Зернограничное проскальзывание и аккомодация в трикристаллах алюминия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

. ~ россяй^кшакадемия наук

р г уит

ПРОБЛЕМ ОВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ IV

- ь млр 1335

ь

На правах рукописи

Сисанбаев Альбеот Вгталоиич

зернограничное проскальзывание и аккомодация В трикристаллах алюминия

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

УФА - 1995

Работа выполнена в Институте проблем сверхпластичнос-металлов РАН (г.Уфа).

Научный руководитель: доктор физико-математических нау]

профессор Валиев Р.З.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических нау]

профессор Перевезенцев В.Н. СНФИМ, г.Нижний Новгород)

кандидат физико-математических нау] с.н.с. Астанин В.В. (ИПСМ, г.Уфа)

Вгдущее предприятие: Институт металловедения и физи]

металлов ЦНИИ ЧерМет, г.Москва

Защита состоится 21 марта 1995 года на заседании специализированного совета К.003.98.01 при Институте проблем сверхпластичности металлов РАН ( 450001, г.Уфа, ул. Степана Халтурина, 39)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПСМ Автореферат разослан 20 февраля 1995 г. "

/

Ученый секретарь специализированного ^ / совета, кандидат технических не Маркушев М.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность____темы. Одним из видов деформации •

поликриоталлических материалов при повышенных температурах является сдвиг соседних зерен по смежным границам - зернограничное проскальзывание (ЗГП). В наибольшей степени ЗГП проявляется при сверхпластическом течении, где вклад ЗГП » сСц&ш поликристалле мож«т ртггь достаточно большим и достигать порядка ~ 50 % . Относительно большое количество исследований особенностей и механизмов ЗГП было проведено с использованием модельных объектов хорошо аттестованных бикристаллов. Однако в обычных поликристаллах границы зерен образуют пространственную сетчатую структуру. В такой структуре поверхности раздела содержат не только плоскости границ зерен, но также линии тройных стыков, которые являются пересечением трех плоскостей границ. Поэтому развитие ЗГП в поликристаллах обычно сопровождается аккомодацией пластической несовместности в тройных стыках и связано с условием сохранения сплошности материала. В области тройных стыков зерен неоднократно наблюдали образование складки (зоны локализованной деформации в виде сгущения линий скольжения). Вместе с тем, условия и факторы определяющие развитие ЗГП и аккомодации в области тройного стыка зерен в настоящее время остаются малоизученными. Удобными модельными объектами для исследований ■такого рода, выявления и оценки роли тройного стыка зерен в деформационном поведении поликристалла являются двумерные хорошо аттестованные трикристаллы. Исследования эффекта тройного, стыка зерен в развитии ЗГП, использующие трикристаллы представлены в литературе весьма слабо.

Вышеуказанными обстоятельствами и определяется актуальность

настоящей диссертационной работы. Работа посвящена дальнейшему рассмотрению особенностей развития ЗГП и аккомодации при наличии тройного стыка э'ерен, изучению влияния внешних и внутренних факторов; таких как нагрузка и температура деформации, ориентация оси нагружения, морфология тройного стыка и наличие "поры" в тройном стыке зерен, на ЗГП и аккомодацию в трикристаллах, а также анализу их взаимосвязи.

Ц§5Ь_Е2боты - изучение особенностей проскальзывания при наличии тройного стыка зерен.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование ЗГП и аккомодации в трикристаллах с разной конфигурацией тройного стыка зерен.

2. Изучение влияния внешних факторов (нагрузки, температуры и ориентации оси нагружения) на ЗГП и развитие аккомодации в

трикристаллах.

»

3. Исследование влияния внутренних факторов, в частности, "поры" в тройном стыке зерен на развитие ЗГП и аккомодации в трикристалле.

4. Проведение анализа взаимосвязи ЗГП и аккомодации в тройных стыках зерен.

Нмчщ*я_новизна. В результате проведенных исследований получены следующие новые результаты:

Впервые проведено систематическое сравнительное исследование закономерностей развития проскальзывания" и аккомодации при высокотемпературной деформации трикристаллов алюминия с большеугловыми границами зерен, образующими тройные стыки разной морфологии. За счет приготовления образцов с разным типом стыка (трикристаллов) и без стыка ("бамбуковых" трикристаллов и бикристаллов), а также трикристаллов с "порой" в тройном стыке

зерен установлены основные различия и общность развития ЗГП и аккомодации в образцах разного вида.

Показано, что для всех исследуемых типов трикристаллов существует двухстадийная зависимость величины проскальзывания от времени деформации. Начальная стадия характеризуется высокой скоростью проскальзывания и сопровождается основной (первичной) аккомодацией, определяемой геометрией стыкя Последующий гг®«««---

^г^д;!!! с меньаей скоростью проскальзывания сопровождается развитием дополнительных (вторичных)

аккомодационных процессов в виде множественного скольжения в зернах и миграции границ, Исходя из этого, разработана методика последовательного построения невязок смещений в тройном стыке.

Предложена классификация деформационного поведения тройных стыков, основанная на представлении об "активной" границы (где фактор Шмидта наибольший) и учете взаимной ориентации границ стыка и оси нагружения. На основе этой классификации рассмотрена взаимосвязь проскальзывания с направлением развития аккомодации в исследуемых трикристаллах.

Обнаружен и объяснен эффект подавления ЗГП тройным стыком в зависимости от нагрузки и температуры испытания, а также от морфологии тройного стыка. Показано, что степень подавления ЗГП стыком обусловлена условиями аккомодации. Установлено отсутствие подавления ЗГП на начальной стадии деформации при наличии "поры" в тройном стыке зерен,

Практическая_значимость. Полученные результаты о

деформационных свойствах тройных стыков позволяют углубить наши знания в области теории прочности и пластичности поликристаллов. Эти результаты могут быть использованы для развития теории сверхпластического течения поликристаллических материалов.

На; защиту выносятся следующие результаты и положения: .

1. Классификация типов деформационного поведения тройных стыков основанная на представлении об "активной" границы (где фактор Шмидта наибольший) и учете взаимной ориентации границ стыка и оси_ растяжения.

2. Результаты исследования двухстадийного характера развития проскальзывания в трикристаллах при высокотемпературной ползучести и его связи с характером аккомодации (первичной) и вторичной.

3 .^Закономерности развития проскальзывания и аккомодации, их взаимосвязи при варьировании внешних и внутренних факторов, таких как нагрузка и температура деформациии, ориентация оси кагружения, морфология тройного стыка, наличие "поры" ' в стыке зерен.

4. Методика последовательного построения невязок смещений в тройном стыке, позволившая проанализировать взаимосвязь прос сальзывания с направлением и характером аккомодации в трикристалле.

АпЕобация_2аботы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: IV Всесоюзном семинаре по структуре дислокаций и механическим свойствам металлов и сплавов (Свердловск, 1987); 'II Всесоюзной конференции по структуре и электронным свойствам границ зерен в металлах и полупроводниках (Воронеж, 1987); Всесоюзном семинаре по поверхностям раздела, структурным дефектам и свойствам металлов и сплавов (Череповец, 1988); Всесоюзном семинаре по границам раздела в материалах электронной техники (Черноголовка, 1989); XXI Всесоюзной конференции, по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев, 1989); XIV Сессии семинара по междислокационным взаимодействиям и кинетики

пластической деформации (Калуга, 1990); XII Европейской исследовательской конференции по физическому металловедению:

границам зерен, границам раздела и механическим свойствам (Прахатица, 1991); XIII Международной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов {Самара, 1992); I Российско-Французском семинаре по структуре и свойствам •границ зерен (С.-Петербург, 1993); Международной конференции по сверхпластичности в перспективных материалах (Москва, 1994).

. Материал диссевтячи^"*:сГ. zz ч

„„л, «;я?тсск основная да них приведен в конце автореферата.

• Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, содержащего 130 наименований, изложена на 120 страницах машинописного текста, включая таблицу и 28 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

обоснована актуальность темы, степень ее разработанности, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна и практическая ценность, положения, выносимые на защиту.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Приведены литературные данные о ведущей роли такого вида высокотемпературной деформации поликристаллических материалов как ЗГП^ связанной с его значительным (~ 90%) вкладом в общую величину еверхплаетической деформации. Проанализированы основные экспериментальные методы наблюдения и измерения ЗГП. Рассмотрены наиболее интересные данные по исследованию собственных особенностей и закономерностей ЗГП с использованием модельных

объектов - бикристаллов. Показано влияние на ЗГП таких внутренних «

и внешних факторов как, разориентация зерен, внутризеренное скольжение, напряжение и температура деформации.

На основе отдельных теоретических и экспериментальных исследовгший показана важная роль стыков зерен при деформации. Выделено, что совместность деформации, связанная с границами сходящимися в тройной стык, по-видимому, является одним из исходных вопросов при рассмотрении пластического поведения поликристаллов. Наряду с этим, было отмечено отсутствие полноты в представлениях о закономерностях ЗГП при наличии тройного стыка зерен и его роли в развитии, аккомодации, что связано с недостаточным экспериментальным изучением эффекта тройного 'стыка на модельных объектах - трикристаллах, Трикристаллы, также как и бикристаллы, значительно облегчают контроль за развитием ЗГП. Вместэ с тем, трикристаллы с тройной точкой в качестве объектов для и.следования ЗГП начали использовать только в последние годы. Причем, при деформации трикристаллов, из-за существования различных вариантов расположения границ по отношению к оси образца, возможны разные случаи нагружения границ, которые пока не нашли какого-то обобщения.

Исходя из этого, сформулированы конкретные задачи диссертационной работы, дано обоснование выбора материала и объектов исследования.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для решения поставленных задач использовались би- и трикристаллы алюминия высокой чистоты (99.999%) с большеугловыми границами 'зерен произвольного типа. , Выбор алюминия в качестве материала исследования дает определенные преимущества и удобства

при получении и проведении механических испытаний. Это обусловлено его относительно низкой температурой плавления, наличием легкого скольжения в широком интервале ориентаций приложенных напряжений (отсутствия анизотропии скольжения); возможностью получения из поликристаллов необходимых размеров би~ и трикристаллов для испытаний. Кроме того для крупнозернистого алюминия применим недавно разработанный локальный рентгенодифрактометрический кот«-аттестации танин у юпгртзсриинои структур-:.

Т;1 г.и исследуемых трикристаллов ,и методика их получения показаны на рис.1. В случае А это трикристаллы с разной геометрией сдвигов (тип I и тип XI) относительно "активной" границы 1-2 (где наибольший фактор Шмидта), позволяющие исследовать особенности развития ЗГП и аккомодации в трикристаллах с различной конфигурацией тройного стыка. В случае В это трикристалл с "порой" в тройном стыке зерен, позволяющий исследовать и сравнить особенности развития ЗГП и аккомодации в разных ■ условиях совместности деформаций. В случае С это образцы без стыка (бикристалл и "бамбуковый" трикристалл), позволяющие получить "собственное" проявление ЗГП и аккомодации для границ и зерен при данных условиях деформации. Методика параллельных сечений с помощью электроэррозионной резки позволила получить во всех образцах для одних и тех же границ одинаковый фактор Шмидта и кристаллогеометрическую идентичность. Для получения трикристалла с "порой" в тройном стыке зерен в одном из трикристаллов типа I прицельным (прецизионным) электролитическим методом удалялся материал вдоль вертикальной линии тройного стыка в радиусе 200мкм..

Последовательность подготовки . образцов к механическим испытаниям после электроэррозионной резки и механического шлифования, включала в себя электролитическое удаление

GB1-4

СВ2-4* /

• ОВ1-СВ1-2

Б SC(XI) А

6

GB2-3

-СВ1-Э GB1

GB1-2

GB2-3

GB1-2

.10(1)

IOP(I)

в

/

/

ч

SO SIC

с

Рис. 1. Типы исследуемых трикристаллов и методика их получения.

жлепанного слоя, выравнивание и полировку поверхности. Для шерения горизонтальной, составляющей ЗГП и внутризеренной гформации на полированную рабочую поверхность образцов алмазным зтрием наносили тонкую квадратную сетку рисок со сторонами ячейки ЗОмкм. При минимальном воздействии на поверхность образца цавалось нанести риски толщиной порядка 1мкм.

Механические испытания на растяжение проводили п у,"—

а- инт»ртй.*го"" тимйаратур 0.7-0.97 и напряжений .0-3.5МПа. Использовалась схема нйгружения со свободно эремещающимися и независимыми захватами, что дает возможность збежать появления дополнительных изгибных (моментных) напряжений з-за смещения положения оси растяжения в зернах би- и рикристаллов. Для in situ наблюдений за деформационными роцессами использовали установку "ИМАШ", имеющую вакуумную амеру, высокотемпературный оптический микроскоп и систему видеофотозаписи. Точность поддержания температуры на образце - 1°С.

Точность измерения ЗГП по рискам с использованием оптического икроскопа и окуляр-микрометра составила О.Змкм. Величину окального ЗГП, отражающего проскальзывание какого-то участка' раницы, определяли по одной рискс. Величину среднего ЗГП, гражающего проскальзывание всего зерна относительно другого, пределяли по усреднению величин сдвигов порядка 10 рисок, асположенных равномерно на границе. Величину вертикальной оставляющей ЗГП, в случае когда она имела место, определяли при алых смещениях на интерферометре "МИИ-4", а при больших смещениях о дефокусировки изображения поверхности зерен по обе стороны раницы на оптическом микроскопе с ' точностью 0.5мкм. Величину нутризеренной деформации определяли по изменению длин отрезков в етке из рисок. При измерениях локальной внутризеренной деформации^

около тройного стыка зерен и вблизи границ зерен длину отрезке выбирали равной длине ячейки сетки. Величину нерегулярнс (локальной) и регулярной'(общей) миграции границы зерен определя7 по расстоянию между следами границы, соответствующим ее начально» и конечному положениям.

3. ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ.И АККОМОДАЦИИ В ТРИКРИСТАЛЛАХ АЛЮМИНИЯ

.Настоящая глава посвящена экспериментальным результате исследования развития проскальзывания и аккомодации трикристаллах типа I и XI. - Для сравнения образцы без стьи (бикристаллы и "бамбуковые" трикристаллы) с теми же самы» границами зерен испытывали в аналогичных условиях (сг=1.0-2.4МПа Т-0.7-0.8Тпл).

Установлено, что зернограничное проскальзывание происходи; существенно неоднородно вдоль границ в трикристаллах обоих типо! Локальная неоднородность проскальзывания вдоль границ для ва образцов, как со стыком, так и' без него, в целом, одинакова. С этом свидетельствуют данные о среднеквадратичных отклонениях с средних значений ЗГП. Известно, что , такая неоднородное! характерна для собственно процесса ЗГП. Вместе с тем, налич! стыка зерен сильно:влияет на общую неоднородность распределен ЗГП вдоль границ. Величина ЗГП значительно уменьшается по мег приближения к стыку, т.е. стык подавляет проскальзывание. Эт подавление сказывается на больших расстояниях, поэтому и средне ЗГП по границам со стыком значительно меньше, чем без стыка.

Двухстадийный вид зависимости средней величины ЗГП от времен деформации является общим для различных границ трикристаллов тиг

I и II. Начальная стадия характеризуется высокой скоростью ЗГП, причем наиболее интенсивной по "активной" границе, и сопровождается первичной (основной) аккомодацией. Последующий переход к установившейся ст-адии с меньшей скоростью ЗГП, сопровождается развитием вторичной (дополнительной) 'аккомодацией в виде образования' деформационных зон, субзеренной структуры, миграции границ и _ наблюдается лишь после достижения некоторой степени деформации, гпптп^аауюшл ят*>рй»!у участку на зависимости ¿¡роекнльзмяание - время.

В трикристаллах типа I и II при развитии ЗГП вид первичной (основной) аккомодации заметно отличается. В трикристалле типа I, где ЗГП по "активной" границе 1-2 и смежной границе 1-3 не согласованно, первичную аккомодацию наблюдали в виде образования складки (локализованного внутризеренного сдвига) в зерне 3. Направление складки совпадало с направлением следов выхода плоскости легкого скольжения (111). В трикристалле типа' II, где ЗГП по "активной" границе 1-2 и смежной границе 2-4 согласованно, первичную аккомодацию наблюдали в виде развития аккомодационного ЗГП по границе 2-4, по которой ЗГП в бикристалле не наблюдали. Показано, что причину Отсутствия складки в трикристалле типа II можно проанализировать исходя из приложенных напряжений в плоскости границы и в плоскости легкого скольжения (111), учитывая значения пороговых напряжений сдвига для этих же систем.

4. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ И АККОМОДАЦИЮ В ТРИКРИСТАЛЛАХ

Исследования, результаты которых представлены в данной главе, направлены на выявление особенностей развития .ЗГП и аккомодации

1'3

при изменении внешних условий деформации (нагрузки, температуры) с использованием одинаковых тр^кристаллов типа II и образцов без стыка (бикристаллов и "бамбуковых" трикристаллов) с теми же самыми границами зерен. Выбор трикристалла типа II для этих исследований обусловлен тем, что в отличие от трикристалла типа I, где первичную аккомодацию ЗГП в стыке наблюдали в виде складки рассредоточенной в зерне, в случае трикристалла типа II (<г=2.4МПа и Т=0.7Тпл) первичная аккомодация была локализована в виде аккомодационного ЗГП.. Эти обстоятельства позволили нам количественно оценить такие параметры как чувствительность скорости проскальзывания к напряжению ш - й 1п х / <1 1п Б 2 1п(т2/х1) / 1п(Б /Б ) и.энергию активации проскальзывания <5и из зависимости 1п - Т"1 не только для ЗГП, но и для первичной аккомодации. Оказалось, что эти параметры т и Q для "активной"

и 8

граниды 1-2 и смежной (согласованной) с ней границы 2-4 в .трикристалле стали одинаковы, то есть ш12 = тг* и д12 = Q24.

в в 8 • В

Сравнительные исследования влияния нагрузки и температуры на ЗГП и аккомодацию проводили при температуре Т-=0. ?ТПЛ и большей нагрузке сг=3.5МПа, а также при нагрузке <г=3.5МПа и большей температуре Т=0.8ТПЛ. Основные закономерности ЗГП и аккомодации, установленные при <г=2.4МПа и Т=0-7ТПЛ. остаются практически те же самые для данного трикристалла типа II. Как и в предыдущем случае, проскальзывание на границе 2-4 было в основном аккомодационным.

Интенсивность увеличения ЗГП в образцах: без стыка, при увеличении нагрузки и температуры деформации, оказалась выше, чем в трикристаллах. Для количественного описания влияния условий реформации на ЗГП при наличии стыка зерен было использовано соотношение между средней величиной проскальзывания по границе при наличии стыка и | его отсутствии ¡§°(Ъ), например, в виде

ээффициента подавления проскальзывания К = S0(t) / БСЪ).

казалось, что наиболее заметно ЗГП подавляется при увеличении

гмпературы деформации.

Расчетные значения коэффициента подавления ЗГП стыком для

йктивной" границы 1-2 после деформации в течение Ь~2ч при

1зличных внешних факторах (нагрузки, температуры) показали, что

эд-авление ЗГП стыком при 0.7Т „ незначительно (К = 1.0-1.2) и

пл в

эчти не измеммчосг, с ^осличпч»»" паг^уаки "т <т—?. -1УПа до

-з 5\!Па. Е то же время подавление ЗГП стыком для "активной"

заницы 1-2 заметно усилилось (К =1.7) с увеличением температуры

8

эформации от 0-7Тпл до °-8Тпл-

Установлено, что изменение нагрузки и температуры деформации з изменяет характера первичной аккомодации и определяется эометрией стыка, но существенно влияет на развитие вторичной <комодации, например, приводит к переходу от одиночного <ольжения к множественному. Объяснение такого рода изменений дано 1 основе представлений о температурной зависимости пороговых шряжений сдвига.

В заключительной части главы рассмотрена роль ориентации оси кружения при развитии аккомодации в трикристаллах. На основании ¡сдставлений об "активной" границы (где фактор Шмидта наибольший) учете взаимной ориентации . границ стыка относительно оси (гружения предложена методика классификации тройных стыков на [пы. В тройных стыках типа I и типа II, проскальзывание по 1Ктивной" границе и смежным границам может быть несогласованным и 1Гласованным, соответственно. Для аккомодации сдвига по ктивной" границе в стыках типа I потребуется первичная комодация в виде внутризеренного. сдвига (складки) в смежное рно. Напротив, в стыках типа II проявление первичной аккомодации

возможно в виде развития аккомодационных сдвигов на смежных границах. Показано, что тройные стыки близкие (-15°) к геометрически равновесным (120°) при любой ориентации оси нагружения относительно тройного стыка, по деформационному поведению можно отнести к тройным стыкам типа I. В случае тройных стыков заметно отличающихся от равновесных, возможны положения оси нагружения при которых один и тот же стык будет соответствовать либо типу I, либо типу II.

5. ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА ЗЕРНОГРАНИЧНОЕ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ И АККОМОДАЦИЮ В ТРИКРИСТАЛЛАХ

Образование аккомодационных зон локализованной внутризеренной деформации (складки) связано с развитием пластической несовместности в тройных стыках при деформации. При этом происходит ограничение и регулирование ЗГП. Возникает вопрос, как предотвратить подавление ЗГП стыком границ и облегчить развитие деформации. Можно предположить, что замена тройного стыка "порой" позволит исключить область, где ЗГП наиболее сильно подавлено. В связи с этим, исследования влияния внутренних . факторов, в , частности, морфологии тройного стыка зерен, на развитие ЗГП и аккомодации проводили при сг=1.ОМПа и Т=0.9Тпл, как на трикристаллах с "порой" в тройном стыке типа I, так и на трикристаллах со стыком и без стыка ("бамбуковых" трикристаллах). Это дает возможность не только более последовательно изучить роль тройного стыка в развитии ЗГП и аккомодации, но и выявить роль "поры" в тройном стыке зерен при деформации.

Исследования показали, что кинетика развития ЗГП в трикристалле с "порой" несколько отличается от развития ЗГП в

I

«кристалле без поры. Начальная скорость ЗГП по границам »«кристалла с "порой" совпадает со скоростью ЗГП в бикристаллах, | есть наличие "поры" в тройном стыке зерен позволяет повысить юрость ЗГП до собственного значения проскальзывания' для данной >аницы. По-видимому, в этом случае, начальная стадия пластической формации происходит облегченно, т.к. возможные концентрации пряжений могут быть предотвращены за счет выноса «ятоп»— 1-1>имм7' ч а ытя'аовг!":")-! сгупенек на ее

утренней поверхности. Вместе с тем, развитие первичной :комодации ЗГП в виде складки в зерне, характерной для стыка типа сохранилось, причем в том же самом зерне. Из локальных нтгенодифрактометрических измерений в зоне складки выявили лоугловую границу с углом разворота 1.7° и осью [0.6454 0.5498 5303]. Измерения интенсивностей выбранных в качестве опорных ражений <313> по обе стороны новой границы показали, что :тенсивность отражений падала при перемещении от "поры" к краю разца. Это трактовалось как размытие разворота в этом правлении на складке-границе.

Рассмотрение роли внутренних полей напряжений в развитии комодации при ЗГП показало, что введение "поры" радиусом ~200мкм ирает область возможного скопления зернопраничных дислокаций у ойного стыка, ответственных за создание критических напряжений и звитие аккомодационного скольжения в виде "факела" в зерне, тановлено, что развитие складки определяется главным образом льнодействующими полями напряжений, образующимися в результате вязки смещений по границам зерен, т.е. состоянием всего зерна в лом, а не только благодаря концентрации напряжений посредственно у тройного стыка »ерен при ЗГП.

6. взаимосвязь зерн0граничн0г0 проскальзывания и аккомодации в трикристаллах

В связи о тем, что развитие проскальзывания в тройном стьи во многом определяется аккомодацией, достаточно важным моменте является исследование их взаимосвязи, Одним из методе исследования аккомодации пластической несовместности в тройнк стыках зерен при ЗГП является геометрическое построение невязо зернограничных сдвигов и их анализ.

В настоящей главе рассмотрена предлагаемая методик последовательного построения невязок в тройном стыке, основанна на двухстадийном характере развития ЗГП и аккомодации трикристаллах. При построении "конечной" невязки и в тройном стык и "начальной" (собственной) невязки и обнаружили, что разност:

о

между ними и* = и - и коррелирует с направлением первично]

о

аккомодации. Это позволило предположить релакеацш дальнодействующих напряжений от "начальной" невязки И за сче-

о

развития первичной аккомодации. В этом случае, "конечная" невязкг и имеет связь со вторичными аккомода'ционными процессами (миграцие; границ зерен, образованием развитой субструктуры, множественны* скольжением в зернах и т.д.).

Кроме того, одним из важных подтверждений тесной взаимосвязи, ЗГП и аккомодации является равенство для них таких параметров как

• чувствительность скорости проскальзывания к напряжению т и

в*

• энергии активации проскальзывания <3 . Действительно, при

а

деформации трикристаллов типа II, где первичная аккомодация проявляется в виде аккомодационного ЗГП по границе, было получено, .что т>2 = ш^4 = 0.2 и <3*2 = (3*4 = 79. бКДж. Это говорит о том, что эти два процесса (ЗГП по "активной" границе 1-2 и аккомодация по

ранице 2-4) в трикристалле взаимосвязаны и действуют параллельно.

этих позиций можно рассмотреть вопрос о лимитирующем процессе ри развитии ЗГП и аккомодации в трикристалле. Ицпользуя оотношение общей энергии активации для двух параллельно заимодействующих процессов С} = п2^2 и собственные значения

нергий активации проскальзывания для "активной" границы 1-2 и межной с ней границы 2-4 в образцах без стыка <3*2 = 61.2КДж и О24 124.дкя» -¿..^чвно, ито г. 'П. , нонтрг.т«руг";он процессом

вляется аккомодация. Оценки коэффициента подавления ЗГП стыком азного типа показали, что первичная аккомодация в виде складки локализованного внутризеренного сдвига), сильнее- влияет на роскальзывание по "активной" границе в трикристалле, чем ккомодационное проскальзывание по границе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведено сравнительное исследование закономерностей азвития проскальзывания и аккомодации при высокотемпературной еформации трикристаллов алюминия с большеугловыми границами ерен, образующими тройные стыки разной Морфологии. Для пассификации этих тройных стыков введено понятие "активной" раницы (где наибольший фактор Шмидта), а также рассмотрена заимная ориентация Границ и оси нагружения.

2. Показано, что для всех исследуемых типов трикристаллов /ществует двухстадийная зависимость величины •проскальзывания от эемени деформации. Начальная стадия характеризуется высокой <оростью проскальзывания и сопровождается основной (первичной)" <комодацией, определяемой геометрией стыка. Последующий переход к становившейся стадии . с меньшей скоростью проскальзывания

. /

сопровождается развитием • дополнительных (вторичных

аккомодационных процессов в виде множественного скольжения зернах и миграции границ.

3. Обнаружено, что в трикристаллах, где проскальзывание п< "активной" границе не согласовано со сдвигами по другим границам первичная аккомодация проявляется в виде локализованного сдвига 1 зерне с образованием "складки". В то же время,- в случа( согласованного проскальзывания первичная аккомодация в тройно! стыке проявляется в виде проскальзывания по смежной границе.

4у Показано, что изменение нагрузки и температуры деформацш не изменяет характера первичной аккомодации, но существенно влияе1: на развитие вторичной аккомодации, например, приводит к перехода от одиночного скольжения к множественному. Дано объяснение этю изменений на. -основе■ модельного, представления о температурное зависимости пороговых напряжений сдвига.

5. Установлено, что величина проскальзывания вблизи тройногс стыка значительно меньше, чем вдали от него. Для описания влияния стыка на развитие проскальзывания использовали коэффициент подавления, представляющий из' себя соотношение между средней величиной проскальзывания по границе при наличии стыка и его отсутствии (в бикристалле с идентичной границей). Показано, что такое подавление проскальзывания зависит от нагрузки и температуры испытания.' Причем, степень подавления проскальзывания стыком всегда больше при аккомодации в виде "складки",

6. Предложен и осуществлен эксперимент по введению "поры" (отверстия в-области тройного стыка зерен радиусом 200 мкм), позволивший исключить'концентрацию напряжений непосредственно у тройного стыка. Показано, что введение "поры" привело к значительному снижению подавления проскальзывания тройным стыком

i начальной стадии деформации.

7. Обнаружено, что введение "поры" не изменило характера <комодации в виде складки. Это позволило заключить, что <комодация проскальзывания в тройном стыке обусловлена прежде :его уровнем и полем распределения дальнодействующих напряжений, .е. состоянием всего зерна в целом, а не только благодаря знцентрации напряжений непосредственно в тпойи~.. ¿еиня гтгт*

ЬзыяяЧТ!!;

8. Для анализа взаимосвязи проскальзывания и аккомодации эедложена методика последовательного построения невязок в тройном гыке (геометрической суммы смещений по границам зерен). Показано, го данный подход позволяет определить направление и характер 1звития первичной и вторичной аккомодации.

Основные результаты диссертации отражены в работах:

1. Герцман В.Ю., Сисанбаев A.B. Высокотемпературная ¡формация трикристалла алюминия // Тез.докл. IV Всесоюзного :минара "Структура дислокаций и механические свойства металлов, и ¡лавов". - Свердловск. - 1987. - с.155.

2. Герцман В.Ю., Сисанбаев A.B.,, Хайруллин В.Г., Валиев Р.З. ¡следование влияния тройных стыков на развитие з^рнограничного юскальзывания // Тез.докл. II Всесоюзной конференции "Структура электронные свойства границ зерен в металлах и полупроводниках". Воронеж. - 1987. - с.67.

3. Герцман В.Ю., Сисанбаев A.B. Исследование влияния тройного ыка на зернограничное проскальзывание // Тез.докл. Всесоюзного минара "Поверхности раздела, структурные дефекты и свойствам таллов и сплавов". - Череповец. - 1988. - с.81.

4. Герцман В.Ю., Сисанбаев А.В., Валиев Р.З. Феноменолог! зернограничного проскальзывания .в трикристалле алюминия //ФММ. 1989. - т.68. - вып.3. - с,590-594.

5. Сисанбаев А.В., Герцман В.Ю. Зернограничш проскальзывание и аккомодационные процессы в трикристалл: алюминия // Тез.докл. XII Всесоюзной конференции "Физика прочное: и пластичности металлов и сплавов". - Куйбышев. - 1989. - с.165.

6. Сисанбаев А.В., Валиев Р.З., Герцман В.Ю. Исследован! влияния ьнешних факторов на зернограничное проскальзывание аккомодацию в трикристаллах алюминия // ФММ.- - 1992. - N.5.

с.62-69.

7. Сисанбаев А.В., Валиев Р.З. Особенности зернограничног проскальзывания при •наличии тройных стыков разного типа / Тез.докл. XIII Международной конференции "Физика прочности пластичности металлов и сплавов". - Самара. - 1992. - с.92-93.

8. Sisanbaev A.M., Valiev R.Z. The effect of triple junctic type on grain-boundary sliding and accommodation in aluminiu tricrystals // Acta metall. mater. - 1992. - Vol.40. - No.12. pp.3349-3356.

9. Sisanbaev A.V., Valiev R.Z. Grain boundary sliding an accommodation in aluminium tricrystals // Premier Franco-Russ Seminar. Joints des Grains. Structure et Propriétés St.Petersburg. 10-15 Mai Î993. Press CIRS "Prometey". - 1994.

10. Sisanbaev A.V., Valiev R.Z:', Shalimova A.V. Grain boundar sliding and accommodation in aluminium tricrystal with a "pore" i triple junction // Proc. Int. Conf. on Superplastisity in Advance Materials (ICSAM*94). Moscow. 24-26 May 1994. Materials Scienc .forum. - 1994. - Vol.170-i72.

r-t