Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
§ 11. Движение границ зерен при рекристаллизации
Мы рассмотрели вопрос об образовании зародышей рекристаллизации, но еще не рассмотрели подробно последующую стадию роста новых кристаллов ^ Скорость роста зародышей, по-видимому, очень чувствительна к наличию малых концентраций примесей и к структуре матрицы, в которой растут зерна, т. е. к распределению и плотности дислокаций. Кроме того, существенным фактором, определяющим скорость роста, является соотношение ориентации растущего зерна и матрицы.
Движущей силой роста зерен в деформированной матрице служит различие их упругой энергии искажений, т. е. различие плотности дислокаций внутри растущего зерна и в матрице. Для данного вида роста типична миграция границы в направлении от центра ее кривизны в противоположность механизму роста зерен в полностью отожженйом металле (§12 настоящей главы, фиг. 11.23), где зерна растут в направлении к центру кривизны границы.
Отжиг деформированных металлов
269
1. Влинпие ориентировки
Известно, что подвижность границ зерен во время рекристаллизации сильно зависит от их ориентировки в кристалле [55]. Зерна с небольшой относительной разориентировкой обладают стабильными границами, как и зерна с ориентировкой, близкой к двойниковому соотношению (поворот
10,0
Содержание олова, вес. %
<р и г. 11.21. Зависимость скорости миграции границ при 300° С в свинце зонной очистки
от количества примеси олова [66]. Данные для границ произвольной ориентировки и особых границ хорошего совпадения.
на 60° вокруг направления (111 > для гранецентрированных кубических кристаллов). В монокристаллах, выращенных методом деформация — отжиг, на поверхности часто остаются трудно ликвидируемые зерна, обладающие ориентировками подобного типа [56].
В случае гранецентрированных кубических металлов, таких, как алюминий и медь, наиболее подвижными оказываются границы, повернутые на угол 30—40° относительно оси (111). Если металл деформирован локально (вдавливанием индентора или царапанием), то при отжиге возникает большое количество зародышей; те из них, которые имеют подобное ориентационное соотношение с матрицей, растут, уничтожая другие зародыши. Из таких экспериментов следует один очевидный вывод: подвижность границы зерен зависит также от ориентировки ее самой относительно двух кристаллов.
Малоугловые границы движутся медленнее, но даже при разориенти-ровках 10—15° скорость их движения часто еще на порядок меньше, чем для болыпеугловых (30—50°) границ [57, 58]. G другой стороны, границы простого типа с очень малыми углами разориентировки (<1°), например границы наклона, могут быть тем более подвижными, чем меньше угол
270
Глава 11
разориентировки. Были проведены эксперименты на кристаллах цинка [59] и льда [60], отличие которых от экспериментов обычного типа состояло втом, что при заданной температуре к кристаллам было приложено напряжение, так что движение границ вызывалось наличием последнего.
Относительная подвижность болыпеугловых границ исследовалась в чистом алюминии в зависимости от угла поворота относительно общего направления (111) [61]. Скорость миграции границ быстро возрастала до максимума при достижении разориентировки 40°. Исследования подвижности границ в кристаллах свинца [62] показали, что для материала зонной очистки наблюдается малое различие в скорости их движения при возрастании угла раз-ориентировки относительно направления (111) от 23 до 40° или при изменении ориентировки случайно расположенных границ в интервале 15—60°. Однако при добавлении к свинцу примесей скорость перемещения границ становилась значительно более чувствительной к природе границы (фиг. 11.21), причем очень малые концентрации примесей оказывали заметный эффект на скорость миграции границ.
Несколько экспериментов было проведено на бикристаллах свинца зонной очистки [62] с границами хорошего совпадения, т. е. границами особой ориентировки, на которых значительная часть атомов (например, 1 из 5) занимает положения, точно соответствующие позициям в решетке как одного,, так и другого примыкающих зерен. Скорость миграции подобной границы^ например границы, наклоненной под углом 38° к оси (100), значительно больше, чем границы другой ориентировки, например наклоненной под углом 41° к оси (100). Это объясняется тем, что для смещения атомов поперек такой «полукогерентной» границы при ее движении требуется меньшая затрата энергии.
2. Примеси
Хорошо установлено, что наличие примесей в малых концентрациях в твердом растворе заметно замедляет рекристаллизацию. Например, присутствие 0,005 ат.% теллура в меди повышает температуру рекристаллизации более чем на 200° G 163]; аналогичный эффект имеет место в свинце [64]. Проведенные в последнее время эксперименты по измерению запасенной энергии подтвердили важную роль примесей в протекании процесса рекристаллизации, но трудно сказать определенно, влияют ли они на скорость-образования зародышей или на скорость их роста, или на оба эти процесса.
Только в последнее время благодаря возможности получения путем зонной очистки высокочистых металлов удалось провести действительно количественные эксперименты для выяснения истинной роли примесей в процессе рекристаллизации. Исследования на олове и свинце зонной очистки [65] показали, что присутствие едва заметных следов примесей: оказывает значительное влияние на рост зерен во время рекристаллизации. В алюминии, очищенном зонной плавкой, после 12 проходов (чистота 99,9999%) скорость роста зерен на два порядка больше, чем в материале, подвергнутом только 4 проходам, как показали эксперименты, при которых рекристаллизация осуществлялась способом продвижения одной границы в сильно полигонизованную матрицу. Энергия активации роста QG в этом диапазоне чистоты материала изменяется от 13 до 84 ккал/г-атом.
