CC BY
23
УДК 539.37: 539. 26: 669. 24
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО РАЗРУШЕНИЯ ДАЛЬНЕГО АТОМНОГО ПОРЯДКА В СПЛАВАХ СО СВЕРХСТРУКТУРОЙ Иг
© С.В. Старснченко, В.А. Старенченко, И.П. Замятина, О.Д. Паптюхова
Starenchcnko C.V., Starcnchenko V.A., Zamyatina I.P.. Pantuchova O.D. Expcrimcnial research and mathematical modelling of deformation destruction of the distant nuclcar order in alloys with superstructure Lb. It was investigated deformation destruction of the distant nuclcar order in alloys with superstructure Ll2. It was shown that mechanism of destruction of the distant nuclcar order was realized by accumulation antiphase interface (API). API was divided depending on type of dislocations. Point defccts play the double part in the deformation destruction of the distant nuclear order.
Пластическая деформация упорядоченных сплавов приводит к понижению степени дальнего атомного порядка и может вызвать его полное разрушение. Исследование методами рентгеноструктурного анализа деформированных сплавов Аи3Си, Си3Р1, №3Ре, №3А1 со сверхструктурой Ы 2, Си3Р(1 (/.ЬМ) и Аи4гп (£ЬММ) позволило выявить закономерности этого процесса. При деформации во всех сплавах наблюдалось изменение микроискажений и параметра кристаллической решетки, среднего размера областей когерентного рассеяния (ОКР) и антифазных доменов (АФД). Наиболее интенсивно ОКР измельчаются, а микроискажения растут на начальных стадиях до степеней деформации 0,2-0,25, далее изменение этих параметров менее интенсивно и немонотонно, что может быть связано с релаксационными процессами и перестройкой дислокационной субструктуры. Параметр решетки упорядоченных сплавов при деформировании увеличивается за счет повышения дефектности и вследствие разупорядочения, поскольку параметр решетки разупорядоченной фазы больше, чем упорядоченной. Деформационное воздействие приводит к неоднородному измельчению доменов (хорошо выделяются крупно- и мелкодоменная компоненты) (рис. I). Наиболее интенсивно измельчение АФД протекает при деформациях до 0,2-0,25. При этом размер АФД после деформации 0,25 в разных сплавах становится приблизительно одинаковым и соответствует размерам микродоменов ближнего порядка, хотя в исходном состоянии размер АФД существенно различался.
Во всех сплавах наблюдается понижение параметра дальнего порядка (ПДП), которое происходит за счет появления разупорядоченной фазы (рис. 2). Зависимости г|(е) имеют особенности, связанные с исходным состоянием и энергией упорядочения сплавов. Исходная плотность термических АФГ не оказывает заметного влияния на интенсивность падения ПДП в исследованных нами сплавах. Характер г|(е) и интенсивность падения г| в сплавах Аи3Си и Си,Р( мало отличаются, хотя в исходном состоянии размер АФД в АщСи намного меньше, чем в Си3Р1.
л 120 • 500 150
AiijCu Cu,Pt \ NijAl NijFe Cu.Pd Au4Zn
80 80 \ 80 80 80
Ш з 60 60 \ 60 60 60 \
40 40 Vjo 40 40
о о ем .Л 20 ^ . 20 0 20 X V 0 V
0.0 0.5 1.00.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 0.0 0.5 1.0 С
Рис. 1. Зависимости среднего размера АФД от степени деформации: I - крупные; 2 - средние; 3 - мелкие АФД
Рис. 2. Зависимости эффективного параметра дальнего порядка от степени деформации
В сплаве №3А1, отличающемся от других большой энергией упорядочения, даже после значительных деформаций, когда все другие сплавы разупорядочены.
происходит незначительное понижение упорядоченности материала. Это свидетельствует о влиянии энергии АФГ и энергии упорядочения на деформационное ра-зупорядочение.
Деформационный фазовый переход дальний порядок - ближний порядок во всех исследованных нами сплавах - гетерогенный и сопровождается измельчением доменов (или увеличением плотности и, соответственно, площади границ АФД). Сопоставление изменения ПДГ1 и плотности антифазных границ (Рлфг) по" зволяет утверждать, что важным фактором уменьшения степени упорядоченности материала являются генерируемые при деформации антифазные (границы антифазных доменов) и нефазные границы (дислокационные стенки, дислокационные скопления, вызывающие разориентировку, дефекты упаковки). Для всех исследованных сплавов выявляется единая зависимость между понижением параметра дальнего порядка и ростом плотности вновь образованных в процессе деформации антифазных границ (Рафг) (рис. 36), в то время как зависимости ПДП от общей плотности антифазных границ различны для разных сплавов (рис. За). Можно предположить, что именно антифазные и нефазные границы являются областями локализации разупорядоченной фазы.
Для объяснения закономерностей деформационного разрушения дальнего атомного порядка, полученных экспериментально, на основе модели термического и деформационного упрочнения в сплавах со сверхструктурой /Л 2 построена модель гетерогенного фазового перехода порядок-беспорядок, инициированного пластической деформацией [1]:
d£_ = ^£цс* + *£l (і _ с*),
dz dz dz
dC dC, и dCn
= ——C* + —-(1 - C*). dz dz dz
dC dCvu dC ,
_bi _ —— C* + ——(1 - C*), dz dz dz
dx\. _ dC,,,
dz ^ dz
rfn = + ^k(1 _ c*} + }
dz dz dz
t = т„ C* + t, (1 - C*).
Первые три уравнения модели являются уравнениями баланса деформационных дефектов - дислокаций, межузельных атомов и вакансий; четвертое и пятое уравнения определяют интенсивность изменения с деформацией е параметра дальнего порядка внутри антифазных доменов т). и среднего по образцу параметра дальнего порядка г|(п0- Последнее соотношение модели описывает сопротивление движению сдвигообразующих дислокаций. Индексами «I» и «II» обозначены вклады от механизмов при движении одиночных и еверхструктурных дислокаций соответственно.
Первые три уравнения модели являются уравнениями баланса деформационных дефектов - дислокаций, межузельных атомов и вакансий; четвертое и пятое уравнения определяют интенсивность изменения с
деформацией е параметра дальнего порядка внутри антифазных доменов Г|. и среднего по образцу параметра дальнего порядка г|(г|.). Последнее соотношение модели описывает сопротивление движению сдвнгооб-разующих дислокаций. Индексами «I» и «II» обозначены вклады от механизмов при движении одиночных и еверхструктурных дислокаций соответственно.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
, НМ ’
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
-I
р1Л„ , НМ
кАФДд’
Рис. 3. Зависимости эффективного параметра порядка от общей плотности АФГ (а) и от плотности АФГ, возникших в процессе деформации (б)
Рис. 4. Зависимости параметра дальнего порядка от степени деформации для сплавов с высокой - а и низкой - б энергией АФГ, рассчитанные при различных температурах в рамках модели гетсрофазного перехода порядок-беспорядок; Э1, Э11 - экспериментальные данные для №}А1 - Э1 и ЫЬРе - ЭИ
Модель базируется на том обстоятельстве, что к разрушению дальнего атомного порядка приводят дислокационные механизмы, обусловленные накоплением антифазных границ (АФГ) и точечных дефектов. Полагается, что интенсивность изменения с деформацией параметра дальнего порядка внутри антифазных доменов г|. определяется интенсивностью взаимной аннигиляции деформационных точеных дефектов г/Сіа/г/є,
а накопление АФГ происходит вследствие а) размножения термических АФГ (при перерезании скользящими дислокациями междоменных АФГ), б) генерации трубок АФГ, в) переползания краевых дислокаций, г) накопления или движения сверхструктурных или одиночных дислокаций соответственно. Антифазные границы считаются размытыми на несколько атомных плоскостей, параметр дальнего порядка на АФГ изменяется по линейному закону.
Механизмы разрушения дальнего атомного порядка, обусловленные накоплением АФГ, разделены в зависимости от типа дислокаций (сверхструктурных или одиночных), которые являются носителями пластической деформации. В случае накопления сверхдислокаций к увеличению площади АФГ приводит размножение термических АФГ, генерация трубок АФГ, переползание краевых сверхдислокаций, накопление сверхдислокацнй: в случае накопления одиночных дислокаций - размножение термических АФГ, переползание краевых одиночных дислокаций, движение одиночных дислокаций. Интенсивность накопления площади АФГ принята в приближении линейного суммирования.
Модель также учитывает экспериментально установленное в деформируемых сплавах с дальним атомным порядком наличие разупорядоченной фазы при малых степенях деформации и увеличение ее объемной доли в процессе пластической деформации: С*(є) = 1 - є/єд - доля упорядоченной фазы, полученная в предположении, что С’ = I при є = 0 и С’ = С'к при є = є д. %, где С* и є А. определяются из экспериментальных кривых С*(є), полученных для различных сплавов.
Слагаемое 7(г|) в уравнении модели для среднего по образцу параметра дальнего порядка учитывает процесс восстановления дальнего атомного порядка.
который описывается моделью на основе миграции неравновесных деформационных вакансий [2].
На рис. 4 приведено сопоставление зависимостей параметра дальнего порядка от степени деформации, рассчитанных при различных температурах в рамкач модели гетерофазного перехода порядок-беспорядок для сплавов с высокой (рис. 4а) и низкой (рис. 46) энергией АФГ с экспериментальными данными Э1 и ЭИ, полученными для поликристалла Г^А! и монокристалла М^е. Сравнение теоретических и экспериментальных кривых показывает, что в рамках математической модели гетерогенного фазового перехода порядок-беспорядок удается удовлетворительно описать экспериментальную зависимость от степени деформации среднего по образцу параметра дальнего порядка в сплавах со сверхструктурой /.12.
Моделирование процесса деформационного разрушения дальнего атомного порядка показывает, что интенсивность этого процесса зависит от величины энергии АФГ: в сплавах с низкой энергией АФГ разрушение дальнего порядка протекает более интенсивно, чем в сплавах с высокой энергией АФГ, что находится в качественном согласии с экспериментальными наблюдениями.
В явлении деформационного разрушения дальнего порядка двоякую роль играют точечные дефекты. Накопление межузельных атомов и вакансий в процессе пластической деформации, с одной стороны, приводит к понижению дальнего атомного порядка, с другой -вследствие активации диффузии - к его восстановлению. В рамках предлагаемой модели учет процесса атомного упорядочения на основе миграции деформационных вакансий в области низких и умеренных температур практически не сказывается на кривых т|(е), в области повышенных температур - приводит к их качественному изменению, существенно компенсируя разрушение дальнего порядка с деформацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Старенченко В.А.. Пантюхова О.Д., Старенченко С. В. Моделирование процесса деформационного разрушения дальнего порядка в сплавах со сверхструктурон /. Iз // ФТТ. 2002. Т. 44. Вып. 5. С. 950-957.
2. Пудан Л.Я., Терентьева И.А., Старенченко В.А.. Попов Л.Е. Теоретическое описание атомного упорядочения в процессе деформации сплавов со сверхструктурой Изв. вузов. Физика. 1989. №5. С. 113-115.
