CC BY
28
УДК 539.2
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ЗЕРНА, ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ИСПЫТАНИЙ НА ДВОЙНИКОВАНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА Fe-Si
© А.М. Кириллов, Т.Н. Плужникова, А.С. Лобанов, В.А. Федоров
Kirillov A.M., Pluzhnikova T.N., Lobanov A.S., Fedorov V.A. Influence of the grain size, temperatures and tests speeds on twinning polycrystalline alloy Fe-Si. Process mechanical twinning in polycrystalline alloy Fe-Si is investigated. Some important characteristics influencing on process of deformation twinning are certain.
Процесс механического двойникования, являющийся распространенным видом пластической деформации металлов, к настоящему времени изучен достаточно подробно в экспериментальных работах на монокристаллах многих металлов [1-4]. Однако авторы разных работ склонны приписывать двойникованию различные свойства: в одном случае двойникование пластифицирует и упрочняет материал, а в другом -оно опасно в плане зарождения трещин и хрупкого разрушения. Что касается двойникования на монокристаллах, как модельных материалах, то здесь к настоящему времени имеется большое число работ, если же рассматривать поликристаллические сплавы, то работ, посвященных исследованиям двойникования, относительно мало, и этот процесс в количественном отношении практически не затрагивается. В последнее время появились работы [5, 6], посвященные двойникованию и разрушению моно- и поликристаллов, выполненные компьютерным моделированием. Этот факт указывает на то, что процесс механического двойникования до настоящего времени представляет интерес, до конца не изученный в физике прочности и пластичности.
В работе исследовался ОЦК сплав кремнистой стали, с содержанием кремния 3,25 %. Сплав подвержен деформации двойникованием в широком температурном и скоростном интервалах. Образцы с размером рабочей области 0,35x10x30 мм, предварительно вырезанные в форме двойной лопатки, шлифовали, полировали и травили для выявления поликристаллической зеренной структуры. В образцах порядка 80 % всех зерен лежат в интервале 0,025 + 0,175 мм, среднестатистический размер зерна: ¿ср = 0,12 мм. Испытания на растяжение проводили на механической машине 1п81хоп-5565 со скоростями относительной деформации £ ~ 0,002 ^ 0,66 с-1 при различных температурах (Т = 183-393 К).
В эксперименте были построены гистограммы распределения по размерам зерен (рис. 1). Выявлено, что максимум распределения сдвойникованных зерен смещен в сторону более крупного зерна, относительно общего распределения зерен поликристалла по размерам. Можно сделать вывод, что независимо от ориентации в крупных зернах двойникование протекает заметно свободнее, чем в мелких зернах, где большую роль в процессе деформации играют границы зерен.
IV,%
16
14
12
10
8
6
4
2
°0 ОД
а, мм
Рис. 1. Гистограммы распределения частоты зерна по размерам зерен - 1; гистограмма сдвойникованных зерен - 2
N 8
6
4
2
°0Л 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
л/бГ. ММ1 2
Рис. 2. Зависимость среднего числа двойников в сдвойникованных зернах от размера зерна при скоростях относительной деформации: 1) - 0,66 с-1; 2) - 0,16 с-1; 3) - 0,07 с-1
Для одной и той же температуры испытаний обнаружено, что зависимость интенсивности двойникова-ния (среднее число двойников в зерне) от квадратного корня из размера зерна хорошо описывается линейной зависимостью (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что для всех скоростей деформирования можно выделить «характерный» размер зерна, в котором двойникование отсутствует, что соответствует уравнению Холла-Петча для случая деформации
двойникованием, по которому следует ожидать затрудненности проявления двойникования при уменьшении размера зерна.
Экспериментально установлено, что при рассмотренных скоростях нагружения зависимость общего числа образующихся двойников от температуры в по-ликристаллическом Ре + 3,25 % 81 имеет максимум. С увеличением скорости деформирования положение максимума смещается в область более высоких температур и чисел двойников (рис. 3).
8, С1
Рис. 3. График зависимости общего числа двойников от скорости деформирования при температурах испытаний: 1 - Т = 273 К; 2 - Т = 323 К; 3 - Т = 373 К
В интервале температур 273-393 К напряжения скольжения меньше напряжений двойникования, и работа разрушения остается практически постоянной. Однако по мере снижения температуры испытаний скольжение убывает, а число двойников нарастает, поэтому в интервале температур 183-273 К при незначительном развитии скольжения общая работа разрушения контролируется двойникованием. В связи с этим уменьшается вклад скольжения в общую работу разрушения, что ведет к её снижению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савенко В.С., Углов В.В., Остриков О.М., Ходоскин А.П. // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. В. 8. С. 1-9.
2. Гектин А.В., Гектина И.В., Лаврентьев Ф.Ф. // Физика металлов и металловедение. 1991. № 9. С. 192-194.
3. Башмаков В.И., Чикова Т.С. // Кристаллография. 2002. Т. 47. В. 3. С. 537.
4. Пинчук А.И., Шаврей С.Д. // ФТТ. 2004. Т. 46. В. 9. С. 1603.
5. Лобастов А.И., Шудегов В.Е., Чудинов В.Г. / ЖТФ. 1997. Т. 67.
№ 12. С. 100-102.
6. Лагунов В.А., Синани А.Б. // ФТТ. 2001. Т. 43. В. 4. С. 644-650.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 08-01-00658.
Поступила в редакцию 26 декабря 2007 г.
