Зависимость величины сдвига от типа структурного элемента в монокристаллах меди и никеля Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 669.017:539.4

ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ СДВИГА ОТ ТИПА СТРУКТУРНОГО ЭЛЕМЕНТА В МОНОКРИСТАЛЛАХ МЕДИ И НИКЕЛЯ

© Е.А. Алфёрова, Д.В. Лычагин, А.В. Чумаевский, А.Д. Лычагин, В.А. Старенченко

Ключевые слова: монокристалл; структурный элемент; деформационный рельеф; величина сдвига.

Параметры деформационного рельефа монокристаллов никеля и меди исследовали с использованием микроинтерферометра 7200. Была определена величина сдвига в структурных элементах рельефа. Показано,

что в зависимости от кристаллографической ориентации следы сдвига эволюционируют в аккомодационные полосы, в мезо- и макрополосы.

Деформационный рельеф является традиционным объектом исследования ученых, занимающихся вопросами прочности и пластичности. Параметры рельефа важны для прогнозирования механических свойств материала.

Ранее авторами в ряде работ показано, что тип формирующегося структурного элемента (СЭ) рельефа зависит от кристаллографической ориентации оси сжатия, боковых граней и формы образца [1-2]. Следы сдвига характерны для всех рассматриваемых ориентаций, они формируются с самого начала деформации. При увеличении степени деформации на поверхности монокристаллов образуются: для [001]-монокристал-лов - пачки следов и аккомодационные полосы; для [110]-монокристаллов - мезополосы; макрополосы и складки формируются на образцах с осью сжатия [111]. Однако наиболее часто параметры сдвига измеряются без учета типа структурного элемента рельефа.

В связи с этим целью настоящей работы является установление зависимости величины сдвига от типа структурного элемента деформационного рельефа монокристаллов никеля и меди при сжатии.

В работе исследовали монокристаллы с ориентацией осей сжатия в углах стандартного стереографического треугольника, с отношением высоты образца к ширине равной двум. Деформирование сжатием проводили на испытательной машине ІшЬоп ЕІекІгоРик Е10000 со скоростью 1,4-10-3 с-1 при комнатной температуре (если не указано иного). Параметры деформационного рельефа определяли на микроинтерферометре NewView 7200. Величина погрешности измерения зависит от масштаба структурного элемента деформационного рельефа и составляет ±5 % от измеряемой величины.

Следы сдвига формируются на боковой поверхности монокристаллов меди и никеля всех рассмотренных ориентаций с начальных степеней деформации. Отдельный след сдвига образован несколькими близко расположенными ступеньками скольжения. Величина сдвига в следах, формирующихся на боковой грани (110) монокристаллов никеля при деформации е = 3 %, составляет 230... 1400 нм (табл. 1).

Такой широкий диапазон обусловлен, вероятно, разным числом ступенек скольжения, образующих

каждый конкретный структурный элемент деформационного рельефа. И, как следствие, на оптических снимках можно наблюдать более или менее развитые следы сдвига.

Таблица 1

Зависимость величины сдвига от типа СЭ рельефа

Материал, ориентация и степень деформации Тип СЭ рельефа Величина сдвига Р, нм

N1 [001] {110}, е = 3 % Следы сдвига 230.1390

Аккомодационные полосы 90.3500

Следы внутри аккомодационных полос 0 0 0 5

N1 [110] (112), е = 16 % Мезополосы 1900.3760

Следы сдвига внутри мезо-полос 80.300

первичная система скольжения между мезополосами 50.350

вторичная система скольжения между мезополосами 20.400

N1 [110] (110), е = 16 % * значения близки данным по грани (112)

N1 [111] (110), е = 10 %, г = 400 °С Макрополосы 1700.11200

Следы сдвига внутри макрополос 100.1300

Вдоль макрополосы 300.1000

Си [111] (110)4 е = 25 % Следы сдвига внутри макрополосы (400.1000)

Следы сдвига 0) 0 9 0 0 (3

Внутри более крупных СЭ деформационного рельефа, таких как аккомодационные полосы, мезо- и макрополосы также можно выделить отдельные следы сдвига. Величина сдвига (табл. 1) в следах, образующих аккомодационные полосы, - 50...100 нм, мезополосы - 80.300 нм, макрополосы - 100.1300 нм (данные для никеля). Величина сдвига в следах, образующих макрополосы на боковой грани (110) монокристаллов меди при деформации е = 25 %, составляет 400.1000 нм. Кроме того, для медного образца была определена величина сдвига в следах, расположенных в непосредственной близости от макрополосы, она составляет 300.900 нм. Из приведенных данных вид-

1621

но, что значения величины сдвига для следов внутри марополос и в непосредственной от них близости практически равны. Следовательно, можно предположить, что с развитием деформации эти следы также организуются в макрополосу.

Как видно из представленных данных, величина сдвига изменяется в широком диапазоне, что свидетельствует о том, что первоначально сформировавшиеся следы сдвига эволюционируют, задействуют все большее количество ступеней скольжения и в итоге образуют структурный элемент деформационного рельефа следующего масштабного уровня. При этом можно отметить, что величина сдвига в следах, образующих макрополосы (как для меди, так и для никеля), на порядок больше, чем в аккомодационных и мезопо-лосах.

Рис. 1. Профиль поверхности вдоль секущей (положение секущей показано на вставке), [110]-монокристалл никеля, боковая грань (110), е = 16 %

Рассмотрим более подробно сдвиг в мезополосах. На рис. 1 показан профиль поверхности вдоль секущей, проходящей непосредственно по мезополосе. Из рис. 1 видно, что мезополоса состоит из отдельных следов. Следовательно, мезополоса - это структурный элемент деформационного рельефа, состоящий из определенным образом организованных следов сдвига и визуально воспринимаемый как отдельная полоса.

Между хорошо развитыми мезополосами (см. вставку на рис. 1) можно различить две пересекающиеся системы следов разной степени развития. Обозначим следы скольжения, располагающиеся вдоль мезо-полос, как первичные, а следы, расположенные перпендикулярно мезополосам, как вторичные системы следов. Угол между первичной и вторичной системами скольжения близок к углу между выходами равнонаг-руженных октаэдрических плоскостей скольжения на грань монокристалла и равен 70°. В первичной системе скольжения величина сдвига составляет 50.350 нм, во вторичной системе - 20.400 нм. Подобная картина деформационного рельефа с формированием двух пересекающихся систем следов между мезополосами наблюдается и на боковой грани (110). Величины сдвига в рассматриваемых СЭ рельефа также близки к описанным выше.

Макрополосы являются ярким элементом деформационного рельефа монокристаллов меди и никеля с ориентацией оси сжатия [111].

Рассмотрение макрополос деформации, формирующихся на боковой грани (110) монокристалла никеля, показало, что величина сдвига в них составляет 1700.11200 нм, в то время как величина сдвига в следах, наблюдаемых внутри макрополос, достигает значений 100.1300 нм. Величину сдвига непосредственно макрополос для образца меди в рамках данной работы определить не удалось из-за интенсивного развития деформационного рельефа при е = 25 %.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что чем больше масштаб структурного элемента деформационного рельефа, тем больше величина сдвига в нем. При этом величина сдвига в следах, образующих различные структурные элементы деформационного рельефа, также возрастает с увеличением масштаба. В СЭ характер и величина напряжения отличаются от аналогичных рядом расположенных мест, это объясняет различие в величине сдвига, которое в них наблюдается. Изменение характера напряжения может как поддерживать более интенсивный сдвиговой процесс (мезо- и макрополосы), так и снижать общую величину сдвига (аккомодационные полосы). В последнем случае изменение параметров сдвига может быть связано с развитием ротационных мод деформации и образование дислокационной структуры с разо-риентироваками [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Лычагин Д.В., Старенченко В.А., Соловьева Ю.В. Классификация и масштабная иерархия структурных элементов деформации ГЦК монокристаллов // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 6. С. 67-77.

2. Лытагин Д.В., Алфёрова Е.А., Старенченко В.А. Влияние кристал-

логеометрической установки на развитие макрополос и неоднородность деформации в [ ]-монокристаллах никеля // Физиче-

ская мезомеханика. 2010. Т. 13. № 3. С. 75-88.

3. Лытагин Д.В., Старенченко В.А., Шаехов Р.В., Конева Н.А., Козлов Э.В. Организация деформации в монокристаллах никеля с ориентацией оси сжатия [001] и боковыми гранями {110} // Физическая мезомеханика. 2005. Т. 8. № 2. С. 39-48.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования ТПУ.

2. Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» гос-контракт № 11.519.11.6025 от 28.10.2011 г.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Alfyorova E.A., Lychagin D.V., Chumayevsky A.V., Lycha-gin A.D., Starenchenko V.A. DEPENDENCE OF SHEAR VALUE ON TYPE OF STRUCTURAL ELEMENT IN COPPER AND NICKEL MONOCRYSTALS

The parameters of strain relief of nickel and copper single crystals were investigated using microinterferometer NewView 7200. The shear value of the structural elements of the relief was determined. It is shown that, depending on the crystallographic orientation of the shear traces evolve accommodative band, mezo-band and macro-band.

Key words: mono-crystal; structural element; strain relief; shear value.

l622