ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механическое поведение и деформационное упрочнение из "Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией " В проведенных нескольких исследованиях в качестве материалов для экспериментов были использованы Си 99, 98 % [61, 232, 326-328], Ti 99,6% [329], промышленный алюминиевый сплав (А1-5 %Mg-2 %Li-0,l %Zr) [63], сплав Al-11 % вес.Ре [67] и др. [c.184] Вследствие различных геометрических размеров полученных наноструктурных образцов их механические испытания проводили по трем схемам растяжение, сжатие, изгиб. [c.184] Следует отметить, что Си после РКУ-прессования может показывать и относительно низкую пластичность при растяжении (10%) [326]. По-видимому, это связано с высокой долей малоугловых границ зерен присутствующих в образцах после определенных режимов РКУ-прессования. В работе [61] испытывали Си со средним размером зерен 210 нм при сжатии. Испытание проводилось при комнатной температуре с начальной скоростью деформации 1,4 X 10 с Ч Было также обнаружено, что деформационные кривые для Си с различным размером зерен различаются по форме. Типичными особенностями кривой деформации сжатием в случае наноструктурной Си являются высокое напряжение течения, равное 390 МПа, значительное начальное деформационное упрочнение в узком интервале степеней деформации (примерно 5%) на начальной стадии деформации, практически полное отсутствие деформационного упрочнения на последующей стадии деформации. Напряжение течения на второй стадии составило около 500 МПа. В то же время пластичность наноструктурной Си была высока. Образцы при сжатии не разрушались даже после максимальной деформации, которая в данном эксперименте равнялось 83%. [c.185] ЛОСЬ до 50-60%. Типичные микроструктуры после деформации на 29, 53 и 83 % представлены на рис. 5.3а, б к в соответственно. Наличие большого количества контуров экстинкции внутри зерен (рис. 5.3) свидетельствует о том, что внутренние напряжения остаются высокими. [c.186] После некоторой начальной деформации (е = 0,05) средняя плотность дислокаций в зернах слегка возросла до 10 м . Еще раз отметим, что это нижний предел плотности, поскольку реальная плотность дислокаций должна быть выше вследствие накопления дислокаций также на границах зерен. Однако в таких сложных структурах трудно получить статистически надежные результаты. Тем не менее, можно утверждать, что средняя плотность дислокаций во время дальнейшей деформации не изменялась. У большинства границ зерен сохранился сложный контраст, т. е. они сохранили свое неравновесное состояние. [c.186] Исследование поверхности деформированных образцов с помощью высокоразрешающих реплик выявило появление линий скольжения [61]. В каждом зерне было выявлено, как правило. [c.186] Важной, обнаруженной с помощью высокоразрешающих реплик, чертой структуры наноструктурной Си явилось появление зерен, удлиненных перпендикулярно направлению сжатия (рис. 5.4). При этом изменение формы зерен соответствовало изменению формы образца. Данный факт свидетельствовал о том, что основной вклад в общую деформацию дает внутризеренное скольжение. [c.187] Исследование реплик позволило также обнаружить появление ступенек на границах зерен благодаря зернограничному проскальзыванию. Как видно, например, из рис. 5.46, проскальзывание наблюдается не только на отдельных границах зерен, но также и на границах нескольких соседних зерен (кооперативное проскальзывание). [c.187] Вклад зернограничного проскальзывания в общую деформацию, оцененный по высоте ступенек [335], оказался равным 15-20%. [c.187] Дислокационное скольжение четко выявляется с помощью электронно-микроскопических наблюдений следов скольжения на поверхности образцов. Более того, изменение формы зерен однозначно свидетельствует о том, что внутризеренное скольжение дает основной вклад в общую деформацию образца. Тем не менее в теле зерен не наблюдается накопления дислокаций, хотя плотность последних достаточно высока (примерно ). [c.189] Можно предложить два объяснения факту отсутствия дальнейшего накопления дислокаций в теле зерен [61]. Во-первых, небольшое количество дислокаций в теле каждого отдельного зерна участвует в деформации. Действительно, число дислокаций, скользящих в единицу времени в зерне, может быть оценено с учетом предположения, что они быстро захватываются границами зерен. При скорости деформации 1,4 х 10 с использованной в эксперименте, макроскопическая деформация, равная 50%, требует временного интервала в 360 с. Принимая во внимание размер зерен 210 нм, а удлинение зерен 105 нм, что соответствует скольжению примерно 400 дислокаций, получаем, что в отдельном зерне в деформации участвует 1 дислокация в секунду. Во-вторых, отсутствие накопления дислокаций может быть связано с процессами возврата. Часть возврата может осуществляться путем поперечного скольжения дислокаций. Более того, возврат должен происходить также в результате поглощения дислокаций границами зерен. Рассмотрим данный процесс более подробно. [c.189] Подставляя в уравнение (5.3) р и 10 м , 6 = 2,5 х 10 ° м, d = = 2,1 X 10 м, = 1,4 X 10 и а = 2,4, в соответствии с [331] получим т = 15 с. [c.190] Полученное значение энергии активации зернограничной диффузии значительно ниже значения 107кДж/моль, типичного для диффузии вдоль стационарных границ зерен в крупнокристаллической Си [241]. Это означает, что в данной ситуации поглощение дислокаций имеет место на границах зерен, для которых характерна повышенная диффузия, и данный факт объясняет ускоренное развитие процессов возврата при деформации ультрамелкозер-нистой меди уже при комнатной температуре. [c.190] Проанализируем также другие деформационные процессы, имеющие отношение к границам зерен. [c.190] Основываясь на этом рассмотрении, кривые, описывающие рост зерен, были получены для двух ситуаций с использованием уравнения (5.8) [61] (рис. 5.2). Кривая 1 построена для обычных значений диффузионных параметров D o = 2,35 х 10 м /с и Qb = 107кДж/моль. Как можно увидеть из кривой, рост зерен в данном случае не наблюдается. Кривая 2 получена для активационной энергии Qb = 70 кДж/моль. Данная оценка находится в согласии с экспериментальными результатами, полученными в [61], а также данными работы [140], где было показано, что рост зерен в нанокристаллах при низких температурах больще ассоциируется с более низкой энергией активации, чем с высокими движущими силами. [c.192] Зернограничное проскальзывание (ЗГП). В связи с малым размером зерен и невозможностью использования традиционных методов как уже отмечалось выше, для наблюдения ЗГП использовали реплики высокого разрещения. Оцененный в [61 вклад ЗГП в общую деформацию был невелик (15-20%), но проскальзывание является важным деформационным механизмом в наноструктурной Си уже при комнатной температуре. [c.192] Данное уравнение справедливо в случае, если зернограничное проскальзывание связано с аккомодацией соседних зерен, а механизм аккомодации контролируется зернограничной диффузией. Подставляя значения сг = 500 МПа, Е = 130 ГПа и А = 1,5 х 10 [339] в уравнение (5.9), можно получить согласие с экспериментальными данными, предположив, что Qb = 73кДж/моль. [c.192] Таким образом, в случае всех трех процессов, имеющих отношение к границам зерен, а именно поглощения решеточных дислокаций, миграции границ зерен и ЗГП, рассчитанные значения хорошо совпадают с экспериментальными данными, если полагать, что значения коэффициентов диффузии является повышенными в наноструктурных ИПД материалах. Оценки, сделанные в работе [61], просты и кажутся надежными, хотя это может показаться несколько удивительным. На самом деле уменьшение энергии активации зернограничной диффузии вплоть до TOTS к Дж/моль является значительным. Вместе с тем объяснение этого явления с помощью представлений о неравновесных границах зерен в наноструктурных материалах, принимая во внимание условия деформации наноструктурной Си и большие внутренние напряжения [81], представляется достаточно правдоподобным, хотя и требует дальнейших специальных исследований. [c.193] Следуя [61], рассмотрим теперь происхождение высокой прочности в Си после интенсивной деформации. [c.193] Вернуться к основной статье