ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЦК СПЛАВА НА МЕЗОУРОВНЕ

Проведен анализ закономерностей деформационного упрочнения в монокристаллах однофазного разупорядоченного сплава Ni₃Fe. Исследованные монокристаллы были деформированы сжатием при комнатной температуре. Ось сжатия монокристаллов была параллельна кристаллографическому направлению [001]. Для кривой деформации [001]-монокристаллов сплава Ni₃Fe характерна стадийность. Смена стадий обусловлена определенной последовательностью субструктурных превращений. Сплав Ni₃Fe в состоянии с ближним атом-ным порядком является сплавом со средним значением энергии дефекта упаковки и в нем при пластической деформации реализуется низкоэнергетическая ветвь эволюции субструктуры: плоские скопления → сетчатая субструктура → полосовая структура. Линейная стадия деформационного упрочнения этого сплава связана с формированием неоднородной сетчатой дислокационной структуры. По электронно- микроскопическим снимкам сетчатой субструктуры в работе были измерены длины свободных сегментов дислокаций между различными видами стопоров, образующихся вдоль линии дислокаций в результате пересечения дислокаций различных систем. На основе комплекса измеренных характеристик сетчатой субструктуры, формирующейся в исследованных монокристаллах в пределах стадии II, проведены оценки вкладов различных механизмов деформационного упрочнения в напряжение течения, а именно, пересечение дислокаций; волочение порогов; создание и разрыв дислокационных реакций; преодоление дислокационных барьеров Ломера–Коттрелла, Хирта; генерация точечных дефектов. Изучены закономерности формирования дальнодействующих напряжений и упругое взаимодействие дислокаций. Определены вклады статических и динамических напряжений. Для того, чтобы учесть неоднородность сетчатой субструктуры, вклады были определены отдельно для плотных и неплотных ее участков. На основе проведенных оценок парциальных вкладов всех рассмотренных механизмов установлено, что основной вклад в сопротивление деформированию высокосимметрично ориентированных монокристаллов разупорядоченного сплава Ni₃Fe вносит механизм торможения дислокаций, обусловленный контактным взаимодействием движущихся дислокаций с дислокациями леса. Возрастание с деформацией плотности стопоров вдоль линии дислокации (как порогов, так и реакций) является первопричиной деформационного упрочнения ГЦК сплава с ближним атомным порядком. 

1. Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Елсукова Т.Ф., Иванчин А.Г. Структурные уровни деформации твердых тел // Изв. вуз. Физика. 1982. № 6. С. 5 – 27.

2. Тушинский Л.И., Батаев А.А., Тихомирова Л.Б. Структура перлита и конструктивная прочность стали. – Новосибирск: Наука, 1993. – 380 с.

3. Козлов Э.В. Параметры мезоструктуры и механические свойства однофазных металлических материалов // Вопросы металловедения. 2002. № 1 (29). С. 50 – 112.

4. Teplyakova L., Gershteyn G., Popova N. etc. Scale-dependent hierarchy of structural elements in the microstructure of thermomechanical treated ferritic steels with residual austenite // Mat.- wiss.u.Werkstofftech. 2009. Vol. 40. No. 9. P. 704 – 712.

5. Panin V.E., Egorushkin V.E. Basic physical mesomechanics of plastic deformation and fracture of solids as hierarchically organized nonlinear systems // Physical mesomechanics. 2015. Vol. 18. No. 4. P. 377 – 390.

6. Panin V.E., Panin A.V., Elsukova T.F., Popkova Y.F. Fundamental role of crystal structure curvature in plasticity and strength of solids // Physical mesomechanics. 2015. Vol. 18. No. 2. P. 89 – 99.

7. Thomas H.C. Mechanical behavior of materials. – McGRAW – Hill International Editions, 2000. – 733 p.

8. Hockauf M., Meyer L.W. Work-hardening stages of AA1070 and AA6060 after severe plastic deformation // J Mater. Sci. 2010. Vol. 45. No. 17. P. 4778 – 4789.

9. Westermann I., Hopperstad O.S., Marthinsen K., Holmedal B. Work-hardening behavior of a heat-treatable АА71108 aluminium alloy deformed to intermediate strains by comhression // J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. No. 19. P. 5323 – 5331.

10. Kuhlmann-Wilsdorf D. The theory of dislocation-based crystal plasticity // Philosophical Magazine. 1999. Vol. 79. No. 4. P. 955 – 1008.

11. Модели пластической деформации материалов с ГЦК-структурой / В.А. Старенченко, О.Д. Пантюхова, Д.Н. Черепанов, Ю.В. Соловьева, С.В. Старенченко, М.И. Слободской. – Томск: изд- во НТЛ, 2011. – 242 с.

12. Трусов П.В., Волегов П.С. Физические теории пластичности: теория и приложения к описанию неупругого деформирования материалов. Ч. 3. Теории упрочнения, градиентные теории // Вестник ПГТУ. Механика. 2011. № 3. С. 146 – 197.

13. Ma A., Roters F.A. A constitutive model for fcc single crystals based on dislocation densities and its application to uniaxial compression of aluminium single crystals // Acta Materialia. 2004. Vol. 52. P. 3603 – 3612.

14. Mahesh S., Tome C.N., McCabe R.J., Kaschner G.C., Beyerlein L.I. and Misra A. Application of a substructure-based hardening model to copper under loading path changes // Metallurgical and Mater. Trans. A. 2004. Vol. 35A. P. 3763 – 3774.

15. Набарро Ф.Р.Н., Базинский З.С., Холт Д.В. Пластичность монокристаллов. – М.: Металлургия, 1967. – 214 с.

16. Teplyakova L.A., Kunitsyna T.S., Koneva N.A., Kozlov E.V. Regularities of formation of network dislocation structure in Ni3 Fe alloy single crustals // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2004. Vol. 68. No. 10. P. 1629 – 1635.

17. Teplyakova L.A., Kunitsyna T.S., Koneva N.A. Influence of crystals orientation on parameters of Ni3 Fe dislocation structure // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2015. Vol. 71. P. 012064.

18. Teplyakova L.A., Kunitsyna T.S., Starenchenko V.A., Poltaranin M.A. Multiscale localization of shear deformation in single crystals of the alloy Ni3 Fe with short-range atomic order // Russian physics journal. 2014. Vol. 57. No. 2. P. 206 – 215.

19. Структурно-фазовые превращения в слабоустойчивых состояниях металлических систем при термосиловом воздействии / Н.А. Конева, Л.И. Тришкина, А.И. Потекаев, Э.В. Козлов. – Томск: изд-во НТЛ, 2011. – 242 с.

20. Starenchenko V.A. Orientation dependence of the yield stress and work-hardening rate of Ni3 Ge at different temperatures // Material Science and Engineering: A. 2008. Vol. 483-484. No. 1-2. P. 602 – 0606.

21. Solov’eva Yu.V., Nikonenko E.L., Starenchenko S.V., Starenchenko V.A. Study of creep and features of the dislocation structure in single crystals of Ni3 Ge alloy // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2011. Vol. 75. No. 5. P. 673 – 676.

22. Зегер А. Дислокации и механические свойства кристаллов. – М.: ИИЛ, 1960. – 170 c.