Формирование дислокационных барьеров в неоднородном поле напряжений Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

ФОРМИРОВАНИЕ ДИСЛОКАЦИОННЫХ БАРЬЕРОВ В НЕОДНОРОДНОМ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ

© Т.Н. Голосова, Е.А. Алферова, А. Д. Лычагин, Д.В. Лычагин

Томский архитектурно-строительный университет, г. Томск, Россия, e-mail: Golosova@mail.ru

Ключевые слова: неоднородное поле напряжений; дислокационные барьеры; дислокационные взаимодействия; пластическая деформация; ГЦК-монокристаллы.

В работе рассматриваются дислокационные барьеры, образующиеся в ходе одноосной деформации в ГЦК-монокристаллах, и их поведение в неоднородном поле напряжений.

В работах [1, 2] рассмотрен спектр дислокационных взаимодействий между дислокациями разных плотноупакованных плоскостей скольжения {111} при сжатии вдоль оси [001]. Анализ показал, что в зависимости от расположения плоскостей от 50 до 75 % взаимодействий дислокаций заканчивается образованием дислокационных барьеров.

В процессе деформации граничные условия нагружения и образующиеся дислокационные структуры вносят коррективы в исходное поле напряжений, вследствие чего в локальных местах становятся нагруженными неактивные системы скольжения. При такой неоднородности поля напряжения неподвижные дислокационные соединения могут становиться подвижными, что вносит свой вклад в уровень действующих напряжений.

Проследим поведение образовавшихся дислокационных барьеров в неоднородном поле напряжений. Образующиеся дислокационные барьеры делятся на три типа. Барьеры Хирта, образующиеся при дислокационных реакциях типа:

ВС,а + БЛ,с = ВС/БЛ,

имеют вектора Бюргерса (например, а/2[200],

а/2[ 2 00]), направленные вдоль осей X, У, Ъ кристаллической решетки и расположенные вдоль всех направлений ребер тетраэдра Томпсона. Примечательно, что вдоль направлений ребер тетраэдра Томпсона ЛВ и БС (рис. 1), перпендикулярных оси деформации [001], барьеров Хирта располагается в два раза больше, чем в других направлениях. При повороте оси деформации на 90 градусов эти барьеры не разрушаются. Более того, 50 % от возможных при новой оси деформации барьеров Хирта оказывается образовавшимся при предыдущей оси деформации. Таким образом, при смене оси деформации новых барьеров Хирта образуется в два раза меньше.

Второй тип представлен барьерами Ломер-Коттрелла, образующимися при дислокационных реакциях типа:

БВ,а + ЛБ, в = ЛВ,(е,ф.

Половина образованных барьеров Ломер-Коттрел-ла имеет вектор Бюргерса ЛВ(е,ф и располагается вдоль направления БС тетраэдра Томпсона. Вторая половина имеет вектор Бюргерса СБ(а,Ь) и располагается вдоль направления ЛВ тетраэдра Томпсона. Для действующей оси нагружения [001] эти соединения принадлежат ненагруженным системам скольжения и являются неподвижными. В случае возникновения локальных напряжений, обусловленных дислокационными структурами, или при сложных схемах нагружения кристалла барьеры Ломер-Коттрелла могут скользить по плоскостям в область меньших локальных напряжений. Кроме того, что эти барьеры становятся подвижными, они превращаются в источники дислокаций типа Франка-Рида.

Третий тип - это неподвижные дислокационные соединения, образующиеся при дислокационных взаимодействиях типа

ВБ,а + СВ,й = СБ(Ь,ф.

и располагающиеся в ненагруженных при данной оси деформации [001] системах скольжения. Вектора Бюр-герса этих соединений расположены вдоль направлений ЛВ и БС тетраэдра Томпсона, а дислокации лежат вдоль направлений ЛБ, ЛС, БВ, ВС тетраэдра Томпсона. Неподвижные дислокационные соединения такого типа могут становиться подвижными в локальных полях внутренних напряжений дислокационных скоплений или при сложных схемах нагружения.

Таким образом, упрочнение, обусловленное образованием дислокационных барьеров на первом этапе деформации, может сменяться локальным разупрочнением при возникновении неоднородного поля напряжений при развитии дислокационных субструктур или за счет граничных условий у пуансонов испытательной машины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лычагин Д.В., Старенченко В.А., Голосова Т.Н. [и др.] Дислокационные взаимодействия в ГЦК монокристаллах с осью деформации [001] при сжатии с учетом процессов фрагментации // Прочность и разрушения материалов и конструкций: материалы V международной конференции. Оренбург, 12-14 марта 2008 г. Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. Т. 1. С. 316-327.

2. Голосова Т.Н., Лычагин А.Д., Старенченко В.А. Активизация скольжения дислокаций при изменении оси деформации в ГЦК-монокристаллах // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2008. № 3. С. 38-42.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Golosova T.N., Alfyorova Е.А., Lychagin A.D., Lychagin D.V. Formation of dislocation barriers in inhomogeneous stress field.

The formation dislocation barriers in the fcc single crystals at plastic deformation and their behavior in a inhomogeneous stress field is considered.

Key words: inhomogeneous stress field; dislocation barriers; dislocation interactions; plastic deformation; fcc single crystals.