WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 7 Влияние постоянного магнитного поля до 15 T на эффект Портевена–Ле Шателье в кристаллах NaCl : Eu © Л.Р. Дунин-Барковский, Р.Б. Моргунов, Y. Tanimoto Институт физики твердого тела Российской академии наук, 142432 Черноголовка, Московская обл., Россия Hiroshima University, Higashi Hiroshima, Japan (Поступила в Редакцию 11 августа 2004 г.) Обнаружено влияние постоянного магнитного поля (МП) на неустойчивость пластического течения (эффект Портевена–Ле Шателье) в закаленных кристаллах NaCl : Eu. МП приводит к уменьшению предела текучести, снижению вероятности возникновения и амплитуды скачков пластической деформации, а также к хаотизации распределения скачков по величине. Полосы сдвига на поверхности кристаллов, деформированных в МП, образуются вдвое реже по сравнению с кристаллами, деформированными в отсутствие МП.

Работа выполнена в рамках Президентской программы поддержки исследований молодых докторов наук (проект № 02-15-99302), при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 0402-17577), а также государственной программы РАН „Спинтроника“.

Магнитопластический эффект в ионных кристаллах Цель настоящей работы заключалась в создании обнаружен в работе [1], где было установлено, что в экспериментальных условий для исследования эффекта постоянном магнитном поле (МП) с индукцией 1T ПЛШ в постоянном МП и обнаружении влияния МП на происходит смещение индивидуальных дислокаций под мезоскопические характеристики пластического течения действием внутренних напряжений. В дальнейшем были и корреляцию движения крупных ансамблей дислокаций обнаружены другие магнитопластические эффекты, ко- в кристаллах NaCl : Eu.

торые заключались в уменьшении микротвердости [2], внутреннего трения [3], предела текучести [4], коэф1. Методика фициента деформационного упрочнения [5] (подробные обзоры работ, посвященных магнитопластическим эфВ экспериментах по исследованию влияния МП фектам в ионных кристаллах, можно найти в [6–8]).

на пластичность использовались кристаллы NaCl : Eu Все эти макроскопические характеристики пластичности (600 ppm) размером 2 2 5 mm. Закаливание крисложным и неоднозначным образом связаны с подвижсталлов производилось посредством выдержки в теченостью индивидуальных дислокаций и элементарными ние 2 h при 770 K и последующего резкого охлаждения процессами, происходящими в МП. Представляется важдо 293 K на металлической пластине. Деформированым исследование магнитопластического эффекта на ние кристаллов одноосным сжатием осуществлялось в мезоуровне в условиях, когда пластическая деформация двух режимах: 1) в „жесткой“ деформационной машине проявляется в виде скачков на диаграмме деформироваInstron, задающей линейное во времени нарастание отния, ступенек на поверхности кристалла, полос сдвига, носительной деформации t и измеряющей величину дислокационных полос скольжения и т. п. Известно, что механического напряжения ; 2) в „мягкой“ машине, в кристаллах NaCl : Eu при определенных концентрациях задающей линейное во времени нарастание механичепримеси наблюдается скачкообразное пластическое теских напряжений t и измеряющей деформацию.

чение — эффект Портевена–Ле Шателье (ПЛШ) [9]. Он Известно, что при исследовании эффекта ПЛШ „мягобусловлен динамическим старением дислокаций, т. е.

кая“ машина обладает значительными преимуществами, образованием примесных облаков Коттрелла или Сноека поскольку при анализе полученных экспериментальных вокруг ядер дислокаций. Этот процесс сопровождается данных отпадает необходимость учета упругих характекластеризацией изолированных примесно-вакансионных ристик самой машины, а уровень ее собственных шумов диполей. Поскольку в [10–13] было показано, что МП значительно ниже [14]. Специально было проверено, влияет на структуру малоатомных кластеров Eu2+, ко- что собственная частота колебаний „мягкой“ деформаторые образуются в кристаллах NaCl : Eu при агрега- ционной машины на два порядка привышает среднюю ции примеси или движении дислокаций, можно пред- частоту скачков, характерную для эффекта ПЛШ в полагать, что эффект ПЛШ должен быть чувствителен исследуемых кристаллах. Постоянная времени датчика, к МП. Поэтому исследование ПЛШ в МП представля- записывающего деформацию, была равна 1ms, что ет интерес с точки зрения установления взаимосвязи на три порядка меньше времени ожидания исследуемых между структурой кластеров Eu и режимом движения нами скачков деформации 1 s. Разрешение датчика по дислокаций. абсолютной величине смещения составляло 0.1 µm. Это 1242 Л.Р. Дунин-Барковский, Р.Б. Моргунов, Y. Tanimoto нем штоке, МП также не изменяло зависимости ( ), характеризующей в данном случае упругие свойства машины (рис. 1). Эти факты, а также отсутствие различий деформационных кривых, построенных в МП и без него для незакаленных as grown кристаллов (см. далее), свидетельствуют о том, что в случае обнаружения какихлибо изменений диаграммы деформирования в МП их нельзя будет объяснить влиянием поля на работу деформирующего устройства и датчика смещений. Кроме того, из рис. 1 видно, что упругие характеристики „мягкой“ деформирующей машины не могли вносить значительных изменений в диаграмму деформирования образца, имеющую средний наклон, существенно отличающийся от наклонов деформационных кривых в тестовых испытаниях без образца. Пространственная неоднородность пластической деформации на поверхноРис. 1. Зависимость смещения верхнего штока L от нагрузсти кристалла исследовалась с помощью оптического ки G в деформирующей машине „мягкого“ типа. Нагружающий микроскопа Neophot-32.

верхний шток в отсутствие образца жестко упирается в неподвижный нижний шток (1, 4) или свободно висит на упругом подвесе (2, 3). Зависимости 1, 2 получены в магнитном поле 2. Результаты и обсуждение 15 T; 3, 4 — в отсутствие магнитного поля. 5 — диаграмма деформирования образца NaCl : Eu.

В экспериментах с „жесткой“ деформационной машиной использовались свежезакаленные кристаллы NaCl : Eu. При их деформировании со скоростью соответствует относительной деформации = 2 · 10-5 · 10-5 s-1 после предела текучести наблюдались скачдля кристаллов высотой 5 mm.

ки деформирующего напряжения, т. е. эффект ПЛШ „Жесткая“ деформационная машина Instron была (рис. 2). Включение постоянного МП с индукцией 0.9 T снабжена элекромагнитом с максимальной индукцией вызывало уменьшение амплитуды скачков, т. е. кривая 0.9 T. В процессе деформирования кристаллов МП вклюдеформирования становилась более гладкой (рис. 2).

чалось на короткие промежутки времени (10-100 s).

Этот магнитопластический эффект можно было повто„Мягкая“ деформационная машина располагалась на рить несколько раз при деформировании одного и того сверхпроводящем магните JMTD-LH15T40, обеспечиваже кристалла. Данный эффект обнаружен и на других ющем максимальное МП с индукцией 15 T при комобразцах.

натной температуре. Поскольку включение МП в таВ экспериментах с „мягкой“ деформационной маком магните занимает несколько часов (что превышает шиной также использовались закаленные кристаллы длительность деформирования кристалла 30 min), для NaCl : Eu. Средняя скорость деформации составляла проведения контрольных измерений без МП деформирующую машину переносили со сверхпроводящего магнита на отдельную станину. В опытах, где требовалось произвести измерения при различных значениях B < 15 T, длины штоков изменялись так, чтобы область расположения образца оказывалась в точке вертикальной шахты сверхпроводящего магнита с известным значением индукции МП.

Были предприняты особые меры для предотвращения артефактов, связанных с влиянием магнитного поля на работу деформирующей установки. Оба типа деформирующих машин были снабжены кварцевыми штоками для устранения втягивания подвижных частей машины в МП и неконтролируемого изменения эффективной нагрузки на кристалл. Было проверено, что в „мягкой“ машине перемещение верхнего кварцевого штока, свободно подвешенного на мягких пружинах и нагруРис. 2. Типичный фрагмент диаграммы деформирования свежаемого линейно нарастающей нагрузкой, не зависело жезакаленного кристалла NaCl : Eu в „жесткой“ деформационот наличия МП (рис. 1). При нагружении верхнего ной машине Instron. Стрелками показаны моменты включения штока, установленного на неподвижном латунном ниж- и выключения магнитного поля 0.9 T.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние постоянного магнитного поля до 15 T на эффект Портевена–Ле Шателье в кристаллах... возникновения скачков деформации. На рис. 5 показана доля кристаллов, характеризующихся сглаженной кривой деформирования Nsmooth, от общего числа образцов Ntotal = 10 в зависимости от индукции МП. Видно, что МП приводит к увеличению параметра Nsmooth/Ntotal до 4 раз.

На части образцов, деформированных в МП, скачки все равно оставались. Сравнение тех участков кривых деформирования кристаллов в МП, на которых наблюдалась скачкообразная деформация, с полученными для контрольных образцов, деформированных без МП, показало, что МП приводит к хаотизации размеров ступенек, т. е. время ожидания скачка, пропорциональное приросту механических напряжений, и глубина скачка деформации становятся менее регулярными (рис. 6). Зависимость средней глубины скачка деформации, полученного путем усреднения отдельных скачков по десяти образцам, от индукции магнитного Рис. 3. Усредненные диаграммы деформирования свежезакаленных (a) и состаренных, не подвергавшихся специальной термообработке (b) образцов NaCl : Eu. Диаграммы деформирования получены в нулевом магнитном поле (1) и в магнитном поле 15 T (2).

Рис. 4. Типичные диаграммы деформирования образцов NaCl : Eu, полученные в нулевом магнитном поле (1) и в магнитном поле 15 T (2).

10-5 s-1. При определении предела текучести учитывался фактор формы образцов, т. е. предел текучести нормировался на отношение сторон основания образца.

Усреднение десяти кривых деформирования, полученных в МП 15 T, и десяти кривых, измеренных в отсутствие МП, позволило обнаружить двукратное понижение предела текучести под действием МП (рис. 3, a).

Это сопоставимо с изменениями предела текучести кристаллов NaCl : Eu в МП с индукцией B < 1T [4].

В незакаленных кристаллах NaCl : Eu различия усредненных кривых деформирования, полученных в МП с индукциями 15 и 0 T, обнаружено не было (рис. 3, b).

Эффект ПЛШ при испытаниях в „мягкой“ деформирующей машине реализуется иначе, чем в „жесткой“ [14].

Он проявляется в виде ступенчатой деформации (рис. 4).

В МП наблюдается существенное изменение параметров скачкообразной деформации. На рис. 4 приведены типичные диаграммы деформирования в МП и без Рис. 5. Зависимость доли образцов, на которых не наблюдаетнего. Присутствие МП сильно уменьшало вероятность ся неустойчивости ПЛШ, от индукции магнитного поля B.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1244 Л.Р. Дунин-Барковский, Р.Б. Моргунов, Y. Tanimoto поля демонстрирует почти двукратное уменьшение этой величины по мере нарастания поля и насыщение в МП с индукцией B > 10 T (рис. 7).

Как правило, неоднородность пластической деформации во времени сопровождается пространственной Рис. 8. Фотография поверхности образцов NaCl : Eu после деформирования. a — в нулевом магнитном поле, b —в магнитном поле 15 T. Фрагменты деформационных кривых для этих образцов представлены на рис. 6.

Рис. 6. Фрагменты диаграмм деформирования образцов NaCl : Eu, на которых наблюдается неустойчивость пластического течения. a — в нулевом магнитном поле, b —в маг- неоднородностью деформации образца, которая часто нитном поле 15 T. проявляется в виде ступенек деформации или полос сдвига на его поверхности [15]. Поскольку типичная глубина скачков деформации, регистрируемых на диаграмме деформирования, составляла в наших опытах 1-10 µm, можно было ожидать, что эти скачки соответствуют определенным пространственным неоднородностям деформации с близким масштабом. Наблюдение в оптический микроскоп поверхностей позволило выявить чередующиеся зоны пластической деформации со средней шириной 20 µm (рис. 8, a). Эти зоны были параллельны плоскости (001), к которой прикладывалась механическая нагрузка. В кристаллах, деформированных с МП с индукцией 15 T, наблюдалось уменьшение числа зон деформации (ср. рис. 8, a и b). Поскольку количество зон отражало предыстроию деформирования кристалла, на шести парах образцов (контрольных и деформированных в МП) был произведен подсчет суммарного Рис. 7. Зависимость средней глубины скачка деформации (или количества зон неоднородной деформации. Сравнение ширины ступеньки на рис. 6) от индукции магнитного показало, что в кристаллах, подвергнутых действию поля B.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние постоянного магнитного поля до 15 T на эффект Портевена–Ле Шателье в кристаллах... поля, число полос деформации в среднем вдвое меньше, чем в отсутствие поля.

Для анализа полученных экспериментальных данных в опытах с „мягкой“ деформационной машиной использовалась следующая последовательность процедур. Для тех образцов, в которых наблюдалась неустойчивость, сначала находили производную диаграммы деформирования. Это превращало монотонную кривую в зависимость d/d с максимумами и делало скачки деформации более удобными для подсчета и анализа. Затем с помощью компьютера определялись координаты всех пиков на зависимости d/d и строились гистограммы распределения промежутков между пиками, т. е. глубин скачков деформации. Полученные гистограммы распределения скачков по их величине усреднялись для всех кристаллов с одинаковыми условиями деформирования. Из рис. 9, a видно, что в контрольных опытах при B = 0 наблюдается максимум распределения усредненной гистограммы с центром при = 0.15%. В опытах с МП максимум распределения отсутствует либо сдвинут в сторону очень маленьких скачков (рис. 9, b).

Различались также плотности вероятности распределения ступенек по амплитуде p (рис. 10). Этот параметр Рис. 10. Плотность вероятности распределения скачков деформации p по ширине и ее аппроксимация (сплошная линия) суммой гауссовой функции с амплитудой A1 и функции A2/ (штриховые линии). a — в нулевом магнитном поле, b — в магнитном поле 15 T.

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.