Зарождение и эволюция микрополосовой дислокационной субструктуры при деформации ГЦК твердых растворов Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.25:669.1

ЗАРОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ МИКРОПОЛОСОВОЙ ДИСЛОКАЦИОННОЙ СУБСТРУКТУРЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ГЦК ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

© Н.А. Конева, Л.И. Тришкина, Т.В. Черкасова, Э.В. Козлов

Ключевые слова: микрополосовая дислокационная субструктура; плотность дислокаций; деформация; ГЦК твердые растворы.

Представлены результаты исследования микрополосовой дислокационной субструктуры, формирующейся в поликристаллических твердых растворах Cu-Mn при деформации.

Хорошо известно, что дислокационные субструктуры во многом определяют деформацию и разрушение металлических материалов. Поэтому плотность дислокаций и ее распределение в объеме деформированного материала всегда находится в центре внимания исследователей. Обнаружено и описано несколько типов дислокационных субструктур (см., например, [16]). Однако не все дислокационные субструктуры детально изучены, особенно это касается их количественных характеристик. Чаще всего в работах приводятся характеристики ячеистой субструктуры [2]. Между тем количественные характеристики субструктур определяют сопротивление деформированию. Поэтому актуальной задачей дислокационной физики является количественное исследование и описание эволюции других дислокационных субструктур [7].

В связи с вышесказанным целью настоящей работы является количественное исследование и описание микрополосовой (МП) дислокационной субструктуры. К настоящему времени количественная информация о МП дислокационной субструктуре практически отсутствует. Эта субструктура наблюдается при развитой пластической деформации. Детальное качественное описание МП дислокационной субструктуры представлено нами недавно в [8].

Объектом исследования в настоящей работе были поликристаллы ГЦК твердых растворов Cu-Mn. Содержание Mn в сплавах изменялось в интервале от 0,4 до 19 ат. %. Исследовались образцы сплавов с разным средним размером зерен: от 20 до 240 мкм. Деформация образцов осуществлялась растяжением при комнатной температуре со скоростью 2-10-2 с-1. Дислокационная структура после различных степеней деформации образцов изучалась на электронных микроскопах, снабженных гониометром, при ускоряющем напряжении 125 кВ.

На рис. 1 представлено электронно-микроскопическое изображение МП дислокационной субструктуры и ее схема. Основой строения МП дислокационной субструктуры являются несовершенные субграницы мультипольной конфигурации. Главные количественные параметры МП субструктуры - это плотность и ширина микрополос, разориентировки на них и, конечно, скалярная плотность дислокаций. На рис. 2 представлена зависимость скалярной плотности дислокаций

(р) в МП структуре от степени деформации для сплавов Си + 0,4 ат. % Мп и Си + 6 ат. % Мп с разным размером зерен. С ростом степени деформации скалярная плотность дислокаций растет. Из рис. 2 следует, что МП субструктура формируется после степени деформации 8 > 0,2 и еще существует после 8 = 0,7. Эта субструктура формируется и наблюдается при всех исследуемых размерах зерен. С ростом размера зерна плотность дислокаций уменьшается. На рис. 3 представлена зависимость плотности субграниц (М) от размера зерна при разных степенях деформации. Плотность субграниц нарастает как с ростом степени деформации, так и с уменьшением размера зерна.

Важной характеристикой МП субструктуры является угол разориентировки (ф) микрополос. Измерения показали, что он увеличивается с уменьшением размера зерна и ростом степени деформации (рис. 4). Интервал значений, в которых изменяется угол ф, свидетельствует о том, что границы микрополосовой субструктуры являются малоугловыми.

Рис. 1. Типичное электронно-микроскопическое изображение микрополосовой дислокационной субструктуры в исследуемых сплавах (а) и ее схема (б): I - ширина микрополос; Ь -расстояние между микрополосами

1529

Рис. 2. Зависимости плотности дислокаций в микрополосовой субструктуре (рполос) от степени деформации (Єист) при разных средних размерах зерен (<d>): 1 - 20 мкм; 2 - 40 мкм; 3 -60 мкм; 4 - 120 мкм; 5 - 240 мкм. Тдеф = 293 К

Таким образом, в ГЦК поликристаллических твердых растворах Cu-Mn МП дислокационная субструктура эволюционирует в широком интервале деформаций. Ее основные характеристики (скалярная плотность дислокаций, плотность субграниц, разориентировки на них) существенно зависят от степени деформации и размера зерен.

Рис. 3. Зависимости плотности границ (М) микрополосовой субструктуры от среднего размера зерна (<d>) при разных степенях деформации (єист): 1 - 20 %; 2 - 30 %; 3 - 40 %; 4 -50 %. Тдеф = 293 К

Рис. 4. Зависимости угла разориентации (фо) в МП субструктуре от степени деформации (єист) при разных средних размерах зерен (<d>): 1 - 20 мкм; 2 - 40 мкм; 3 - 60 мкм; 4 -120 мкм; 5 - 240 мкм. Тдеф = 293 К

ЛИТЕРАТУРА

1. Конева Н.А., Козлов Э.В., Тришкина Л.И. Классификация дислокационных структур // Металлофизика. 1991. № 3. С. 56-70.

2. StakerM.R., Holt D.L. The dislocation cell size and dislocation density in copper deformed at temperatures between 25 and 700 °C // Acta. Met. 1972. V. 20. № 4. P. 596-579.

3. Sevellano J.G., Van Houttev P., Aernoudt E. Large strain work hardening and textures // Progr. Mat. Sci. 1981. V. 25. P. 69-412.

4. Knoesen D., Kritzinger S. Dislocation cell boundary widths and dislocation cell sizes in deformed copper // Acta. Met. 1982. V. 30. P. 97104.

5. Конева Н.А., Лычагин Д.В., Старенченко В.А., Козлов Э.В. Закономерности формирования и эволюции ячеистой дислокационной субструктуры ГЦК металлов и однофазных твердых растворов и их количественная оценка // Деформация и разрушение материалов. 200б. № 9. С. 24-32.

6. Конева Н.А., Тришкина Л.И., Козлов Э.В. Ячеистая дислокационная субструктура в поликристаллах ГЦК-твердых растворов: количественные характеристики, закономерности формирования и роль в упрочнении // Изв. вузов. Физика. 2011. № S. С. 33-46.

7. Козлов Э.В., Тришкина Л.И., Попова Н.А., Конева Н.А. Место дислокационной физики в многоуровневом подходе к пластической деформации // Физическая мезомеханика. 2011. Т. 4. № 3. С. 95-110.

8. Конева Н.А., Тришкина Л.И., Черкасова Т.В., Козлов Э.В. Микро-полосовая дислокационная субструктура: формирование и эволюция с деформацией // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2013. № 2. С. 2S3-289.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Koneva N.A., Trishkina L.I., Cherkasova T.V., Kozlov E.V. ARIZING AND EVOLUTION OF MICROBAND DISLOCATION SUBSTRUCTURE AT DEFORMATION OF FCC SOLID SOLUTIONS

Results of study of microband dislocation substructure formed in polycrystalline Cu-Mn solid solutions at deformation are presented.

Key words: microband dislocation substructure; dislocation density; deformation; FCC solid solutions.

1530