Две основные цепочки превращений
Классификация дислокационных субструктур (ДСС) и последовательность их эволюции.
Структурные уровни деформации, неразориентированные и разориентированные ДСС.
Закономерности пластической деформации (ПД) с самого начала изучались на разных структурных уровнях. Каждому структурному уровню соответствует определённый масштаб (протяжённость). Такой подход придает стройность анализу процессов пластической деформации. Впервые чёткие представления о структурных уровнях введены В.Е. Паниным (табл. 4.1).
Таблица 4.1.
Структурные уровни, их масштаб и классификация.
| № | Название | Масштаб |
| Микроуровень | ||
| 1 | Вакансия, атом. | 2-3 Å |
| 2 | Перегиб, порог. | 5-50 Å |
| 3 | Дислокация, уступ на границе зерна. Краудион. | 100 Å |
| 4 | Группа дислокаций, сплетение, полоса скольжения, зона сдвига, дислокационная стенка, отдельные образования дислокационного типа. Граница зерна. Доменные границы. Вакансионные, атомные и смешанные кластеры, сегрегации, частицы второй фазы. | 100-1000 Å |
| Мезоуровень | ||
| 5 | Ячейка, дисклинационная петля и диполь, полоса в полосовой субструктуре, микрополоса сброса, микродвойники, группы дисклинаций. Пластины и рейки мартенсита. Блок мозаики, фрагмент, субзерно. | 0,1-1,0 мкм |
| 6 | Дислокационный ансамбль. Участок зерна или монокристалла. Пакет реек мартенсита. Зона сдвига, система скольжения. | 1 мм-20 мкм |
| Уровень зерна | ||
| 7 | Зерно. Дендрит. | 10-200 мкм |
| Макроуровень | ||
| 8 | Группа зёрен. Волокно композита. | 0,2-0,5 мм |
| 9 | Участок образца. | 1 мм |
| 10 | Образец в целом. | 1 мм-1 см |
Каждому структурному уровню соответствует 3-х мерное образование, проявляющее себя в ходе пластической деформации определённым замкнутым образом. На каждом структурном уровне протекают определённые деформационные процессы, вклад которых в развитие пластической деформации можно оценить. Структурные уровни не функционируют отдельно, они действуют взаимосвязано и общая картина деформации и упрочения является результатом этого взаимодействия. При восхождении по иерархии структурных уровней происходит переход от отдельных дефектов к их группам и образованиям и нарастает роль коллективных эффектов, что влечёт за собой необходимость введения понятия дислокационного ансамбля.
|
|
|
Дислокационный ансамбль включает в себя микронные участки материала с таким уровнем плотности дислокаций, чтобы их взаимодействие в группе было соизмеримо с действием на дислокацию внешнего приложенного поля, а протяжённость участка была больше радиуса экранирования упругого поля дислокационных групп. В таких условиях дислокации стремятся к снижению энергии собственного упругого поля, могут менять своё местоположение и формировать различные субструктуры. Перемещение одной дислокации повлечёт за собой перемещение других дислокаций, особенно в её окрестностях. Такая перестройка начинается в момент потери устойчивости предшествующей дислокационной субстурктуры и начала формирования новой ДСС. Многие факторы пластической деформации определяются типом субструктуры и зависят от того, каким образом эта субструктура возникла, то есть строением и свойствами дислокационного ансамбля. В настоящее время подробно изучены ДСС в различных ГЦК-металлах и твёрдых растворах. Электронно-микроскопические исследования позволяют все типы ДСС разделить на 2 класса: неразориентированные и разориентированные (табл. 4.2). Основные факторы, определяющие формирование ДСС: состав сплава, энергия дефекта упаковки, состояние атомного порядка (степень упорядочения), степень деформации (плотность дислокаций), температура и скорость деформации, вид нагруженного состояния.
|
|
|
Таблица 4.2.
Классификация дислокационных субструктур
| Неразориентированнные
| Разориентированные | ||||
| Однородные | Неоднородные | Неоднородные | |||
| Дислокационные | Дислокационно- дисклинационные | Бездислокационные | |||
| Хаотическая, Скопления, Сетчатая | Клубковая, Неразориентированная ячеистая, Разориентированная ячеистая, Неразориентированнная ячеисто-сетчатая, Разориентированная ячеисто-сетчатая | Субграничная, Микрополосовая, С многомерными непрерывными и дискретными разориентировками | Фрагментированная (субзёренная) (бездислокационная) | ||
| С расщеплёнными дислокациями | Двойниковые, Мартенситные и т.п. | ||||
| С многослойными дефектами упаковки | Двойниковая (одно-, многомерная), С деформационным мартенситом | ||||
|
| Рис. 4.1. Примеры неразориентированных ДСС, наблюдаемых в однофазных ГЦК-сплавах: а – хаотичное распределение дислокаций; б – дислокационные скопления; в – сетчатая ДСС; г – сгущения дислокаций; д – ячеистая ДСС; е – сетчато-ячеистая ДСС. |
|
| Рис. 4.2. Примеры разориентированных ДСС, наблюдаемых в ГЦК-сплавах твёрдых растворов: а – разориентитрованная ячеистая; б – ячеисто-сетчатая ДСС с плавными разориентировками; в – микрополосовая; г – субструктура с непрерывными и дискретными разориентировками; д – фрагментированная; е – многослойные ДУ; ж – двойниковая; з – деформационный мартенсит. |
|
|
|
Основные факторы, определяющие формирование ДСС.
1. состав сплава.
2. энергия дефекта упаковки.
3. состояние атомного порядка (степень упорядочения).
4. степень деформации (плотность дислокаций).
5. температура и скорость деформации.
6. Вид нагруженного состояния.
Рассмотрим условия формирование конкретных дислокационных субструктур.
1. Хаотичное распределение дислокаций (Рис. 4.1.а) – плотность дислокаций низкая, дислокации почти не взаимодействуют, формируется в условиях симметричного скольжения, при сильном твёрдорастворном упрочнении или самоторможении дислокаций, при малом ближнем порядке.
2. Скопления (Рис. 4.1.б) – дислокации почти не взаимодействуют, формируется в условиях затруднённого поперечного скольжения, при среднем твёрдорастворном упрочнении и наличии ближнего порядка, низких температурах.
3. Однородная сетчатая (Рис. 4.1.в) – условия идентичны 2, но необходима работа не менее 2-х систем скольжения при ограниченности поперечного скольжения и переползания. Дислокационная структура держится на порогах и реакциях. С увеличением степени пластической деформации сетчатая ДСС превращается в ячеисто-сетчатую (7).
4. Клубковая и ячеистая ДСС (Рис. 4.1.д) – формируются при низких и умеренных температурах. Стенки ячеек могут содержать дислокации разного знака (т.е. мультипольное образование), разориентировки отсутствуют. Для формирования 4 и 5 необходима возможность поперечного скольжения и переползания, действие нескольких систем скольжения, наличие прочных дислокационных барьеров, высокая ЭДУ, достаточная концентрация точечных дефектов. Клубковая и ячеистая ДСС удерживаются собственными сплетениями.
6. Ячеистая разориентированная (Рис. 4.2.а) – с увеличением степени пластической деформации происходит накопление избыточной плотности дислокаций (т.е. дислокаций одного знака) и тогда ячеистая ДСС превращается в ячеистую разориентированную. Одинаковоориентированные ячейки могут распределяться хаотически, либо образовывать группы.
7. Ячеисто-сетчатая (Рис. 4.1.е) – распределение дислокаций неоднородно, напоминает ячеистую ДСС, т.к. встречаются области почти не содержащие дислокаций и ограниченные участками сгущений дислокаций. В сгущениях дислокации достаточно хорошо различимы.
8. Ячеисто-сетчатая разориентированная (Рис. 4.2.б) – условия идентичны 7, отличия состояит в непрерывных разориентировках.
9. Полосовая (Рис. 4.2.в) – представляет собой систему параллельных дислокационных субграниц, лежащих в октаэдрических плоскостях. Между субграницами наблюдается высокая плотность дислокаций, образующих сетчатую или ячеисто-сетчатую ДСС. Образуется в условиях высокой плотности дислокаций, интенсивного протекания процессов аннигиляции и разделения дислокаций разного знака под действием дальнодействующих полей напряжений, при этом сами границы свободны от напряжений. Поперечное скольжение и переползание способствуют формированию полосовой ДСС. Структура формируется путём зарождения и роста малоугловых границ. В сплавах с низкой ЭДУ полосовая ДСС не развивается, а формируется двойниковая структура.
10. С многомерными разориентировками (Рис. 4.2.г) – результат развития полосовой ДСС. Для её образования необходима высокая плотность дислокаций, сильная неоднородность скольжения, с увеличением степени деформации плотность субграниц нарастает, усложняется картина полей деформации и напряжений.
11. Фрагментированная ДСС (Рис. 4.2.д) – формируется при повышенных температурах после определённых степеней пластической деформации в условиях протекания процессов возврата и полигонизации, когда все дислокации оказываются встроенными в мало- или большеугловые границы.
12. С расщеплёнными дислокациями – образуется путем сепарации частичных дислокаций под действием внешних напряжений. Необходима низкая ЭДУ и малое число систем скольжения.
13. С многослойными дефектами упаковки (Рис. 4.2.е) – является результатом незавершённого двойникования, образуется при тех же условиях, что и 12, но с развитием степени пластической деформации и увеличении числа действующих систем скольжения.
14. Двойниковая (Рис. 4.2.ж) – является родственной полосовой разориентированной ДСС, однако механизмы возникновения этих СС различны, угол разориентировки в полосовой СС не регламентирован, а в двойниковой имеет определённое значение. Оборванные границы наблюдаются только в полосовой ДСС. Сходство субструктур: и в полосовой и в двойниковой присутствует изгиб, параллельный границам, наблюдается одномерная и двумерная системы двойников или субграниц.
15. С деформационным мартенситом (Рис. 4.2.з) – образуется в условиях механической неустойчивости кристаллической решетки.
В процессе пластической деформации развитие ДСС подчиняется определенным закономерностям. Смена ДСС происходит последовательно. В работах Коневой Н.А., Козлова Э.В. и др. приведены экспериментальные результаты по определению объёмной доли, занимаемой определенным типом ДСС в сплаве Ni3Fe на всех стадиях пластической деформации. Показано, что на каждой стадии ПД в материале присутствуют 2 типа субструктур. В пределах одной стадии объёмная доля одной уменьшается, а другой - увеличивается. Окончание стадии совпадает с исчезновением одного типа ДСС, заполнением всего объёма другим типом ДСС и зарождением очередного нового типа субструктуры.
Экспериментальные результаты позволяют сделать вывод о том, что стадии пластической деформации обязаны своим появлением закономерностям эволюции дислокационных субструктур. Следовательно, основным структурным уровнем, ответственным за стадийность деформации, является уровень дислокационного ансамбля. Появление, развитие и закономерная смена субструктур управляют появлением, развитием и сменой стадий пластической деформации.
Положение о смене стадий при смене субструктур подтверждается в работах Трефилова с сотрудниками. Рис. 4.3 иллюстрирует убывание и возрастание различных типов ДСС в зависимости от скалярной плотности дислокаций. Представленные зависимости были построены для сплавов с различными размерами зёрен. Однако, экспериментальные данные попадают на одну кривую (сплав Ni3Fe). Это что свидетельствует о том, что средняя скалярная плотность дислокаций является важным параметром, контролирующим эволюцию дислокационной субструктуры и стадийность пластического течения. В каждом состоянии порядка независимо от размера зерна новый тип субструктуры и, соответственно, новая стадия пластической деформации возникают при достижении некоторой критической плотности дислокаций.
|
| Рис. 4.3. Зависимость объёмной доли Pv субструктур от плотности дислокации <ρ>. |
Из 2-х типов субструктур, наблюдающихся на каждой стадии, скольжение протекает, в основном, в пределах той из них, объёмная доля которой убывает. Происходящее в ней активное скольжение и последующие релаксационные процессы приводят к образованию нового типа субструктуры и к постепенному заполнению им всего объёма материала. Новая субструктура оказывает бóльшее сопротивление сдвигу, поэтому процессы пластической деформации сосредоточены в основном в убывающей по объёму субструктуре.
Соответственно и сопротивление деформированию на каждой стадии определяется, в основном, свойствами исчезающей субструктуры.
Вследствие этого картина скольжения, наблюдаемая на конкретной стадии, происходит в субструктуре, доминирующей в начале этой стадии. На Рис. 4.4, 4.5 параметры упрочнения на различных стадиях для монокристаллов [001] сплава Ni3Fe схематически сопоставлены с типами и объёмной долей субструктуры и типом картины скольжения. Рассмотрим их подробнее.
Упорядоченный сплав.
Для переходной стадии, характеризуемой хаотичным распределением дислокаций, превращаемым в клубковую субструктуру, свойственно тонкое однородное нелокализованное скольжение, почти без пересечений, когда в каждом фрагменте скольжения работает 1 система.
На стадии II при превращении клубковой структуры в ячеистую, неразориентированную, скольжение несколько более грубое (возрастает число дислокаций, прошедших по плоскости скольжения, т.е. мощность сдвига), однако по-прежнему нелокализованное, однородное. В каждом фрагменте скольжения работают 2 пересекающиеся системы скольжения.
Для стадии III, когда происходит замена ячеистой субструктуры на полосовую, характерно заметное огрубление следов, локализация скольжения, поперечное скольжение, большее число пересекающихся систем во фрагментах скольжения, развитие полос сброса.
На стадии IV в процессе перестройки полосовой субструктуры в субструктуру с непрерывными и дискретными разориентировками скольжение ещё более грубое и локализованное, характерно ветвление линий скольжения. Они искривлены, поверхность материала приобретает складчато-бугристый характер.
Разупорядоченный сплав.
Для переходной стадии при формировании скоплений из хаоса характерна картина из пачек грубых следов с практически полным отсутствием пересечений. Сдвиг достаточно локализован как на уровне зоны сдвига, так и на уровне пачки следов. На стадии II во время образования из скоплений сетчатой субструктуры без разориентировок характерны несколько более размытые пачки пересекающихся следов скольжения.
Во фрагменте скольжения действуют, как минимум, 2 системы скольжения. В течение стадии III, когда сетчатая субструктура сменяется ячеисто-сетчатой с разориентировками, а последняя, в свою очередь, полосовой, характерно дальнейшее огрубление (локализация) скольжения. Поперечное скольжение, наблюдавшееся локально с самого начала деформации, становится более распространенным явлением. Развиваются полосы сброса. Для стадии IV при превращении полосовой субструктуры в субструктуру с многомерными разориентировками типичными деталями картины являются ещё более грубые следы с заметной кривизной, а также поверхностные бугры и складки. Таким образом, подтверждается однозначная корреляция картины скольжения с процессами превращения в субструктуре.
| 
|
| Рис. 4.4. Сопоставление схемы изменения картины скольжения в монокристаллах с ориентацией [001] сплава Ni3Fe (БП) с диаграммой дислокационных субструктур и стадиями кривой деформации. | Рис. 4.5. Сопоставление схемы изменения картины скольжения в монокристаллах с ориентацией [001] сплава Ni3Fe (ДП) с диаграммой дислокационных субструктур и стадиями кривой деформации. |
Две основные цепочки превращений
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 273; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!