CC BY
53
УДК 539.3
ДВОЙНИКОВАНИЕ НА ДИАГРАММАХ НАПРЯЖЕНИЕ-ДЕФОРМАЦИЯ В ПОЛИКРИСТАЛЛАХ Fe-Si
© А.М. Кириллов1*, С.Н. Плужников2), Т.Н. Плужникова1*, Е.В. Зингер1*, В.А. Федоров1
1 Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина, г. Тамбов, Россия, e-mail: [email protected] 2) Тамбовский государственный музыкально-педагогический институт им. С.В. Рахманинова,
г. Тамбов, Россия
Ключевые слова: двойникование; ОЦК-поликристалл; диаграмма напряжение-деформация.
На диаграммах напряжение-деформация обнаружен спад нагрузки при возникновении двойников. Установлена зависимость между видом образующихся спадов нагрузки с числом двойников и скоростью деформации.
Процесс двойникования в ряде случаев условий деформирования различных материалов выступает как ведущий механизм деформации кристаллической решетки. В поликристаллах этому процессу уделено намного меньше внимания, чем в монокристаллических материалах. Сложности изучения образующихся двойников заключаются в высоких скоростях роста двойниковых прослоек, а также в условиях получения двойников на различных материалах (высокие скорости деформации и низкие температуры).
В качестве исследуемого материала использовались образцы поликристаллического ОЦК-сплава Fe-Si с различным набором размеров зерен, предварительно приготовленные как металлографический шлиф и вырезанные в форме двойной лопатки. Выбор материала обусловлен его склонностью к двойникованию в широком интервале условий эксперимента. Растяжение производилось на машине Instron-5565 со скоростями относительной деформации é =0,002 0,66 с-1 в интервале температур: 183 393 К. В образцах ~80 % всех
зерен имели размеры в пределах 1,5 9 мм и средне-
а, МРа
а)
статистический размер зерна d¡ÍS = 3,55 мм. После деформации образцов осуществлялся подсчет двойников в рабочей области.
Высокая скорость образования двойниковых прослоек сравнима со скоростью звука в металле, что подтверждается характерным звуковым сигналом, так называемым «треском» при двойниковании [1]. В ходе испытания получены диаграммы нагружения образцов при разных скоростях и температурах испытаний (рис 1).
При возникновении двойников в ряде случаев появляются спады и ступени на диаграммах напряжение-деформация при переходе из области упругой деформации в область предела текучести (рис. 1). Такое поведение нагрузки связанно с двойникованием материала, что подтверждается сравнением значений чисел двойников с величиной относительной деформации при спаде (в ступеньке). Характерный вид спада или ступеньки на диаграмме нагружения можно предсказывать, т. к. имеется существенная зависимость между числом двойников и величиной относительной де-
б)
Рис. 1. Диаграммы нагружения при температуре Т = 290 К и скоростях деформирования: а) £& = 0,03 с-1, (Ы1п = 570);
б) е = 0,06 с-1, (Ы1п = 1080). Кружком выделено место возникновения двойников
а) б)
Рис. 2. Графики зависимостей скачка напряжения на диаграмме нагрузка-деформация от скорости деформации образца -сительной деформации в данном скачке от общего числа двойников в образце - б
а; отно
формации при спаде (в ступеньке) (рис. 2, б), а также между величиной задаваемой скорости относительной деформации и получаемым значением резкого спада (или слабого роста) нагрузки (рис. 2, а).
В.Ф. Моисеевым и В.И. Трефиловым [2] был предложен метод расчета пластичности при двойниковании поликристаллов, основанный на дислокационной модели двойника в ОЦК-решетке. Согласно этой модели:
_ 5N
2i¡2Dm
где N - число двойников толщиной 5 ; D - размер зерна; m - усредненный фактор ориентации. При значениях 5 = 4 мкм, D = das = 3,55 мм и mbcc = 2 расчетные данные совпадают с экспериментальными величинами относительной деформации.
Связь напряжений со скоростью относительной деформации является не случайной. Примером являются зависимости для пластической деформации, обусловленной объёмной диффузией вакансий (ползучесть Набарро-Херринга) или обусловленная пограничной диффузией (ползучесть Кобла) [3].
Интересным является и тот факт, что двойникова-ние в большинстве случаев в исследуемом материале происходит на отрезке перехода из упругой области к пластической. Напряжения, при которых происходит зарождение и движение двойникующих дислокаций по системам (112)<111>, меньше предела пластичности исследуемого сплава. Отличительной чертой мелкокристаллических материалов (das = 0,12 мм) от крупно -зеренных является отсутствие каких-либо видимых
регистрируемых скачков нагрузки при возникновении двойников, что свидетельствует о снижении роли двойникования на процесс деформации материала с уменьшением размера зерна поликристалла [4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Классен-ИеклюдоваМ.В. Механическое двойникование кристаллов. М.: АН СССР, 1961. 260 с.
2. Моисеев В.Ф., Трефилов В.И. Пластичность при двойниковании // Физическая природа пластической деформации и разрушения металлов. Киев: Наук. думка, 1969. C. 7-15.
3. Гуткин М.Ю., Овидько И.А. Предел текучести и пластическая деформация нанокристаллических материалов // Успехи механики. 2003. № 1. С. 68-125.
4. Федоров В.А., Плужникова Т.И., Кириллов А.М., Долгих Д.Е. Влияние размера зерна поликристаллического Fe + 3,25 % Si на двой-никование в широком температурно-скоростном интервале нагружения // Известия вузов. Серия Черная металлургия. 2009. № 6. С. 60-63.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 09-01-97514р_центр_а.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Kirillov A.M., Pluzhnikov S.N., Pluzhnikova T.N., Zinger E.V., Fedorov V.A. Twinning on stress-strain diagrams in polycrystals Fe-Si.
On stress-strain diagrams recession loading out at occurrence of twins is found. The dependence between type of created recessions loading with number of twins and rate deformation is found.
Key words: twinning; bcc-polycrystal; stress-strain diagram.
