WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 7 Проявления неустойчивости пластического течения в микроструктуре кристаллов щелочных галоидов © Е.Б. Борисенко, А.Г. Мелентьев Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия E-mail: borisenk@issp.ac.ru (Поступила в Редакцию 15 июля 2004 г.

В окончательной редакции 8 октября 2004 г.) Экспериментально исследованы условия пространственной локализации полос деформации, связанной с потерей устойчивости пластического течения монокристаллов LiF и KCl при деформации в диапазоне скоростей от 5 · 10-6 до 2 · 10-4 s-1. Изучены геометрические параметры полос локализованного сдвига (ПЛС) в зависимости от скорости и температуры деформации. Впервые для изучения рельефа ПЛС применен метод профилометрии поверхности, что позволило определить параметры ПЛС на ранних стадиях пластического течения (при степени деформации от 0.5 до 2%). Показано, что формирование и ветвление ступеней ПЛС на поверхности деформируемых кристаллов, связанные с процессами образования и движения дислокаций, носят иерархический характер. Экспериментально показано, что образование ПЛС является термоактивированным процессом, осуществляемым посредством скольжения дислокаций и контролируемым их переползанием.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 04-02-17140).

1. Введение Shift Bands) [3–8]. Параметры таких полос сдвига при деформации с постоянной скоростью приведены в Известно, что при усилении неоднородности деформа- табл. 1. В даной работе мы исследуем закономерности ции может наступить потеря устойчивости пластическо- формирования ПЛС в чистых кристаллах KCl и LiF в зависимости от скорости деформации (в отличие го течения, что приводит к локализации деформации [1].

Начало локализованного течения обычно сопровождает- от предшествующих работ [3–8], в которых изучались ся возникновением зуба текучести на диаграмме дефо- параметры локализации в зависимости от степени демарции. Спад напряжения может быть связан с „гео- формации и напряжения). Использование профилометрии поверхности, впервые примененное для исследометрическим“ смягчением за счет поворота плоскости вания таких объектов, позволило изучить локализацию скольжения, с „физическим“ смягчением, связанным с пластического течения при степенях деформации 0.интенсивным размножением дислокаций при достижедо 2% и установить диапазон скоростей, при которых нии определенной нагрузки, с динамическим деформанаблюдается образование ПЛС при столь малой общей ционным старением [1,2]. В этих условиях при слабом деформации.

упрочнении материалов наблюдались полосы сдвига в металлах и сплавах.

В щелочно-галоидных кристаллах (ЩГК) явление 2. Материалы и методика локализации деформации изучалось при сжатии с постоянной скоростью в диапазоне 10-4-10-2 s-1 [3–5] Для исследований были выбраны монокристаллы чиили деформировании с постоянной нагрузкой [6,7] при стых LiF и KCl. Уровень металлических примесей в температурах выше 0.5Tm (Tm — температура плав- обоих кристаллах, измеренный методом индуктивноления) и степенях деформации 5–15%. Образующиеся связанной плазмы (ICP–MS) был ниже порога обнаружепри этом грубые следы скольжения принято называть ния, т. е. содержание контролируемых примесей Ca, Mg, полосами локализованного сдвига (ПЛС) (Localized Mn, Cu, Sr, Cd, Ba, Cs составляло не более 10-4 wt.%.

Таблица 1. Параметры ПЛС в LiF при различных условиях деформации Тип Скорость, Степень Высота Ширина Расстояния между Литературная Td, K деформации s-1 деформации, % ступеней, µm ПЛС, µm полосами, µm ссылка > 600 Сжатие 10-4 14-15 > 100 10-50 100-500 [3] 573-1123 Сжатие, 10-3, 10-2 12-30 10 [4] растяжение 673-1073 Сжатие 10-4 15 10-160 5-20 50-100 [5] Проявления неустойчивости пластического течения в микроструктуре кристаллов... Образцы, выколотые по плоскостям скола {100} в виде прямоугольных призм размером 3 3 15 mm, деформировались сжатием на машине Instron c постоянными скоростями в диапазоне 5 · 10-6-2 · 10-4 s-до = 0.5-2% в интервале температур 20-750C (0.26-0.91Tm) для LiF и 20-650C (0.28-0.88Tm) для KCl, а затем охлаждались со скоростью охлаждения печи. Шаг по температуре составлял 50 градусов.

Для изучения микроструктуры, а также анализа рельефа ПЛС использовались профилометрия поверхности и оптическая микроскопия.

Исследования микроструктуры на поверхности проводили, используя оптические микроскопы Docuval и Neophot. Топографические измерения на поверхности деформированных образцов были выполнены при комнатной температуре с помощью профилометра Talystep фирмы Taylor-Hobson в соответствии с методикой, разработанной в [9]. Для количественного анализа рельефа поверхности деформированных образцов их грани {100} сканировались стандартным алмазным коническим индентором, служащим для измерения высоты ступеней.

Движение индентора с радиусом кривизны 12.5 µm осуществлялось автоматически со скоростью 25 µm/s в направлении, перпендикулярном линии дефекта, на Рис. 1. Микрофотографии ПЛС на гранях выхода винторасстояние 100-250 µm. Профиль ступени отображался вых дислокаций в LiF (a) и KCl (b) деформированных при графически одновременно с помощью самописца на Td = 0.88Tm, v = 10-5 s-1.

бумаге и на экране монитора. В зависимости от выбранной шкалы вертикального увеличения точность измерения высот составляла ±0.1 µm (увеличение 5 · 103) и Далее будут рассмотрены закономерности формиро±0.01 µm (увеличение 5 · 104). Выбор шкалы обусловвания ПЛС на гранях выхода винтовых дислокаций лен средним значением высот ступеней, различным для (в общепринятых терминах [7]) в указанных интервалах LiF и KCl. Погрешность измерений высоты ступеней не температур и скоростей деформации.

превышала 5%.

В процессе эксперимента было выяснено, что закономерности формирования ПЛС в зависимости от 3. Результаты эксперимента температуры, скорости и степени деформации (Td, v, ) в кристаллах LiF и KCl схожи. Так, высота ступеней, В процессе проведения эксперимента было обнаружеобразуемых ПЛС на грани выхода винтовых дислокаций, но, что явление локализации пластической деформации увеличивается с ростом степени деформации. Например, начинается как в кристаллах LiF, так и в кристалесли Td = 0.88Tm, v = 10-5 s-1, при = 0.5% высота лах KCl при одинаковой гомологической температуПЛС в LiF составляет в среднем 3 µm, а при деформации ре, равной 0.51Tm, что составляет соответственно = 1.5% — 10 µm, что согласуется с закономерностями и 260C. Причем скорости деформации, при которых быизменений высоты ПЛС в LiF при больших значениях ло обнаружено данное явление, находились в диапазоне степени деформации [5]. Из табл. 2 видно, что при одной 5 · 10-6-10-4 s-1. При более высоких скоростях сжатия и той же степени деформации высота ступеней растет наблюдалась деформация вследствие распространения с увеличением температуры и со снижением скорости обычных полос скольжения по всему объему образцов.

деформации. При этом, как видно из указанной таблицы, высота ПЛС в KCl в несколько раз меньше, чем их высота в LiF, при одинаковых параметрах деформации.

Таблица 2. Высота ступеней HLSB, оставляемых ПЛС на грани выхода винтовых дислокаций Измеренная высота ступеней, оставляемых на поверхности образца при прохождении ПЛС, позволила оцеМатериал Td, K (доля от Tm) v, s-1,% HLSB, µm нить число дислокаций, формирующих полосу. Согласно оценке, предложенной в [1], KCl 723 (0.70) 5 · 10-6 1 1.1/923 (0.88) 5 · 10-6 1 1. = n3b0 /z, (1) LiF 573 (0.50) 10-5 0.5 1.993 (0.88) 10-5 1 где = h/d = 5-10 — деформация в локализованном 993 (0.88) 5 · 10-6 1 сдвиге, равная высоте ступени, деленной на ее шири6 Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1234 Е.Б. Борисенко, А.Г. Мелентьев На рис. 1 показаны микрофотографии ПЛС на гранях выхода винтовых дислокаций в кристаллах LiF и KCl.

Из этого рисунка видно, что ПЛС в KCl гораздо более волнистые, чем в LiF. Вероятно, волнистость ПЛС проявляется на гранях кристаллов в результате поперечного скольжения в объеме образцов. Такое различие, очевидно, с тем, что в более мягком кристалле KCl сильнее развито поперечное скольжение, чем при тех же внешних условиях в жестком LiF. Следует отметить, что с повышением Td волнистость ПЛС увеличивается в обоих типах кристаллов. С ростом Td возрастает доля материала, деформируемого вследствие распространения ПЛС (кривая 2 на рис. 2). Скорость деформации также оказывает существенное влияние на вид ПЛС:

Рис. 2. Зависимость расстояний между ПЛС (1) и линейной как видно из рис. 3, a, с увеличением v наблюдается их плотности ПЛС (2) от Td кристаллов KCl при v = 5 · 10-6 s-1, = 1%.

Рис. 4. Зависимости числа ветвей (1) и плотности ПЛС (2) от скорости деформации LiF при Td = 0.88Tm, = 1%.

Рис. 3. Разветвленная ПЛС в LiF при Td = 0.88Tm, v = 5 · 10-5 s-1, = 1%. a — микрофотография, b —профилограмма. Цифрами указаны высоты ступеней ПЛС (в µm), измеренные профилометром.

ну; n — число дислокаций, сформировавших ступень;

b = 2.85 · 10-8 cm — вектор Бюргерса; 0 —исходная плотность дислокаций; z — число возможных систем скольжения, равное 12 в ГЦК-решетке. В LiF при температуре деформации 720C, степени деформации 0.5% и Рис. 5. Зависимость расстояний между ПЛС в группе от скорости деформации 10-5 s-1 (10 µm/min) при исходскорости деформации кристаллов LiF при Td = 0.88Tm.,%:

ной плотности дислокаций 106 cm-2 n = 100-150. 1 —0.5, 2 —1.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Проявления неустойчивости пластического течения в микроструктуре кристаллов... ветвление. На рис. 3, b показана профилограмма разветвленной ступени в LiF. Было обнаружено, что сумма высот ветвей равна высоте ступени до разветвления, что согласуется с результатами [7]. Эта закономерность наблюдается как в кристаллах LiF, так и в KCl.

При этом число ветвей в группе увеличивается с ростом скорости деформации (как это видно из рис. 4), а расстояния между ПЛС в группе сокращаются (рис. 5).

Из рис. 2 (кривая 1), рис. 5 и табл. 2 видно, что рост температуры и снижение скорости деформации оказывают сходное влияние на характер ПЛС: с уменьшением v Рис. 6. Схема конфигурации дислокаций при ветвлении ПЛС.

и ростом Td расстояния между ПЛС увеличиваются, а высота ступеней, оставляемых на поверхности образца при прохождении ПЛС, растет. Плотность ПЛС в образдеформации, осуществляемой посредством скольжения цах меняется со скоростью немонотонно: сначала растет, дислокаций, которое контролируется их переползанием.

а затем уменьшается (кривая 2 на рис. 4). Возрастание В этой связи особого внимания заслуживает наплотности отражает факт ветвления ПЛС в группах, а блюдаемое ветвление ПЛС, при котором сумма высот ее уменьшение связано с тем, что не вся деформация ветвей оказывается равной высоте ПЛС до расщепления.

осуществляется посредством распространения ПЛС: с ростом v деформация становится более однородной по Возможная схема образования такого разветвления ПЛС объему и реализуется вследствие развития обычных (рис. 3) представлена на рис. 6. Интересно отметить, линий и полос скольжения. что разветвленные в результате взаимного пересечения одиночные дислокации со ступенями имеют такую же конфигурацию [11]. Этот результат согласуется 4. Обсуждение результатов с выводами, полученными при исследовании рельефа поверхности с помощью туннельного микроскопа [12], Наблюдаемые зависимости формирования ПЛС от свидетельствующими о том, что формирование ступеней температуры и величины скорости деформации (рост на поверхности деформируемых кристаллов, связанное высоты ступеней ПЛС, закономерности изменения их с процессами образования и движения дислокаций, ноплотности при повышении Td или снижении v) указысит иерархический характер. Из рис. 6 очевидно, что вают на то, что неоднородная деформация, вызванная ветви после пересечения движутся на разных уровнях, развитием ПЛС в ЩГК, носит термоактивированный т. е. пересечение дислокаций разных систем приводит к характер. Этот результат согласуется с данными [4] генерации ступеней. Движение ступеней является неконпо температурным зависимостям скорости деформасервативным и контролируется диффузией вакансий [1].

ции, свидетельствующими о том, что локализованная деформация в кристаллах LiF является диффузионноконтролируемым процессом и лимитируется переползанием дислокаций. Полученные в настоящей работе 5. Выводы экспериментальные данные позволяют оценить скорость деформации в кристаллах LiF на стадии локализации 1) Экспериментально установлено, что потеря устойдеформации, происходящей при отсутствии упрочнения.

чивости течения приводит к локализации пластической Согласно [1], скорость деформации при этом деформации в ЩГК при общих малых степенях деформации (0.5–2%) в определенном интервале скоростей = b vLSB, (2) от 2 · 10-6 до 10-4 s-1 при температурах, превышающих 0.5Tm. Показано, что локализация пластической где в нашем случае = 105 cm-2 — плотность дисдеформации налюдается в кристаллах LiF и KCl при локаций вдали от ПЛС, b = 2.85 · 10-8 cm — значение одних и тех же внешних параметрах деформации.

вектора Бюргерса в LiF, vLSB = h/t — скорость по2) Показано, что повышение скорости деформации перечного распространения ПЛС (h — ширина ПЛС, приводит к ветвлению ПЛС и генерации ступеней, число t — время ее распространения). Принимая во внимание которых растет с увеличением скорости деформации.

линейную зависимость высоты ступени, оставляемой Из эксперимента следует, что формирование ступеней ПЛС на поверхности, от степени общей деформации [5], на поверхности деформируемых кристаллов, связанное с полагаем, как в [10], что ПЛС распространяется в течепроцессами образования и движения дислокаций, носит ние всего времени опыта. Получим, что при = 0.5% и иерархический характер.

v = 10 µm/ min время распространения ПЛС составляет 400 s; измеренное среднее значение h = 10 µm. Сле- 3) Экспериментальные результаты указывают на то, довательно, vLSB = 2.5 · 10-2 µm/s; = 7 · 10-9 s-1. что процесс формирования ПЛС является термоактивиСогласно [1], такое значение скорости соответствует рованным и контролируется переползанием дислокаций.

6 Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1236 Е.Б. Борисенко, А.Г. Мелентьев Список литературы [1] М.А. Штремель. Прочность сплавов. Ч. II. МИСиС, М.

(1997). С. 55.

[2] E. Rizzi, Peter Hhner. Int. J. Plasticity 20, 121 (2004).

[3] Г.В. Бережкова, Н.П. Скворцова, П.П. Перстнев, В.Р. Регель. ФТТ 26, 4, 1074 (1984).

[4] Н.П. Скворцова. ФТТ 37, 11, 3347 (1995).

[5] Б.И. Смирнов, Р.С. Чуднова, В.В. Шпейзман. ФТТ 34, 6, 1759 (1992).

[6] Г.В. Бережкова, Н.П. Скворцова. ФТТ 36, 6, 1724 (1994).

[7] Б.И. Смирнов. ФТТ 36, 7, 2037 (1994).

[8] Г.В. Бережкова, Н.П. Скворцова. Кристаллография 39, 3, 567 (1994).

[9] А.Г. Мелентьев. Кристаллография 40, 4, 736 (1995).

[10] Г.В. Бережкова, Н.П. Скворцова. ФТТ 33, 2, 400 (1991).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.