаются много медленнее, чем границы, содержащие это общее направление (границы наклона).

В работе Грэхема и Кана прямыми (рентгеновскими) методами подтверждено, что скорость роста рекристаллизованнкх зерен в растянутом алюминиевом монокристалле существенно зависит от разницы в кристаллографической ориентации между растущими рекристаллизованными зернами и деформированной матрицей, в которую эти зерна растут (рис. 87). Исключение составляет случай очень малой скорости роста, наблюдающейся тогда, когда новые зерна имеют очень близкую ориентацию к исходной деформированной матрице или близкую к двойниковой ориентации по отношению к матрице (для г. ц. к. кристаллов это -70°) для общей оси 110 (см. рис. 87).

Ли и Хиббард изучали соответствие между исходной текстурой деформации и зернами, образующимися в результате первичной рекристаллизации меди, алюминия, а-латуни и серебра. Было подтверждено, что при наличии обычной текстуры деформации типа (110) рекристаллизованные зерна имеют закономерную ориентацию, определяемую поворотом на 30° относительно каждого из четырех полюсов типа (111) матрицы.

Сложнее обстоит дело с переориентацией рекристаллизованных зерен в случае двойной текстуры деформации типа {110} 112, но и в этом случае может быть отмечена тенденция к повороту относительно полюса (111). В этой работе также показано, что справедливой для описания текстур рекристаллизации является теория «ориентированного роста», а не теория «ориентированного зарождения». Вообще в случае исходной двойной текстуры деформации получение текстуры рекристаллизации затруднительно.

Бастиен и Покорны подтвердили, что преимущественной ориентацией при рекристаллизации меди является 111, однако примеси, добавляемые к ней (сурьма, мышьяк или серебро), затрудняют формирование ориентированной структуры в результате рекристаллизации. Надо отметить, что количество примесей, необходимое для подавления ориентированного роста при рекристаллизации, оказывается весьма малым (например, 1% As или 0,5% Ag или 0,4% сурьмы), причем эти количества не влияют на характер образующейся текстуры деформации.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: