CC BY
42
УДК 669.296:553.381
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕФОРМАЦИОННОГО И ТЕКСТУРНОГО УПРОЧНЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ ШЕЙКИ В ГПУ-СПЛАВЕ ЦИРКОНИЯ
© Т.М. Полетика, А.П. Пшеничников, С.Л. Гирсова
Ключевые слова: ГПУ-сплавы, деформация; шейка; микротекстура; микроструктура; факторы Шмида.
Методом дифракции обратно рассеянных электронов исследована эволюция микротекстуры и характер переориентации плоскостей скольжения относительно направления растягивающих и сжимающих напряжений. Обнаружено периодическое изменение факторов Шмида для призматической и вторичных систем скольжения.
Ранее в работах [1, 2] показано, что ГПУ-сплавам циркония присуща колебательная неустойчивость пластического течения, которая проявляется на макроуровне на параболической стадии деформационной кривой растяжения при показателе параболичности п < 0,5 и возникает с началом локального неоднородного изменения геометрии деформируемого образца в процессе формирования шейки. Установлена взаимосвязь наблюдаемого колебательного изменения локальных скоростей деформации удлинения и сужения в очаге макролокализации в режиме «упрочнение - разупрочнение» с цикличностью дислокационных превращений [2]. С целью выявления факторов, определяющих развитие процессов «разупрочнения - упрочнения» на микро- и мезоуровнях, в настоящей работе проводились исследования эволюции микроструктуры и микротекстуры в очаге макролокализации в процессе его трансформации в шейку с использованием метода дифракции обратно рассеянных электронов (ДОЭ).
Образцы рекристаллизованного сплава Zr - 1 % №> размером 46x6x2 мм подвергали одноосному растяжению со скоростью деформации 4-10-5 с-1. Для определения истинных деформаций и напряжений в формирующейся шейке использовали деформационные кривые, перестроенные по текущему минимальному поперечному сечению и действующей нагрузке. Образцы для ДОЭ-исследований вырезали из центральной части деформированного образца вдоль оси нагружения, при этом использовали область минимального поперечного сечения при различных степенях деформации. Характер переориентации кристаллитов рассматривался в трех направлениях: направлении растяжения (НР), поперечном (ПН) и нормальном к поверхности образца (НН). Анализ систем скольжения, активизируемых в процессе деформации, проводили с помощью расчета факторов Шмида как относительно оси растяжения (НР), так и относительно поперечного направления (ПН).
Совместный анализ эволюции микротекстуры и распределения факторов Шмида позволил выявить действующие системы скольжения и исследовать сложную кинетику текстурообразования в очаге деформации при растяжении. На рис. 1а приведены прямые полюсные фигуры (НПФ) для {0001}, которые показывают распределение нормалей при различных
степенях локальной деформации, а также представлены карты ориентаций (рис. 1в) и соответствующие распределения зерен по факторам Шмида для призматического { 0110 } < 1210 > и базисного {0001} < 1210 > скольжения относительно НР (рис. 1б) Фактор Шмида для <с + а> скольжения всегда благоприятен и в процессе деформации практически не изменяется. В исходном состоянии наблюдается квазиустойчивая текстура прокатки типа СВ, которая характеризуется образованием текстурных максимумов, отклоненных от НН на 15-20° к НР [3]. В интервале неустойчивости деформации (е ~ 0,05-0,15) происходит перераспределение полюсной плотности в области эллипсообразного пояса, приводящее к обострению текстуры и изменению симметрии ППФ относительно НР. Это свидетельствует о несбалансированности действия различных систем скольжения и является результатом возникновения отличных от нуля сдвиговых (недиагональных) компонент тензора деформации, ответственных за угловые повороты решетки, что связано с началом локального неоднородного изменения геометрии образца (при е и 0,05) [1]. В интервале деформаций от е и 0,15 до разрушения наблюдается существенное видоизменение ППФ с образованием текстуры типа С (нормали к базисной плоскости ориентированы вдоль НН), а возрастающая роль геометрического фактора в области шейки приводит к формированию устойчивой аксиальной текстуры (рис. 1а).
Анализ систем скольжения, активируемых в процессе деформации, с помощью расчета факторов Шмида по изображениям карт ориентаций (рис. 1б), позволил выявить действующие системы, способные обеспечить наблюдаемую эволюцию положения максимумов на ППФ. Так, нагружение ориентированных для призматического скольжения зерен приводит к торможению сдвигов в основной системе, переориентации и уменьшению фактора Шмида в действующей призматической системе до е и 0,1. Это связано с тем, что призматическое скольжение обеспечивает только плоскую деформацию, а в этом случае единственным способом, способным обеспечить пластическое формоизменение, является поворот фрагментов вокруг оси нагружения. При этом активизируется сопряженная базисная система скольжения { 0001 }< 1210 > что обу-
1576
словливает перераспределение полюсной плотности в центр ППФ { 0001 }, а фактор Шмида для нее уменьшается от 0,5 до 0: возникают упрочнение в базисной системе и последующий переход к призматическому скольжению с соответствующим изменением фактора Шмида до максимального значения.
Рис. 1. Эволюция микротекстуры и микроструктуры: а - изменение полюсной плотности на ППФ для плоскости { 0110 } (НР - направление растяжения, ПН - поперечное направление); б - изменение распределения факторов Шмида для призматической и базисной плоскостей относительно направления растяжения (НР) (Р - доля зерен, ЯР - фактор Шмида); в - ДОЭ карты ориентаций для призматического скольжения (во вставках приведены соответствующие распределения зерен по факторам Шмида ЯР
По мере поворотов активизируются дополнительные системы, каждая из которых влияет на результирующий поворот решетки. Конечная устойчивая ориентация оси растяжения в а^г обеспечивается взаимно сбалансированным действием двух систем скольжения
вдоль направлений < 1010 > и < 1210 > [3]. Полученные результаты свидетельствуют о сложной кинетике тек-стурообразования в очаге деформации при растяжении образца сплава циркония и о необходимости участия базисного скольжения в переориентации структуры, что согласуется с результатами [4], подтверждающими активную роль базисного скольжения в развитии текстур деформации циркония и его сплавов. В то же время на электронномикроскопических изображениях удалось выявить следы поперечного скольжения преимущественно в плоскости пирамиды I рода [2]. Тем не менее, анализ эволюции распределения фактора Шмида в формирующейся шейке позволяет сделать следующий вывод: по мере переориентации зерен (субзерен) при образовании текстуры возможны процессы последовательного геометрического «упрочнения -разупрочнения» вследствие увеличения или уменьше-
ния действующего напряжения сдвига в первичнои призматической и сопряженных системах скольжения. Подобное явление называют текстурным «упрочнением - разупрочнением» [4]. Таким образом, колебательная неустойчивость, сопровождающаяся «упрочнением - разупрочнением» в очаге деформации, независимо от дислокациионного, сопровождается геометрическим (текстурным) «упрочнением», либо «разупрочнением» и определяется переориентацией плоскостей скольжения относительно направления растягивающих и сжимающих напряжений. Отметим, что под «упрочнением», либо «разупрочнением» в процессе больших деформаций следует понимать, прежде всего, формирование нового типа субструктуры, при этом «разупрочнение» является следствием разрушения фрагментированной структуры, а «упрочнение» - ее восстановления.
Анализ ДОЭ карт, соответствующих различным степеням деформации показал, что кристаллографические условия деформации, определяющие активность тех или иных систем скольжения, обусловливают закономерности эволюции микроструктуры. Так, на начальном (е < 0,05) и конечном (е > 0,15) этапе пластического течения в условиях преобладания призматического скольжения происходит интенсивное формирование малоугловых границ и образование фрагментированной структуры. На стадии неустойчивости пластического течения (е « 0,05-0,15) в условиях действия вторичных систем скольжения активного образования новых субграниц не происходит, а наблюдается рассыпание существующих, что приводит к формированию значительных объемов материала с ориентационной однородностью (рис. 1в). Таким образом, существует взаимосвязь переменной активности призматического скольжения с циклическим характером эволюции микроструктуры, включающей изменение размера, формы зерен, субзерен и их ориентации, в т. ч. в результате локальной низкотемпературной коалесценции субзерен [2]. Анализ результатов показывает, что механизм коа-лесценции фрагментов является необходимым аккомодационным механизмом мезоуровня при формировании текстуры в ГПУ-сплавах циркония.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полетика Т.М., Пшеничников А.П. // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. Вып. 3. С. 54-58.
2. Полетика Т.М., Гирсова С.Л., Пшеничников А.П. // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. Вып. 5. С. 59-64.
3. Вишняков Я.Д., Бабарэко А.А., Владимиров С.А. и др. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М.: Наука, 1979. 342 с.
4. Исаенкова М.Г., Перлович Ю.А. // Физика металлов и металловедение. 1987. Т. 64. Вып. 1. С. 107-112.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Poletika T.M., Pshenichnikov A.P., Girsova S.L. REGULARITIES OF DEFORMATION AND TEXTURE HARDENING IN NECKING IN HCP Zr-ALLOY
The evolution and nature of the reorientation of the slip planes relative to the direction of tensile and compressive stresses using diffraction of backscattered electrons is studied. The periodic change in Schmidt factors for prismatic and secondary slip systems is detected.
Key words: HCP-alloys; deformation; necking, micro-texture; microstructure; Schmidt factors.
1577
