WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Растворение водорода вызывает объемное расширение сплава. Возникает естественный вопрос о природе дефорРис. 9. Кинетика удлинения при циклическом нагружении и мации, измерявшейся в вышеописанных экспериментах:

наводороживании ( = 145 МПа, J = 10 мА/см2).

Журнал технической физики, 1997, том 67, № 42 Л.В. Спивак, В.А. Хоник модуля сдвига от концентрации водорода [54], для случая M = const имеем d/ = -3da/a. Так как при наводороживании da/a > 0, то следует заключить, что d<0. Это означает, что объемное расширение уменьшает угол кручения, тогда как экспериментальный факт заключается в увеличении этого угла в сторону приложенного момента. Таким образом, объемное расширение не является причиной ползучести при наводороживании в условиях кручения. Сходство ползучести при кручении и растяжении, а также вышеупомянутые аргументы, свидетельствуют о том, что этот вывод справедлив и при растяжении.

Таким образом, изложенное выше позволяет заключить, что деформация при наводороживании является результатом активации процессов микропластического Рис. 10. Температурные зависимости Q-1 (1–3) и E (1 –3 ) течения. Следует подчеркнуть, что этот вывод не явля- на частоте 300 Гц и 0 = 2 · 10-5 после наводороживания.

ется неожиданным, ибо явление активации микропласти- J = 2 мА/см2, t = 40 мин — 1, 1 ; J = 10 мА/см2, t = 20 мин (2, 2 ); J = 10 мА/см2, t = 40 мин (3, 3 ).

ческой деформации при наводороживании кристаллов известно. Впервые активацию ползучести при растяжении наблюдали в [55] и [56] в -Fe. Исследования [55–57] показали, что индуцированная наводороживанием полвлияние плотности тока и времени наводороживания на зучесть определяется активацией дислокационных исQ-1(T ) и E(T ) при фиксированных 0 и f. Наводорожиточников и облегчением движения дислокаций. В рабование приводит к появлению пика внутреннего трения и тах одного из настоящих авторов наблюдалось резкое сопутствующего дефекта модуля. Высота пика растет с усиление ползучести при кручении наводороживаемоувеличением J и t, а сам пик сдвигается в сторону низких го -Fe и ряда других (включая гидридообразующие) температур. Подобное поведение отмечалось почти во металлов [58–61]. Исследования структуры и свойств всех исследованиях неупругих свойств наводороженных наводороженных кристаллических металлов показали, МС [9–21].

что активация дислокационного скольжения и рост плотКак видно из рис. 10, ”водородный” пик ВТ вполне ности дислокаций обусловлены: а) ростом внутренних аналогичен пику ВТ, возникающему после прокатки.

напряжений вследствие накопления в порах и трещинах Некоторое различие состоит лишь в наличии сдвига в молекулярного водорода под высоким давлением (до низкотемпературную область на 20-50 K и в отсутствие 102-103 МПа [62–65]), б) ростом внутренних напрянизкотемпературного плеча, которое, однако, иногда нажений вследствие разницы удельных объемов матрицы блюдается (см. ниже, рис. 12). Пик ВТ в наводои растущих гидридов [61], в) ослаблением межионных роженных образцах достаточно стабилен: 5–6-месячная связей как результат адсорбции водорода [63]. Очевидно, выдержка при комнатной температуре не влияет на его что эти эффекты имеют место и в случае металлических высоту. Дефекты модуля в прокатанных и наводороженстекол, поэтому можно предполагать, что индуцированных образцах также близки.

ная наводороживанием микропластичность обусловлена Q-1(T ) и E(T) для образца, содержащего 2.6 ат% теми же причинами.

водорода при различных амплитудах деформации, поАвторы настоящей работы наблюдали явление инказаны на рис. 11. Закономерности в этом случае дуцированной наводороживанием микропластичности в такие же, как и в прокатанных образцах: рост 0 на ряде МС (как с гидридообразующими элементами, так порядок вызывает смещение пика на 25 K в сторону и без них), в силу чего можно предполагать, что оно низких температур и рост низкотемпературного затухахарактерно для металлических стекол.

ния. Температурные зависимости ВТ наводороженного Как отмечалось ранее, это явление наблюдается при образца на различных частотах (0 = const) показаны действии малых напряжений, порядка нескольких про- на рис. 12. Как и в случае прокатанных образцов, рост центов от предела прочности. Внутренние закалочные f вызывает сдвиг пика в сторону высоких температур и напряжения в МС имеют такую же величину [66], увеличение его высоты, но низкотемпературное затухаи поэтому следует ожидать пластической деформации ние (при T < 60 K) меняется слабо. Поэтому можно структуры при наводороживании в отсутствие внешней заключить, что, как и в случае прокатанных образцов, нагрузки под действием внутренних напряжений. Такая ВТ имеет сложный характер: при T < 60 K доминирует деформация должна приводить к появлению низкотемпе- гистерезисное затухание, а при больших температурах ратурных пиков ВТ, аналогичных таковым в прокатанных на гистерезисный фон накладывается релаксационный образцах. пик ВТ.

б) В н у т р е н н е е т р е н и е н а в о д о р о - Зависимость логарифма частоты от обратной темпеж е н н о г о N i N b. Рис. 10 иллюстрирует ратуры пика представлена кривой 2 на рис. 3. Наклон 60 Журнал технической физики, 1997, том 67, № О природе низкотемпературных аномалий неупругих свойств металлических стекол (кривая 2 на рис. 10), T2 = 214 K (кривая 3 на рис. 10), T = 21 K, T =(T1 + T2)/2, V = 0.72 нм3, получаем int 11 МПа. Этот результат находится в хорошем соответствии с данными рис. 11 (кривые и 2). Действительно, из этих данных следует, что уменьшение температуры пика на T = 18 K обусловлено ростом приложенного сдвигового напряжения на =0/ 3 9 МПа.

Следует также отметить, что разница между предэкспоненциальными факторами прокатанных и наводороженных образцов может иметь простое объяснение.

Активационный объем микропластического течения МС растет приблизительно линейно с температурой при T 30 K (так же как и в кристаллических металлах при низких температурах [46]): V = V0 + T [67], где Рис. 11. Температурные зависимости Q-1 (1, 2) и V0 близко к нулю, 10-2 нм3/K [67]. Это обстоятельE (1, 2 ) на частоте 300 Гц после наводороживания при ство является причиной сильной зависимости предэкс0 = 9 · 10-6 (1, 1 ) и 1.5 · 10-4 (2, 2 ), J = 10 мА/см2, поненциального фактора от напряжения. Действительно, t = 40 мин.

выражение для времени релаксации в этом случае сле дует записать в виде = 0 exp (U0 - V0)/kT, где 0 = 0 exp(-/k). Величина включает внешние и -зависимостей ln f -T для прокатанных и наводороженвнутренние напряжения: = ext + int. Предположим, ных образцов одинаков, что свидетельствует об идентичв соответствии с нашими экспериментами (см. выше), ности энергии активации. Однако предэкспоненциальный что (ext)H = (ext)R и (int)H - (int)R 5-7 МПа, фактор для ”водородного” пика существенно меньше и где индексы H и R соответствуют наводороженным и составляет 1.7 · 10-15 с. Расчет активационного объема прокатанным образцам соответственно. Тогда нетрудно по формуле (1) (T1 =230 K, T2 = 212 K, 01 = 9 · 10-6, получить, что (0 )R/(0 )H 102 в соответствии с 02 = 1.5 · 10-4, U0 = 0.51 эВ и E = 109 ГПа) дал экспериментом (рис. 3).

V = 0.72 нм3, что в единицах b3 и 3 составляет около Рис. 13 иллюстрирует влияние электронного облуче40 и 80 соответственно.

ния на Q-1(T ) и E(T ) образца, содержащего 2.6 ат% Полученные значения активационного объема для наводорода. Методика эксперимента была идентична опиводороженных образцов примерно в пять раз меньше, санной выше для прокатанных образцов. Видно, что чем для прокатанных. Однако это не меняет вывода о облучение дозой 1 · 1019 см-2 приводит к примерно сходстве соответствующих релаксационных процессов, двукратному уменьшению высоты пика ВТ. Наводороибо активационный объем может сильно зависеть от женные образцы менее чувствительны к облучению, чем напряжения. Согласно [40], активационный объем, выпрокатанные.

численный из данных по релаксации напряжений при комнатной температуре для ряда МС, уменьшается от 8–10 до 1–2 нм3 с ростом приложенного напряжения.

Уменьшение V может быть результатом не только действия внешних напряжений, но и наличия внутренних напряжений. Мы полагаем, что более низкие температуры пика ВТ в наводороженных образцах отражают более высокие внутренние напряжения в них.

Снижение температуры пика ВТ с ростом концентрации водорода, неоднократно упоминавшееся в литературе, можно также интерпретировать как прямое следствие роста внутренних напряжений, вызванного микропластической деформацией структуры. Изменение внутренних сдвиговых напряжений int вследствие роста концентрации водорода при увеличении времени наводороживания на 20 мин при J = 10 мА/см2 (соответствующие зависимости Q-1(T ) представлены кривыми и 3 на рис. 10) можно оценить следующим образом.

Упрощая (1), можно написать, что int U0T/TV, где T = T1 - T2 — изменение температуры пика Рис. 12. Температурные зависимости ВТ наводороженных вследствие роста внутренних напряжений на int, T — образцов (J = 10 мА/см2, t = 20 мин) при различных частотах:

усредненная температура пика. Принимая T1 = 235 K 171 (1), 386 (2), 586 (3) и 1486 Гц (4); 0 = 1.9 · 10-5.

Журнал технической физики, 1997, том 67, № 44 Л.В. Спивак, В.А. Хоник тальных результатов, показывающих, что поля смещений вокруг растворенных атомов водорода должны иметь симметрию, близкую к кубической. Различные релаксационные процессы, возникающие в кристаллических металлах после наводороживания, связаны, наиболее вероятно, либо с переориентацией комплексов водород– примесь, либо с введением свежих дислокаций при наводороживании, и убедительно показать связь этих процессов с релаксацией Снука не удалось [41,62,63,68]. В то же время наличие микропластической деформации и увеличение плотности дислокаций после наводороживания установлено вполне надежно [63,64]. Рассмотренные выше результаты показывают, что пластическая деформация при наводороживании МС также имеет место и что именно она ответственна за наблюдаемые аномалии неупругих свойств.

Рис. 13. Влияние 2 МэВ электронного облучения на темпеВ заключение следует отметить следующее. Сходные ратурные зависимости Q-1 (1, 2) и E (1, 2 ) наводороженного образца. 1, 1 — после наводороживания при J = 10 мА/см2, пики ВТ наблюдаются после наводороживания МС и t = 40 мин, частота 300 Гц и 0 = 5 · 10-5;

чрезвычайно хрупких интерметаллических фаз, получа2, 2 — последующего облучения дозой 1 · 1019 см-2.

емых кристаллизацией аморфных образцов [12,18,22].

Этот факт, казалось бы, можно рассматривать как невозможность интерпретации ”водородного” пика ВТ в МС в рамках дислокационных представлений. Однако надо Рассмотренные результаты показывают, что Q-1(T ) и иметь в виду, что даже полное отсутствие макроскоE(T ) прокатанных и наводороженных образцов вполне пической пластичности совсем не означает отсутствия аналогичны. Единственное явление, которое мы не намикропластичности. Например, абсолютно хрупкие при блюдали в наводороженных образцах и которое, согласно комнатной температуре монокристаллы кремния демонустановленной аналогии, должно иметь место, — это стрируют широкий спектр дислокационных релаксаций уменьшение высоты пика ВТ при больших концентрадаже при более низких температурах ([69] и литература в циях водорода. В литературе, однако, это явление описаэтой работе). Настоящие авторы полагают, что сходство но [14,16,23].

релаксационных процессов в наводороженных МС и криРассмотрим влияние индуцированной наводороживасталлических фазах того же состава отражает сходство нием микропластичности на низкотемпературное ВТ.

соответствующих механизмов микропластичности.

Кривые 1, 1 на рис. 14 показывают Q-1(T ) и E(T ) Резюмируя изложенное, можно утверждать, что наобразца, наводороженного при J = 2 мА/см2 в течеблюдаемые аномалии низкотемпературных неупругих ние t = 40 мин. Высота пика ВТ при этих условиях свойств в ”свежезакаленных”, наводороженных и просоставляет примерно 3.5 · 10-3 (кривую 1 на рис. 10).

Кривые 2, 2 представляют соответствующие зависимости для образца, наводороженного в тех же условиях (плотность тока и время), но при наличии растягивающей нагрузки, вызвавшей за время наводороживания пластическое удлинение на 2.2%. Видно, что индуцированная наводороживанием микропластическая деформация вызывает примерно трехкратный рост высоты пика ВТ и соответствующее увеличение дефекта модуля. Этот эксперимент явно указывает на единство природы пиков ВТ в прокатанных и наводороженных образцах. Наблюдаемое же смещение пика в сторону низких температур после наводороживания под нагрузкой следует отнести за счет роста внутренних напряжений.

Таким образом, изложенные эксперименты и их анализ показывают, что пик внутреннего трения в наводороженных образцах не связан с релаксацией Снука. Этот Рис. 14. Температурные зависимости Q-1 (1, 2) и E (1, 2 ) вывод, однако, не следует считать новым. Действительно, (f 300 Гц, 0 = 5 · 10-6) после наводороживания при принципиальная возможность существования релаксаJ = 2 мА/см2, t = 40 мин (1, 1 ) и наводороживания в тех ции Снука на атомах водорода подвергалась сомнению же условиях, но при наличии растягивающего напряжения, выеще в работах [51,62,68] (см. также [41]). Основания звавшего за время наводороживания пластическое удлинение для таких сомнений следовали из некоторых эксперименна 2.2%.

Журнал технической физики, 1997, том 67, № О природе низкотемпературных аномалий неупругих свойств металлических стекол катанных МС обусловлены пластической деформацией [24] Sinning H.-R. // J. Alloys and Compounds. 1994. Vol. 211/212.

структуры. Гетерогенное пластическое течение неупоря- P. 216–221.

[25] Золотухин И.В., Белявский В.И., Хоник В.А. // ФТТ. 1985.

доченной структуры в условиях кинетически затормоТ. 27. Вып. 6. С. 1788–1794.

женной структурной релаксации приводит к появлению [26] Белявский В.И., Хоник В.А., Рябцева Т.Н. // Металлофидислокационноподобных дефектов, движение которых в зика. 1989. Т. 11. № 3. С. 106–111.

поле внешних напряжений обусловливает вышерассмо[27] Золотухин И.В., Белявский В.И., Хоник В.А. et al. // тренные аномалии неупругих свойств.

Физика металлов и металловедение. 1989. Т. 68. № 1.

С. 185–191.

Авторы выражают благодарность профессору [28] Zolotukhin I.V., Belyavskii V.I., Khonik V.A. et. al. // Phys.

А.М. Рощупкину, профессору В.И. Белявскому и St. Sol. (a). 1989. Vol. 116. N 1. P. 255–265.

старшему научному сотруднику А.Э. Гольтеру за [29] Хоник В.А., Сафонов И.А., Рябцева Т.Н. ФТТ. 1993. Т. 35.

полезные замечания и плодотворные дискуссии.

Вып. 9. С. 2568–2575.

[30] Khonik V.A. J. Alloys and Compounds. 1994. Vol. 211/212.

P. 114–117.

Список литературы [31] Gibbs M.R.J., Evetts J.E. // Scr. Met. 1980. Vol. 14. N 1.

P. 63–66.

[1] Barmatz M., Chen H.S. // Phys. Rev. 1974. Vol. B9. N 10.

[32] Gilman J.J. // J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44. N 2. P. 675–679.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 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.