WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

С помощью формул (15) и (16) построим сравни- зерна d = 5 (a, b), 10 (c, d), 20 (e, f ) и 30 nm (g, h). На рис. 5, a, c, e, g показаны кривые c() (сплошные линии) тельные зависимости c() и cperf() при различных значениях угла и разных размерах зерна d для испус- и cperf() (штриховые линии) для угла, возрастающего кания соответственно частичной и полной дислокаций. от 0 до 180 с шагом 30, на рис. 5, b, d, f, h — Эти зависимости представлены на рис. 5 для размеров для, возрастающего от 210 до 330 с тем же Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Эмиссия частичных дислокаций границами зерен в нанокристаллических металлах шагом. При построении зависимостей c() и cperf() для напряжений) для угла, возрастающего от 0 до простоты не показывались точки ветвления, а брались и от 330 до 350 с шагом 10. На рис. 6, b даны только критические напряжения c2, c 2 и c, при кото- кривые c() (толстые сплошные и штриховые линии) рых в материале могла бы сформироваться дефектная и cperf() (тонкие сплошные и штриховые линии) для структура III (когда испущенная частичная или полугла, возрастающего от 0 до 30 с шагом 10, на ная дислокация доходит до противоположной границы рис. 6, c — для, возрастающего от 330 до 350 с зерна). Диапазоны изменения допустимых углов и тем же шагом. Сплошными линиями показаны границы определялись из условий W (p b2) 0 для частичной между дефектной структурой I и дефектными структурадислокации и W (p 2b2) 0 для полной дислокации, ми II или III. Штриховыми линиями — границы между т. е. из условий энергетической выгодности зарождения структурами II и III.

рассматриваемых дефектных конфигураций. Из-за этого кривые c() и cperf() имеют разрывы для большинства значений угла.

Большинство показанных здесь кривых c() и cperf() лежит в области очень высоких напряжений, практически недостижимых в нанокристаллическом алюминии. Они приведены только, чтобы продемонстрировать, во-первых, насколько сильно уровень критических напряжений определяется углами и, и, во-вторых, как соотносятся величины c() и cperf() во всем диапазоне допустимых значений этих углов. Реальная граница достижимых в нанокристаллическом алюминии сдвиговых напряжений проходит, вероятно, в районе 1-1.5GPa [8–10].

Сравним зависимости c() и cperf() при различных размерах зерна d. Приd = 5 nm кривые cperf() проходят значительно выше соответствующих кривых c() для всех углов и (рис. 5, a, b). Это означает, что при размере зерна d 5 nm для испускания частичных дислокаций Шокли границами зерен всегда требуется меньшее значение внешнего сдвигового напряжения, чем для испускания полных решеточных дислокаций.

При увеличении размера зерна до 10 nm (рис. 5, c, d) в области больших углов (здесь = 330, кривая 12 на рис. 5, d) появляется диапазон углов 60... 110, в котором испускание полных дислокаций происходит при меньших значениях сдвигового напряжения, чем испускание частичных дислокаций. Дальнейшее увеличение размера зерна до 20 nm (рис. 5, e, f ) приводит к тому, что уже и в области малых углов (здесь = 0... 30, кривые 1 и 2 на рис. 5, e) также появляется диапазон углов 10... 120, где в первую очередь должны испускаться полные дислокации.

Последующий рост размера зерна до 30 nm (рис. 5, g, h) не выявляет никаких качественных изменений. Происходит лишь постепенное расширение диапазона углов, соответствующих зависимостям c() и cperf(), лежащим в области относительно малых Рис. 6. Зависимости c() (жирные сплошные и штриховые напряжений (до 2 GPa), и сужение этого диапазона у линии) и cperf() (тонкие сплошные и штриховые линии) в диазависимостей c() и cperf(), расположенных в области пазоне 2 GPa соответственно для частичных и полных дисбольших напряжений (от 2 до 15 GPa).

локаций для зерен разного размера: d = 5 (a) и30 nm(b, c). ВеРассмотрим теперь область реальных напряжений личина азимутального угла составляет 0 (1, 1 ), 10 (2, 2 ), (до 2GPa) более детально для двух характерных 20 (3, 3 ), 30 (4, 4 ), 330 (5, 5 ), 340 (6, 6 ), 350 (7, 7 ).

случаев d = 5 (рис. 6, a) и 30 nm (рис. 6, b, c). На Сплошными линиями показаны границы между дефектной рис. 6, a показаны кривые c() (кривые cperf() лежат структурой I и дефектными структурами II или III. Штриховыше и не попадают в эту область относительно малых выми линиями — границы между структурами II и III.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1984 М.Ю. Гуткин, И.А. Овидько, Н.В. Скиба Из рис. 6, a видно, что при размере зерна d = 5nm может эффективно действовать в нанокристаллических в области действия внешнего сдвигового напряжения материалах с ГЦК решеткой при достижении внеш 2 GPa испускаются только частичные дислокации ним сдвиговым напряжением некоторого критического Шокли, а испускание полных дислокаций полностью по- значения c. При этом тип формирующейся дефектной давлено. При этом области допустимых значений угла структуры должен определяться величиной внешнего достаточно узки — испускание возможно при сдвигового напряжения, действующего в плоскости и 330... 350. При размере зерна d = 30 nm практи- скольжения дислокации Шокли. При 0 <

ной структуры наблюдались при двумерном [8–10] и 3.4. Испускание границами зерен растянутрехмерном [11,12] компьютерном моделировании плат ы х д и с л о к а ц и й. Наряду с испусканием границастической деформации НКМ по методу молекулярной ми зерен одиночных частичных дислокаций Шокли и динамики.

полных дислокаций возможен еще случай испускания Из нашей модели следует, что в нанокристаллическом растянутых дислокаций. Такая конфигурация состоит алюминии можно выделить два характерных критиуже из двух частичных дислокаций Шокли (ведущей — ческих размера зерна: dc1 ( 5nm) и dc2 ( 30 nm).

leading и замыкающей — trailing), связанных между При d dc1 испускание частичных дислокаций Шокли собой полоской дефекта упаковки. Формирование растяграницами зерен должно происходить при более низнутых дислокаций осуществляется в два этапа. Сначала ких значениях, чем испускание полных дислокаций, происходит испускание ведущей частичной дислокации во всем диапазоне допустимых углов и. При Шокли, которая, удаляясь от точки испускания (границы d dc2 во всем диапазоне допустимых углов и зерна), формирует позади себя дефект упаковки. Этот (в области реальных значений 1GPa) энергетически этап детально рассмотрен в предыдущих разделах. На более предпочтительным становится испускание полных втором этапе происходит отщепление от границы зерна дислокаций. В зернах промежуточного размера при замыкающей частичной дислокации Шокли, на которой dc1 < d < dc2 в зависимости от углов и может заканчивается дефект упаковки, тянущийся за ведущей происходить испускание как частичных, так и полных дислокацией Шокли.

дислокаций.

Наши расчеты изменения энергии системы при испускании таких расщепленных дислокационных конСписок литературы фигураций показали отсутствие выделенных областей параметров системы, где это испускание было бы энер[1] Mechanical Properties of Nanostructured Materials and гетически выгодно. Лишь в тех областях параметров, Nanocomposites. MRS Symp. Proc. Vol. 791 / Ed. by где должно доминировать испускание полных дислоI.A. Ovid’ko, C.S. Pande, R. Krishnamoorti, E. Lavernia, каций (п. 3.3.), оказывалось возможным испускание и G. Skandan. MRS, Warrendale (2004).

растянутых дислокаций. При этом равновесная длина их [2] M.Yu. Gutkin, I.A. Ovid’ko. Plastic Deformation in Nanoрасщепления (расстояние между ведущей и замыкающей crystalline Materials. Springer, Berlin-Heidelberg (2004).

дислокациями Шокли) была настолько мала, что ни 198 p.

по энергетическим характеристикам, ни по значениям [3] R.Z. Valiev, I.A. Alexandrov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe. J. Mater.

критических напряжений растянутые дислокации пракRes. 17, 1, 5 (2002).

тически не отличались от полных дислокаций. В диапа[4] K.S. Kumar, S. Suresh, M.F. Chisholm, J.A. Horton, P. Wang.

зонах параметров, где должно превалировать испускание Acta Mater. 51, 2, 387 (2003).

только ведущих частичных дислокаций Шокли (п. 3.3), [5] Д.В. Штанский, С.А. Кулинич, Е.А. Левашов, J.J. Moore.

отщепление от границы еще и замыкающих частичных ФТТ 45, 6, 1122 (2003).

дислокаций Шокли оказывалось энергетически невы- [6] I.A. Ovid’ko. Science 295, 5569, 2386 (2002).

[7] M.Yu. Gutkin, I.A. Ovid’ko, N.V. Skiba. Acta Mater. 52, 6, годным.

1711 (2004).

[8] V. Yamakov, D. Wolf, M. Salazar, S.R. Phillpot, H. Gleiter.

4. Заключение Acta Mater. 49, 14, 2713 (2001).

[9] V. Yamakov, D. Wolf, S.R. Phillpot, A.K. Mukherjee, Таким образом, показано, что деформационный меH. Gleiter. Nature Mater. 1, 1, 45 (2002).

ханизм, осуществялемый путем испускания частичных [10] V. Yamakov, D. Wolf, S.R. Phillpot, H. Gleiter. Acta Mater. 50, дислокаций Шокли зернограничными дисклинациями, 20, 5005 (2002).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Эмиссия частичных дислокаций границами зерен в нанокристаллических металлах [11] P.M. Derlet, H. van Swygenhoven. Scripta Mater. 47, 11, (2002).

[12] P.M. Derlet, A. Hasnaoui, H. van Swygenhoven. Scripta Mater. 49, 7, 629 (2003).

[13] M. Chen, E. Ma, K.J. Hemker, H. Sheng, Y. Wang, X. Cheng.

Science 300, 5623, 1275 (2003).

[14] X.Z. Liao, F. Zhou, E.J. Lavernia, S.G. Srinivasan, M.I. Baskes, D.W. He, Y.T. Zhu. Appl. Phys. Lett. 83, 4, 632 (2003).

[15] X.Z. Liao, F. Zhou, E.J. Lavernia, D.W. He, Y.T. Zhu. Appl.

Phys. Lett. 83, 24, 5062 (2003).

[16] X.Z. Liao, Y.H. Zhao, S.G. Srinivasan, Y.T. Zhu, R.Z. Valiev, D.V. Gunderov. Appl. Phys. Lett. 84, 4, 592 (2004).

[17] О.В. Клявин, В.И. Николаев, Л.В. Хабарин, Ю.М. Чернов, В.В. Шпейзман. ФТТ 45, 12, 2187 (2003).

[18] J.P. Hirth, J. Lothe. Theory of dislocations. John Wiley, N. Y.

(1982).

[19] A.P. Sutton, R.W. Balluffi. Interfaces in Crystalline Materials.

Clarendon Press, Oxford (1995).

[20] G.B. Olson, M. Cohen. Metall. Trans. A 7, 12, 1897 (1976).

[21] R.Z. Valiev, N.A. Krasilnikov, N.K. Tsenev. Mater. Sci.

Eng. A 137, 35 (1991).

[22] R.Z. Valiev, F. Chmelik, F. Bordeaux, G. Kapelski, B. Baudelet. Scr. Metall. Mater. 27, 7, 855 (1992).

[23] J. Languillaume, F. Chmelik, G. Kapelski, F. Bordeaux, A.A. Nazarov, G. Canova, C. Esling, R.Z. Valiev, B. Baudelet.

Acta Metall. Mater. 41, 10, 2953 (1993).

[24] A.A. Nazarov, A.E. Romanov, R.Z. Valiev. Nanostruct. Mater.

6, 5-8, 775 (1995).

[25] Г.А. Малыгин. ФТТ 37, 8, 2281 (1995).

[26] В.В. Рыбин. Большие пластические деформации и разрушение металлов. Металлургия, М. (1986). 242 с.

[27] M.Yu. Gutkin, I.A. Ovid’ko. Rev. Adv. Mater. Sci. 4, 2, (2003).

[28] A.E. Romanov, V.I. Vladimirov. In: Dislocations in Solids / Ed.

by F.R.N. Nabarro. North Holland, Amsterdam (1992). Vol. 9.

P. 191–402.

[29] М.Ю. Гуткин, И.А. Овидько, Н.В. Скиба. Письма в ЖТФ 28, 10, 78 (2002).

[30] M.Yu. Gutkin, A.L. Kolesnikova, I.A. Ovid’ko, N.V. Skiba.

Phil. Mag. Lett. 82, 12, 651 (2002).

[31] M.Yu. Gutkin, I.A. Ovid’ko, N.V. Skiba. Mater. Sci.

Eng. A 339, 1/2, 73 (2003).

[32] M.Yu. Gutkin, K.N. Mikaelyan, V.E. Verijenko. Scr. Mater. 45, 8, 939 (2001).

[33] M.Yu. Gutkin, K.N. Mikaelyan, V.E. Verijenko. Acta Mater.

49, 18, 3811 (2001).

[34] M.Yu. Gutkin, K.N. Mikaelyan, V.E. Verijenko, L.D. Thompson. Metall. Mater. Trans. A 3, 5, 1351 (2002).

[35] Г.А. Малыгин. ФТТ 45, 2, 327 (2003).

5 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.

Pages:     | 1 | 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.