Развитие деформационного рельефа на различных масштабных уровнях при деформации [110]-монокристаллов меди Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.383/.375.6

РАЗВИТИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО РЕЛЬЕФА НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ [1Щ-МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕДИ

© А.В. Чумаевский, Д.В. Лычагин, А.Д. Лычагин, Е.А. Алферова

Ключевые слова: монокристалл; организация сдвига; мезопачки следов сдвига.

Исследовано развитие картины сдвига в монокристаллах меди с ориентацией оси сжатия [110] на мезо - и макроуровне. На макроуровне развитие сдвига происходит путем образования в центральной области образца фрагмента - гиперпачки следов сдвига по плоскости (111) и двух приторцевых фрагментов, состоящих преимущественно из следов по плоскости (111). На мезоуровне в данных фрагментах эволюция картины рельефа заключается в образовании первичных следов по одной плоскости сдвига, их развитии в мезопачки, формировании полос со вторичным скольжением по второй плоскости и развитии следов сдвига через мезопачки.

Природа стадийности деформационного упрочнения металлов и сплавов на настоящее время имеет наиболее четкое обоснование на микроуровне для превращений дислокационных субструктур [1, 2]. На мезо- и макроуровне можно выделить немногие работы, в которых указано на включение на различных стадиях соответствующих систем сдвига [3], происходящее в последовательности: «первичная» - «сопряженная» -«критическая» - «поперечная» системы. При этом многоуровневый подход к изучению пластической деформации требует проведения комплексных исследований деформационного поведения на различных масштабных уровнях [4]. Исследования организации сдвига на мезо- и макроуровне при деформации монокристаллов необходимо для расширения понимания механизмов деформации отдельных ориентировок зерен в поликристаллах.

В работе исследованы монокристаллы с ориентацией оси сжатия [110], выращенные по методу Бриджмена. Размеры образцов составляют 3,5*3,5*7 ± 0,1 мм, отклонение от перпендикулярности граней не более 1°. Деформацию осуществляли на машине Instron ElectroPuls E10000 при комнатной температуре с применением графитовой смазки. Исследования деформационного рельефа проводили на оптическом микроскопе Leica DM2500P и растровом электронном микроскопе Tescan Vega II LMU.

При деформации исследованных монокристаллов структурные элементы деформационного рельефа соответствовали классификации, предложенной в работе [5]. Основными элементами рельефа являются прямолинейные следы сдвига по плотноупакованным плоскостям и мезопачки следов сдвига.

Организация сдвига при деформации от 3 до 10 % складывается аналогично представленной в работе [6] для монокристаллов алюминия. В центральной области образца (V на рис. 1б, 1г), в которой плоскости сдвига имеют выход на все свободные грани кристалла, формируется крупная пачка следов сдвига по плоскости (1l!). В данной области формируется большинство мезопачек следов сдвига по данной плоскости (утол-

щенные линии на рис. 1), сдвиг по плоскости (111) в ней развит слабо (II на рис. 1а, 1в).

Рис. 1. Схематическое изображение развития систем следов сдвига по плоскости (111) (а, в) и (111) (б, г) в [110]-моно-кристаллах меди при увеличении степени деформации от 3 (а, б) до 10 % (б, в)

1637

В приторцевых областях, в которых плоскости сдвига контактируют с пуансонами испытательной машины, ситуация обратная. Сдвиг по плоскости (111) в данном случае развивается интенсивнее (I и III на рис. 1а, 1в), чем по плоскости (111) (IV и VI на рис. 1б, 1г). Мезопачек по плоскости (111) в данных областях больше, чем в центральной.

Такое положение обусловлено тем, что сдвиг по плоскости (11!) в центральной области начинается раньше, что создает барьер (в результате появления заторможенных дислокаций леса) для сдвига по плоскости (111), а в приторцевых областях сдвиг начинается по плоскости (111), и препятствие создается для сдвига по плоскости (111).

Рис. 2. Развитие организации сдвига внутри фрагментов на мезоуровне при увеличении степени деформации

Развитие картины сдвига на мезоуровне в отдельных фрагментах выглядит следующим образом (рис. 2). Первично формируются следы от сдвига по одной из плоскостей скольжения (1 на рис. 2). Затем в области данных следов формируются мезопачки следов сдвига (2 на рис. 2). В дальнейшем между мезопачками следов сдвига образуются полосы следов по второй плоскости скольжения, в литературе обозначенные как полосы вторичного скольжения [7] (З на рис. 2). В полосах между пачками организация сдвига может быть и отличной, представленной чередованием систем следов по двум плоскостям скольжения. На последнем этапе следы от сдвига по второй плоскости при увеличении напряжений развиваются через мезопачки следов сдви-

га (4 на рис. 2). Такое положение характерно как для центральной «гиперпачки» следов сдвига по плоскости

(111), так и для приторцевых фрагментов с преобладанием сдвига по плоскости (111). При этом в первом случае первичной является плоскость (11!), а во втором - (111).

Проведенные исследования показывают, что организация сдвига при деформации монокристаллов меди с ориентацией [110] на макроуровне обусловлена образованием крупной «гиперпачки» следов сдвига по одной плоскости скольжения и двух приторцевых фрагментов по второй. Вторичная макрофрагментация обусловлена пересечениями первичных макрофрагментов. На мезоуровне в гиперпачке и в приторцевых фрагментах наблюдается схожая картина, обусловленая формированием следов сдвига по первичной плоскости, развитием в данных областях мезопачек следов сдвига, образованием между ними полос с вторичным скольжением и развитием следов через мезопачки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Конева Н.А., Козлов Э.В. Природа субструктурного упрочнения // Изв. вузов. Физика. 1982. № 8. С. 3-14.

2. Конева Н.А., Козлов Э.В. Современная картина стадий пластической деформации. // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. 2003. Т. 8. Вып. 4. С. 514-518.

3. Теплякова Л.А., Куницына Т.С., Конева Н.А., Старенченко В.А., Козлов Э.В. Макрофрагментация сдвига в монокристаллах сплава Ni3Fe при активной пластической деформации // Физ. мезомех. 2000. Т. 3. № 5. С. 77-82.

4. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. Новосибирск: Наука, 1990. 255 с.

5. Лычагин Д.В., Старенченко В.А., Соловьева Ю.В. Классификация и масштабная иерархия структурных элементов деформации ГЦК-монокристаллов // Физ. мезомех. 2005. Т. 8. № 6. С. 67-77.

6. Теплякова Л.А., Лычагин Д.В., Беспалова И.В. Закономерности макролокализации деформации в монокристаллах алюминия с ориентацией оси сжатия [110] // Физ. мезомех. 2004. Т. 7. № 6. С. 63-78.

7. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. 408 с.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» ГК № 11.519.11.6025 от 28.10.2011 г.

2. В работе использовано оборудование ЦКП «Аналитический центр геохимии природных систем» Томского государственного университета.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Chumayevskiy A.V., Lychagin D.V., Lychagin A.D., Alferova E.A. DEVELOPMENT OF DEFORMATION RELIEF ON DIFFERENT SCALE LEVELS AT STRAIN [110] COPPER SINGLE CRYSTALS

The development of the shear in copper single crystals with the orientation of the compression axis [110] on the mezo and macro levels is investigated. At the macro level the development of the shear occurs by the formation in the central region of the sample fragment - “hyper-pack” traces on the (111) and two fragments near the ends consisting mainly of the tracks on the (111) plane. The shear evolution in these fragments at the mezo level consists of the formation of the primary shear, their development in mezo pack, forming secondary slip bands and the development of shear mezo pack.

Key words: single crystal; shear organization; mezo pack of shear.

1638