ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Границы зерен в деформационных процессах из "Сверхпластичность промышленных сплавов " Для практики важен вопрос — какая часть от общего количества границ зерен в обычных поликристаллических материалах относится к специальным или близким к ним. Исследования, проведенные на ряде материалов, показали [151—154], что даже в хорошо отожженных чистых материалах количество таких границ невелико (5—15 %) и уменьшается при повышении содержания примесей. Поэтому реальные металлы и сплавы содержат в основном обычные (произвольные) границы зерен с низкой плотностью узлов совпадения. [c.78] Здесь следует отметить, что в настоящее время атомное строение обычных границ зерен до конца не выяснено. Для них представление о структурных ЗГД может быть использовано пока только в виде гипотезы. Полученные в последние годы данные электронной дифракции прямого атомного разрешения подтвердили выводы более ранних исследований (см. [97]) о периодичности структуры этих границ. Вместе с тем структурные ЗГД в них не удается обнаружить современными экспериментальными методами, что неудивительно, поскольку в соответствии с геометрическим анализом ЗГД здесь должны иметь очень малые, близкие к нулю векторы Бюргерса. В связи с этим недавно было предложено описание структуры произвольных границ, где граница представляется как набор периодически расположенных групп атомов по типу полиэдров [155, 156]. Однако это описание пока не удается использовать для анализа перестроек зернограничной структуры с целью выявления поведения границ в деформационных процессах. В настоящее время более полезным здесь представляется использование дислокационных представлений, введение которых, даже формальное, позволяет понять многие свойства границ зерен [53, 54, 63, 150]. Поэтому представления о периодической структуре обычных границ зерен и ЗГД как нарушениях этой периодичности, мы будем использовать ниже при анализе конкретных зернограничных процессов. [c.78] точечными дефектами. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее. [c.79] Многочисленные исследования характера распределений линий скольжения, данные электронной микроскопии свидетельствуют [149], что границы зерен являются эффективными источниками решеточных дислокаций. Имеются наблюдения зарождения дислокаций на различных неровностях границ зерен — порогах, уступах, в тройных стыках. В то же время, как показали исследования взаимодействия границ зерен и РД при деформации образцов непосредственно в колонне электронного микроскопа [157, 158], наиболее часто зарождение дислокаций происходит на участках границ зерен, где нет видимых дефектов (рис. 27). Следует отметить, что после зарождения дислокаций также не наблюдается образования видимых дефектов в строении границ, хотя локальное изменение их структуры, очевидно, имеет место. Экспериментальные данные, таким образом, показывают, что дислокации на границах зерен зарождаются не только на геометрических неровностях, но и на элементах структуры самих границ, связанных с особым расположением атомов по их поверхности. [c.79] Необходимо особо отметить влияние ЗГП на зарождение РД у границ. Как показывают результаты моделирования на ЭВМ [159], гири зарождении дислокаций на зернограничных ступеньках атом- ных размеров проскальзывание по границе приводит к снижению напряжений, необходимых для их зарождения, более чем на два порядка. Это обусловлено высокой концентрацией напряжений на ступеньках при появлении в плоскости границы сдвиговых напря-.жений. [c.79] Учитывая поведение ЗГД, можно выделить две стадии поглощения решеточных дислокаций границами зерен [150, 166] вначале-происходит диссоциация ЗГРД на внесенные ЗГД, затем перестройка зернограничной структуры, приводящая к исчезновению ЗГД вследствие их аннигиляции, ЗГП или миграции границ, либо образования равновесных конфигураций ЗГД, т. е. перехода внесенных ЗГД в структурные. Кинетика поглощения РД имеет диффузионную природу [150], поэтому процесс развивается только при достаточно высоких температурах. [c.81] При повышенных температурах границы зерен в поликристалли-ческих материалах являются также активными источниками и стоками вакансий. Об этом свидетельствуют многочисленные эксперименты по наблюдению зон, свободных от выделений, образующихся после закалки образцов, вследствие стока вакансий в границы [149, 167]. [c.81] Границы зерен, содержащие зернограничные дефекты, являются неравновесными по структуре и вследствие возврата структуры границ переходят в более равновесное состояние. [c.82] Результаты этих экспериментов подтверждают вывод ряда исследователей о том, что быстрая релаксация ЗГРД является необходимым условием СП [170, 172], Причина этого состоит в появлении подвижных ЗГД, образующихся при диссоциации ЗГРД и их влиянии на развитие зернограничных процессов. Рассмотрим подробнее эти вопросы. [c.84] Приведенные выше положения о структуре и свойствах границ зерен имеют важное значение для понимания природы деформационных процессов, непосредственно связанных с границами зерен — ЗГП, миграции границ, ДП. [c.84] При пластической деформации металлов проскальзывание по границам обычно развивается совместно с ВДС. Имеется много моделей, в которых ЗГП рассматривают как результат различной деформации соседних зерен [89], как следствие движения вблизи границы индивидуальных РД [97] или дислокационного слоя. В этих случаях ЗГП требует интенсивной приграничной деформации. Однако часто проскальзывание связано со сдвигом только по границе зерен (истинное ЗГП) и может наблюдаться, например, в условиях и дислокационной, и диффузионной ползучести при отсутствии движения дислокаций в зернах. Поэтому проскальзывание можно подразделить на две разновидности — чистое ЗГП, не связанное с внутризеренным скольжением, и ЗГП, развиваемое одновременно с ВДС. [c.84] ПЛОСКОСТИ границы. В то же время действие этого микромеха-низма возможно только при низких напряжениях — при увеличении сдвиговых напряжений в границе до величин более 3 МПа наблюдали остановку процесса ЗГП и интенсивную генерацию решеточных дислокаций с границы (аккомодационное ВДС). [c.85] При выяснении природы СП результаты исследований разновидностей ЗГП имеют важное значение для ответа на принципиальный вопрос—какой микромеханизм ЗГП осуществляется в случае СП течения Хотя, как отмечено выше, во многих моделях СПД механизм ЗГП не рассматривается, поскольку предполагается, что скорость деформации контролируют аккомодационные процессы, представляется, что ответ на этот вопрос позволит решить многие до сих пор неясные вопросы физики СП. Рассмотрим подробнее эти моменты. [c.86] На рис, 31 представлен начальный участок кривой напряжение-деформация сплава Zn—0,4 % А1. Видно, что, как и у других СП материалов [19], выход на стадию стабильной деформации происходит после развития заметного упрочнения на начальном участке. На этом же рисунке приведены уровни напряжений, необходимые для обеспечения скорости проскальзывания 4-10 мкм/с, соответствующей скорости ЗГП при сверхпластической деформации сплава [100] в бикристаллах цинка при развитии чистого ЗГП и ЗГП, стимулированно го ВДС. Как видно на рис. 31, напряжение течения в случае чистого зернограничного проскальзывания заметно выше напряжения СПД, но уровень напряжения СП течения близок к уровню напряжения течения для стимулированного ЗГП. Кроме того, в последнем случае mgj. =0,4, т. е. совпадает с величиной параметра т, наблюдаемого в условиях СП течения. Поскольку во второй области СПД вклад ЗГП в общую деформацию наибольший и, по-видимому, ЗГП контролирует напряжение течения, то данные проведенного сравнения являются важным свидетельством того, что при сверхпластической деформации развивается ЗГП, стимулированное внутризеренным дислокационным скольжением, т. е. обусловленное движение ЗГД, образующихся при диссоциации решеточных дислокаций. Отсюда следует, что на микроуровне существует тесная связь процессов ВДС и ЗГП. Этот вывод согласуется и с данными макроскопических наблюдений (см. 2.1.4). [c.87] Для развития этого вида ЗГП необходима определенная температура, выше которой границы зерен перестают быть препятствиями для движения РД, а захватывают и активно их поглощают. В результате вошедшие в границу РД релаксируют с образованием ЗГД. Как было показано выше, температура, при которой наблюдается релаксация вошедших в границу РД, может быть измерена и для разных материалов она различна. Однако для развития ЗГП и проявления сверхпластичности необходимо, чтобы температура релаксации решеточных дислокаций в границах была ниже температуры СПД. Этот вывод подтверждается рассмотренными выше экспериментальными данными о влиянии состояния границ зерен на стабильность захваченных РД и СП поведения ряда сплавов. [c.87] Как видно из выражения (35), влияние неравновесности структуры на скорость миграции границ зерен в основном обусловлено экспоненциальным множителем, связанным с прдвижностью границ. Физическая причина этого состоит, очевидно, в том, что наличие зернограничных дефектов оказывает влияние на диффузию [см. формулу (33)]. [c.88] Вернуться к основной статье