Оценка процессов микропластичности при пересечении двойников в ОЦК сплаве Fe-Si

УДК 539.3

ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ МИКРОПЛАСТИЧНОСТИ ПРИ ПЕРЕСЕЧЕНИИ ДВОЙНИКОВ В ОЦК СПЛАВЕ Fe-Si

© А.М. Кириллов, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, Ю.М. Козловский

Ключевые слова: двойникование; дислокация; пластичность; прочность.

С энергетических позиций проанализирована выгодность дислокационных реакций, приводящих к пластичности двойниковой прослойки при пересечении двойников в ОЦК сплаве Fe-Si.

Деформация двойникующихся материалов сопровождается пересечением двойников, развивающихся по различным плоскостям и направлениям. Пересечение двойников инициирует развитие вторичного двойнико-вания, скольжения и образование микротрещин как в сдвойникованном, так и в матричном материале. Взаимодействию пересекающихся двойников и их роли в образовании микротрещин посвящено достаточно много работ [1-3]. С другой стороны, механическое двойникование, как и скольжение, предшествуя разрушению, может служить дополнительным резервом пластичности для кристаллов с низкой симметрией [4], а при низких температурах или динамических нагрузках и для кристаллов высоких симметрий, и выступать в роли барьера на пути распространения трещин [5].

Целью работы являлось проведение кристаллографического анализа пересечения двойников в ОЦК решетке для определения наиболее активных плоскостей скольжения и наименее опасных вариантов пересечения двойников с точки зрения зарождения трещин.

Сдвиговые компоненты поля напряжений движущегося двойника вызывают скольжение и вторичное двойникование в статической прослойке. Величиной этих компонент, пропорциональных значениям фактора Шмида, определяется предпочтительность развития деформации в статическом двойнике по той или иной системе скольжения или двойникования.

Кристаллографическим анализом установлено пять неэквивалентных вариантов пересечения двойников {112}<111> в ОЦК решетке (рис. 1).

Определены значения факторов Шмида в плоскостях скольжения и двойникования сдвойникованного материала при воздействии на него развивающегося

двойника. По величинам фактора Шмида идентифицированы активные плоскости вторичного двойникования и скольжения. Проведен анализ дислокационных реакций, инициируемых пересечением двойников: 1) полных с полными; 2) полных с двойникующими; 3) двой-никующих с двойникующими. При этом учитывали фактор Шмида и выполнение критерия Франка.

Стабильность образовавшихся сидячих дислокаций а(100) оценивали расчетом величин зон рекомбинации [6]. Сравнивая погонные энергии дислокационных образований до и после взаимодействия с учетом переориентации дислокаций, находили относительный минимум энергии в зависимости от длины зоны рекомбинации. На основании сопоставления полученной энергии с энергией тепловых колебаний кТ установлены стабильные дислокации, приводящие к зарождению трещин, и нестабильные, способные распадаться на скользящие дислокации и образовывать зоны локализованной пластичности.

Для оценки вероятности совместного пребывания двух систем двойникования в матрице кристалла был предложен метод, основанный на сопоставлении фигур пространственного распределения величин фактора Шмида (рис. 2). За количественную характеристику вероятности принимается коэффициент максимального перекрытия - п (табл. 1).

Обнаружено, что в матрице кристалла наряду со статическим двойником с большой вероятностью одновременно могут находиться еще три двойника, что подтверждено экспериментами по деформации ОЦК сплава Fe-Si. Эти двойники пересекаются со статическим двойником по 2-му и 3-му вариантам.

Рис. 1. Варианты пересечения двойников в ОЦК решетке. Стрелками обозначены направления сдвига материала в пересекающихся двойниках. В скобках указан фактор повторяемости к

(1 1 2)[1 1 1]

(1 2 1)[1 1 1]

(1 1 2)[1 1 1] + (1 2 1)[1 1 1]

Рис. 2. Сопоставление фигур пространственного распределения величин фактора Шмида для пятого варианта пересечения двойников

Таблица 1

Оценка вероятности появления варианта пересечения двойников

№ варианта пересечения двойников 1 2 3 4 5

Фактор повторяемости - k 12 6 12 12 24

Коэффициент максимального перекрытия - п 0,494 0,943 0,969 0,696 0,591

Для всех вариантов пересечения двойников выделены активные двойникующие и скользящие дислокационные системы в статической двойниковой прослойке, имеющие большие значения факторов Шмида, и рассчитаны соответствующие величины зон рекомбинации. Среднее значение относительных величин зон рекомбинации во всех вариантах пересечения двойников, кроме маловероятного первого, составило 0,316.

Сравнивая энергии образовавшихся зон рекомбинации с энергией тепловых колебаний ИГ, установлено, что в материале статической двойниковой прослойки пересечение всех наиболее активных плоскостей

скольжения и двоиникования имеет преимущественно пластифицирующий характер.

ЛИТЕРАТУРА

1. Sleeswyk A. W. Twinning and the Origin of Cleavage Nuclei in a-Iron // Acta Met. 1962. V. 10. № 9. P. 803-812.

2. Bell R.L., Cahn R. W. The initiation of cleavage at the intersection of deformation twins in zinc single crystals // J. Inst. Met. 1958. V. 86. P. 433-438.

3. Халл Д. Двойникование и зарождение трещин в металлах с объемно-центрированной кубической решеткой // Разрушение твердых тел. М.: Металлургия, 1967. С. 222-255.

4. Финкель В.М., Королев А.П., Савельев А.М. О возможности самоторможения быстрых трещин в кремнистом железе при низких температурах // Пробл. прочности. 1979. № 10. С. 65-70.

5. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977. 360 с.

6. Предводителев А.А., Троицкий О.А. Дислокации и точечные дефекты в гексагональных металлах. М.: Атомиздат, 1973. 201 с.

Поступила в редакцию 25 ноября 2010 г.

Kirillov A.M., Fedorov V.A., Pluzhnikova T.N., Kozlovskiy Yu.M. Estimation of microplasticity processes at crossing of twins in bcc alloy Fe-Si

From energy positions the advantage of dislocation reactions causing the plasticity of twin layer at crossing of twins in bcc alloy Fe-Si is analyzed.

Key words: twinning, dislocation, plasticity, strength.