Влияние температуры, размера зерна и скорости нагружения на сопутствующее двойникование в поликристалле Fe+3,25% Si Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.2

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ, РАЗМЕРА ЗЕРНА И СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ НА СОПУТСТВУЮЩЕЕ ДВОЙНИКОВАНИЕ В ПОЛИКРИСТАЛЛЕ Ре + 3,25 % в!

© В.А. Федоров, С.Н. Плужников, С.В. Васильева, М.М. Позднякова

Fcodorov V.A.. Pluzhnikov S.N., Vasilicva S.V., Pozdnyakova M.M. Influcncc of temperature, the size of a grain and speed stressing on accompanying twinning in polycrystal Fe + 3,25 % Si. Influence of the size of grains of a polycrystal on twinning accompanying destruction in them is investigated at various temperatures and speeds stressing. Existence of the «critical» size of the grain supervising accompanying twinning is established. Temperature dependence of power consumption of destruction of polycrystalline samples is established.

Вместе со скольжением двойникование являетя одним из распространенных видов пластической деформации металлов с различными типами решеток [1, 2], а при ударном нагружении выступает в качестве основного деформационного механизма [3]. Информация о влиянии различных факторов на двойникование и о влиянии последнего на сам процесс разрушения крайне интересна и полезна, т. к. до настоящего времени одни исследователи считают двойникование ответственным за инициирование микроразрушений, другие склонны приписывать ему свойство пластифицировать материал при определенных условиях. При этом в поликристаллах практически не изучены количественные закономерности «сопутствующих» двойников, генерируемых самой трещиной, формирование которых способно изменять энергоемкость разрушения.

Цель работы: установить влияние размера зерен пол и кристалла на двойникование, сопутствующее разрушению в них при различных температурах и скоростях нагружения.

Для проведения исследований использовали поли-кристаллический ОЦК сплав Ре + 3,25 % (диаметр зерна 0,05+1,4 мм), который хорошо двойникуется в широком интервале температур. Растяжение поликри-сталлических образцов проводили со скоростями деформирования ё = 8-10 * с 1 и ё = 4-10 : с 1 (разрывная машина Р-5), и ё = 2-101 с 1 (маятниковый копер БКМ-5).

Считается, что понижение температуры и увеличение скорости нагружения повышают вероятность проявления двойникования. Нами экспериментально установлено, что при рассмотренных скоростях нагружения зависимость числа образующихся двойников от температуры имеет максимум. С увеличением скорости деформирования положение максимума смещается в область более высоких температур и чисел двойников (рис. I). Отмечено, что при данной температуре наибольшему числу сопутствующих двойников соответствует не максимальная скорость нагружения, а некоторая оптимальная ё, зависящая от температуры.

Установлено, что данной температуре и скорости растяжения образцов соответствуют определенного

размера зерна, свободные от двойников. Размер такого зерна назовем «критическим».

Зависимость «критического» размера зерна с1

(в \fyfd единицах) от температуры Т с хорошей степенью точности может быть аппроксимирована прямой (рис. 2). Аналитический вид зависимостей <1 = ДТ) может быть представлен выражением, аналогичным закону Холла - Петча, в котором в роли напряжений выступает температура: Т=Т0 + К-(1~^~.

При увеличении скорости нагружения угол наклона с осью абсцисс уменьшается. Экстраполируя прямые на рис. 2 в область более высоких температур до пересечения их друг с другом, получили так называемый «веер» прямых с общим полюсом. По-видимому, значения координат полюса показывают, что в данном материале при температуре Г * 500 К зерно с размером * I мм является «критическим» при любых скоростях нагружения.

Т,К

Рис. 1. Влияние темперагуры Т на число образующихся двойников А/лв в полнкристалличсских образцах при скоростях деформирования: ё| = 8-10"*с ', ё? =410 гс', ё} =2-10' с1

т,к

Рис. 2. Зависимость критического размера зерна </ от температуры Т нрн скоростях нагружения: I) Б = 2-101 с 2) £ = = 4 10 1 с 3) £ = 810 4 с 1

т.к

Рис. 3. Температурная зависимость энергоемкости разрушения поликристаллических образцов: I) работа И', затраченная на разрушение образцов; 2) и 3) - напряжения скольжения и двойниковання соответственно [4|; 4) число сопутствующих двойников Л/.„; 5) общее относительное удлинение £ образцов

На рис. 3 показано влияние температуры на величину работы разрушения поликристаллических образцов при скорости деформирования Ej = 2-101 с '. Выделено три температурных интервала:

1) 77-113 К (наблюдается небольшой рост величины работы разрушения IV);

2) 113-153 К (отмечено уменьшение величины работы разрушения при повышении температуры с образованием минимума при Г= 153 К);

3) 153-473 К (дальнейший рост величины W и выход графика ЩТ) на насыщение при Т> 353 К).

Здесь обращает на себя внимание область при Т < 153 К. Объяснить увеличение величины работы разрушения в этой температурной области можно, по-видимому, тем, что при температуре Т< 200 К образцы начинали разрушаться квазихрупко, вследствие чего повышалась скорость магистральной трещины и увеличивалась тенденция к ее ветвлению. В этом же температурном интервале критические напряжения двой-никования тд8 меньше критических напряжений

скольжения тск, что уменьшает конкуренцию со стороны скольжения на двойникование.

Отмеченные факторы способствовали массовому возникновению мнкротрещин в объеме и на поверхности образцов, т. е. наряду с образованием поверхностей магистральной трещины дополнительно появлялись новые поверхности раздела, которые в расчете энергоемкости разрушения не учитывали. Таким образом, в эксперименте фиксировалась «общая» работа W, затраченная на образование основной магистральной трещины и сопутствующих мнкротрещин. Если учесть сумму площадей всех трещин и микротрещин и «общую» работу разрушения нормировать на эту суммарную величину, то полученная «эффективная» работа разрушения могла быть представлена пунктирной линией на этом же графике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия. 1970. 376 с.

2. Meyers М.A. Dynamic behavior of materials. N. Y.: John Wiley & Sons, 1994. 659 p.

3. Атрошенко С. А.. Оленин Д.М. Локальная скорость сдвига н от-кольной зоне при импульсном нагружении металлов II Физика металлов и металловедение. 1999. Т. 87. № 2. С. 90-96.

4. Финкель В.М., Федоров В.А.. Королев А.П. Разрушение кристаллов при механическом двойниковании. Ростов-н/Д.: Изд-во Ростов, ун-та, 1990. 17<6 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №02-01-01173).

^дв

1200

1000

800

600

400

200