Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, скорость, с которой происходит диффузия, зависит от двух энергий активации QF и QM, которые определяют энергию активации диффузии QD:
Qd=Qf + Qm-
Быстрой закалкой от температур вблизи точки плавления металла можно сохранить избыточную концентрацию вакансий при комнатной температуре. За последующим движением и уничтожением вакансий можно следить путем измерения физических свойств, например электрического сопротивления, или энергии, запасенной металлом (калориметрическим методом при нескольких различных температурах), откуда можно получить значение энергии QM. Аналогично если изменять температуру закалки, то это приводит к различной концентрации вакансий, откуда, измеряя изменения физических свойств, можно определить энергию Qp- Большое число экспериментов такого рода проведено на таких гранецентрированных кубических металлах, как медь, золото, серебро и никель. Типичные экспериментальные значения QF> Q.\t и QD приведены в табл. 10.2; значения энергии активации выражены, как принято обычно, в электронвольтах на атом.
Таблица 10.2
Значення эпергии активации образования и движении вакансий и самодиффузни
Металл Qp, эВ QM. эВ QD, эВ
Золото 0,95-1,05 0,60-0,70 1,81
Медь 1,0 0,70 1,8
Платина 1,2-1,4 U 2,96
Алюминий 0,8-1,0 0,44 0,9—1,4
Высокая подвижность вакансий при пересыщении ими видна из того факта, что некоторые физические свойства, например электросопротивление, изменяются уже после выдержки при температурах значительно ниже 0° С, но полного устранения избытка дефектов для большинства гранецентрированных кубических металлов не происходит до тех пор, пока температура не достигает 200—400° С.
230
Глава XO
§ 3. Влияние закалочных вакансий на механические свойства
Особенно сильно влияние пересыщения вакансий сказывается на механических свойствах металлов, поскольку здесь важную роль играет взаимодействие вакансий с дислокациями. Наиболее убедительными экспериментами является те, в которых монокристаллы закаливались от температур, близких к точке плавления, а затем испытывались при комнатной температуре с записью кривых напряжение — деформация. Маддин и Коттрел [6] показали, что критическое напряжение сдвига для закаленных кристаллов
wo
ООО 500
Г
^ 400
о" <ц 3
S
? zoo ї
Qt %
д юо
О 2 4 6 в Ю
Дедюрмация, X
Ф и г. 10.1, Влияние закалки на критическое напряжение сдвига кристаллов алюминия [6].
алюминия приблизительно в 5 раз выше, чем для медленно охлажденных (фиг. 10.1). Этот эффект подтвердили Кимура и Маддин [5] на монокристаллах меди; однако эти Эксперименты показали, что упрочнение не является прямым результатом закалки, а постепенно развивается в процессе старения при комнатной температуре; энергия активации этого процесса равна 0,8 эВ. Закалочное упрочнение сопровождается огрублением структуры полос скольжения и возрастающей тенденцией к продлению действия первичной системы скольжения за симметраль в область двойного скольжения.
Эти результаты можно объяснить в предположении, что вакансии, остающиеся после закалки, мигрируют к дислокациям и закрепляют их (отдельными вакансиями либо группами) наподобие того, как это происходит с атомами растворенного вещества или частицами выделений. Одиночные вакансии или их группы могут упруго притягиваться к дислокациям, или, иначе говоря, они способны аннигилировать на дислокациях, образуя на последних ступеньки. В гл. 3 было показано, что ступеньки тормозят движение дислокаций; это обстоятельство можно привлечь для объяснения наблюдаемого возрастания напряжений течения закаленных кристаллов. Появление грубых полос скольжения показывает, что первые прошедшие дислокации оставляют позади себя путь, свободный от точечных дефектов, так что для последующих дислокаций движение по этим плоскостям предпочтительнее вследствие уменьшения сопротивления. Однако уровень напряжении при деформации закаленных и состаренных кристаллов непрерывно повышается; значит в кристаллах остается какое-то количество препятствий, оказывающих сопротивление движению последующих дислокаций.
Образование точечных дефектов в металлах
231
§ 4. Электронная микроскопия закаленных метал.юн
В настоящее время в результате структурных исследований, главным образом .методом электронной микроскопии тонких фольг, имеется значительное количество данных о точечных дефектах. При исследовании закаленных фольг чистого алюминия в них была обнаружена высокая концентрация небольших дислокационных петель [71. Обычно их плотность составляет около 1015 см-3, а диаметр от 100 до 500 А (фиг. 10.2). Образование этих петель начинается с собирания отдельных вакансий в диски, которые затем
<D и г. 10.2. Дислокационные петли в алюминии чистоты 99,995%, закаленном от 650° С
(электронная микрофотография) |9]. Вблизи границы :ц>р(ш нет.їм отсутгтнуют.
захлопываются, образуя кольцеобразные сидячие дислокации Франка [8| краевого типа, но с вектором Бюргерса, нормальным плотно упакованным плоскостям. Такой механизм приводит к созданию дефекта упаковки, ограниченного дислокационной истлей, который на электронно-микроскопическом изображении обычно проявляется как область чередующихся светлых к темных полос. Подобные петли дефектов наблюдались в закаленном очн-щонном зонной плавкой алюминии [91 (фиг. 10.3); они значительно больше (2000—3000 Л), чем петли, наблюдаемые в менее чистом материале. Однако во время наблюдения многие петли дефектов превращаются в призматические петли, которые не дают полосчатого контраста (фиг. 10.3. б).
