Влияние геометрии скольжения при предварительной деформации на величину предела текучести монокристаллов меди

УДК 532.78

ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИИ СКОЛЬЖЕНИЯ ПРИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА ВЕЛИЧИНУ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕДИ

© А.М. Беликов, Л.П. Трутнева, А.А. Афанасьев, В.И. Логинова

Россия, Воронеж, Государственная технологическая академия

Belikov A.M., Trutneva L.P., Afanasyev A.A., Loginova V.I. The effect of slide geometry under preliminary strain on the yield point value of copper monocrystals. The effect of slide geometry under preliminary torsional or compressive strain of copper micro-crystals is investigated. The maximum yield point value is indicated in the micro-crystals where slide geometry under preliminary strain creates the greatest probability of Lomer-Cottrell barriers formation at interaction between the dislocations that are accumulated in the samples after the operation of slide systems which are passive at further tension.

Предварительная деформация сжатием или кручением с заданной геометрией скольжения позволяет получить существенно различающиеся дислокационные структуры с различной величиной скалывающих напряжений разрушения при последующем растяжении в исследуемых монокристаллических образцах [1].

Целью настоящей работы явилось исследование влияния геометрии скольжения при предварительной деформации микрокристаллов (МК) меди на величину их предела текучести при последующем растяжении при комнатных температурах.

В качестве объектов исследования были выбраны выращенные по методу Бреннера микрокристаллы, содержащие 99,99 % Си, длиной 10-15 мм и диаметром 40-50 мкм. Геометрия скольжения в них принципиально не отличается от геометрии скольжения в массивных монокристаллах [2], кроме того, они обычно не содержат субграниц в исходном (после выращивания) состоянии. Микрокристаллы с ориентацией оси роста <100>, <110>, <111> подвергались предварительной деформации кручения или сжатия (перпендикулярно одной из боковых граней). Их геометрия скольжения исследована и описана в [2-4]. Затем МК подвергались деформации растяжением на микромашине при комнатной температуре. Скорость предварительной и основной деформации составляла 10-3 с-1.

После малых (1-2 %) степеней предварительной деформации кручения (є) условный предел текучести (стт) МК меди повышается в 1,5-2 раза. При таких степенях деформации кручения в МК [111] действуют только три первичные системы скольжения в плоскости (111), перпендикулярной продольной оси кристалла. В МК [110] плоскости скольжения двух первичных систем и направления сдвига параллельны оси роста. Следовательно, накопившиеся в процессе предварительной деформации кручения дислокации леса не могут принимать уча-

стия в деформации растяжения и сильно повышают напряжение течения в кристаллах данной ориентации.

В МК [110] при є = 0,8...1,0 % включаются две вторичные системы скольжения в плоскостях скольжения, наклонных к оси кристалла, с направлением скольжения, перпендикулярным оси роста.

В МК [100] все четыре плоскости скольжения составляют острый угол с осью кристалла, а направление скольжения первичных систем перпендикулярно оси роста. Следовательно, в двух последних случаях при кручении действуют системы, для которых фактор Шмида при последующем растяжении равен нулю, что значительно повышает напряжение течения. В условиях такой геометрии скольжения в МК [110] и [100] из известных дислокационных барьеров могли формироваться только барьеры Хирта.

В кристаллах [100] и [111] в отличие от МК [110] после деформации кручения на два и менее процента разориентировка кристаллической решетки вокруг любых направлений, перпендикулярных оси кристалла (8а), не превышает 3', поэтому можно точно вычислить приведенное напряжение сдвига (тт).

В МК [100] при факторе Шмида 0,41 с ростом степени деформации кручения от 0 до 0,2 % тт увеличивается с 11 до 16 МПа, а в МК [111] (фактор Шмида -0,27) - с 14 до 19 МПа. Отсюда видно, что принципиальная возможность формирования при кручении в МК барьеров Хирта не приводит к существенному повышению тт.

Если степени деформации кручения превышают 2 %, 3 % и 6 % для МК [111], [110] и [100] соответственно, то включаются вторичные системы с направлениями скольжения, составляющими острый угол с осью кристаллов. В МК [111] при є > 12 % в любом сечении МК действуют 12 систем скольжения, и может образовываться полная пространственная совокупность барье-

ров Ломер - Коттрелла. Из девяти вторичных

систем скольжения шесть систем с направлениями сдвига, составляющими острые углы с осью кристалла, активны при последующем растяжении; три системы с направлениями скольжения, перпендикулярными оси роста МК, пассивны при растяжении.

В МК [110] при кручении (є > 18 %) действуют 3 группы вторичных систем скольжения, различающихся значением скалывающих напряжений в плоскостях {111} и направлениях <110> тетраэдра Томпсона, из них только одна группа (две системы скольжения) активна при последующем растяжении. В этом случае при кручении в одном сечении МК скольжение реализуется обычно в одной из двух плоскостей скольжения, составляющих острый угол с осью кристалла, значит,

деиствует максимум девять систем, а накапливающиеся при кручении дислокации образуют не более трех типов (т. е. в трех разных направлениях <110>) барьеров Ломер - Коттрелла.

В МК <100> при кручении (в > 6 %) включаются восемь вторичных систем, активных при последующем растяжении. При этом в одном сечении кристалла, перпендикулярном его оси, скольжение при кручении (в > 9 %) реализуется только в двух смежных плоскостях (4 вторичные системы скольжения), что создает принципиальную возможность образования двух типов барьеров Ломер - Коттрелла.

Итак, после малых деформации кручения (в >3 %) увеличение предела текучести, очевидно, обусловлено

Таблица 1

Ориентация и тип кристалла Степень предварительной деформации в, % Число систем скольжения стт, МПа n N N в>0 _ исх ат - ат N"

кРУ- чение сжатие пер- вич- ные вто- рич- ные исх ат

[100] 50 - 4 8 148 0,33 2 - 4,3 2

[110] 50 - 2 7 204 0,78 3 1 9,2 2

[111] 50 - 3 9 380 0,5 6 - 6,3 6

[100] (001) типа Д - 50 4 8 241 0,33 6 - 7,6 6

[110 ] (001) типа А - 50 2 - 308 1,0 - - 14,4 -

[110 ] (111) типа А - 50 2 - 308 1,0 - - 14,4 -

[110 ] (001) типа Д - 50 2 2 343 1,0 2 2 16,1 -

[110 ] (111) типа В - 50 4 2 401 1,0 5 5 19,5 -

[110 ] (001) типа В - 50 4 2 435 1,0 5 5 20,8 -

[110] 200 - 2 7 270 0,78 3 1 13,5 2

[111] 200 - 3 9 596 0,5 6 - 10,5 6

[110 ] (001) типа В - 80 4 2 540 1,0 5 5 26,0 -

[110 ] (111) типа В - 80 4 2 506 1,0 5 5 24,3 -

[111] (110) - 80 2 6 380 0,5 2 - 6,3 2

поликристалл отожженный - - - - 75 - - - - -

поликристалл волоченый 80 - - - 350 - - - 3,7 -

накоплением в кристаллах дислокации, связанных с системами, у которых фактор Шмида при последующем растяжении равен нулю. Включение вторичных систем с направлениями сдвига, составляющими острые углы с осью кристаллов, приводит к дальнейшему повышению предела текучести.

В таблице 1 приведены значения: стт; относительное превышение предела текучести после больших степенеи предварительной деформации [(сттв>0-атисх )/сттисх ] по сравнению с исходными, т. е. не подвергнутыми предварительной деформации образцами (сттисх); доля (и) от общего числа систем скольжения, действующих при предварительной деформации с нулевым коэффициентом Шмида при последующем растяжении (пассивные

системы скольжения); общее число N различных, т. е. по-разному ориентированных в пространстве типов барьеров Ломер - Коттрелла ^ = N' + N'У; число барьеров Ломер - Коттрелла типа N' и N". Барьеры типа N' могут образовываться в процессе предварительной деформации кручения или сжатия при взаимодействии дислокаций, накапливающихся в МК только при действии пассивных при последующем растяжении систем скольжения. Барьеры типа N" могут образовываться при взаимодействии дислокаций, накапливающихся в МК при действии пассивных (при растяжении) систем скольжения с дислокациями, накапливающимися в МК при действии систем активных при последующем растяжении.

Как видно из таблицы, после одной и той же степени деформации относительное увеличение предела текучести тем больше, чем больше величина «.Относительное увеличение предела текучести в МК

[ 110 ] (001) - А после деформации сжатием на 50 % при и = 1 равно 14,4, а после деформации кручением МК с той же осью роста даже на 200 % (и < 1) не удается достигнуть этого значения. При этом деформация

сжатием в МК [110] (001) - А протекает в одной плоскости и в двух направлениях, т. е. действуют всего две системы скольжения. Таким образом, значение и является решающим фактором, определяющим относительное увеличение предела текучести после предварительной деформации.

Принципиальная возможность образования при сжатии барьеров Ломер - Коттрелла типа N' в МК

[ 110 ] (001) - Д и В и [ 110 ] (111) - В приводит к дополнительному относительному увеличению предела текучести.

Из таблицы 1 видно, что в поликристаллической проволоке, деформированной волочением на 80 %, относительное увеличение предела текучести по сравнению с исходным отожженным образцом существенно меньше, чем в деформированных сжатием микрокристаллах в условиях контролируемой геометрии скольжения.

ВЫВОДЫ

В зависимости от геометрии скольжения и степени предварительной деформации условный предел текуче-

сти при последующем растяжении увеличивается в 1,526 раз. После одной и той же степени предварительной деформации относительное увеличение предела текучести будет тем меньше, чем меньше будет доля (и) от общего числа систем скольжения, действующих при предварительной деформации, у которых коэффициент Шмида равен нулю при последующем растяжении. Принципиальная возможность образования барьеров Ломер - Коттрелла типа ^'приводит к малому относительному увеличению предела текучести. Наибольшее относительное увеличение предела текучести наблюдается после предварительной деформации сжатия при и = 1, особенно когда появляется принципиальная возможность образования барьеров Ломер - Коттрелла типа N'в двух, а тем более в пяти направлениях <110>.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беликов А.М., Постников В.С., Казанский В.М., Жигунов В.В. Некоторые пути получения монокристаллов меди в состоянии высокой прочности // Физика и химия обработки материалов. 1976. № 4. С. 45.

2. Беликов АМ., Жигунов В.В., Казанский В.М. и др. Использование различных вариантов геометрии скольжения для получения контролируемых дислокационных структур в г.ц.к.-металлах: Тез. докл. / Матер. II Всесоюз. науч. конф. Воронеж: ВПИ, 1975. Ч. 1. С. 185.

3. Беликов А.М., Горелик С. С., Жигунов В.В., Макаров В.В. Влияние геометрии скольжения на критическую степень деформации монокристаллов меди // Физика металлов и металловедение. 1975. Т. 39. № 2. С. 390.

4. Беликов А.М., Матовых Н.В., Лукин А.А. Разупрочнение при возврате деформированных микрокристаллов меди // Изв. АН СССР. Металлы. 1991. № 5. С. 133.