книги / Физическая природа пластической деформации

вило, выражено сильнее, это направление часто совпадает с направ­ лением роста двойника.

В месте пересечения двойников наблюдается сдвиг (смещение) одного или обоих двойников (см. рис. 1, б). Величина смещения иногда превышает ширину пересекающихся двойников. При сдвиге обоих двойников у стыка возникают большие локальные деформации и в самих двойниках плотность дислокаций значительно возрастает (см. рис. 1, б).

Деформации, возникающие у стыка двойника с двойником, от­ личаются большим разнообразием и неоднородностью (рис. 5), что определяется условиями двойникования, природой двойниковых границ и прослойки, углом встречи двойников и характером ре­ лаксации напряжений в анизотропной среде. Форма и направление деформационных факелов также не всегда совпадают с формой и на­ правлением двойника.

Локальные деформации у стыков двойника с границей зерна или с двойником существенно видоизменяются, если в результате ре­ лаксации напряжений они распространяются на оба зерна или ло­ кализуются преимущественно в собственном зерне. На характер локализации деформации у стыков и на возможность ее распростра­ нения на соседнее зерно существенно влияют так называемые сбро­ сы аккомодации в виде параллельных прямых и волнистых линий и рядов ямок травления, идущих наклонно от двойника (см. рис. 1, б; 5, б; 6, а, б). Возникают они как результат концентрированного сдвига в механическом двойнике в основном со стороны зоны акко­ модации двойника с матрицей. С появлением сбросов аккомодации происходит размытие полос скольжения в основном из-за перехода винтовых дислокаций на соседние плоскости, что расширяет де­ формацию скольжением вокруг двойника (рис. 6, а) и у стыка двой­ ника с препятствиями (см. рис. 1, б; 3; 5, б).

Если деформация соседнего зерна затруднена, то релаксация напряжений у конца заторможенного границей двойника локали­ зуется в собственном зерне, вызывая скольжение (см. рис. 1, б; указано стрелкой) и двойникование (см. рис. 2, в). Скольжение от стыка с границей зерна или двойником осуществляется по одно­ му или двум направлениям, иногда по серии чередующихся взаимно перпендикулярных плоскостей (рис. 6, в), принадлежащих, по-ви­ димому, одной системе скольжения. При определенных углах встре­ чи двойника с границей зерна (или двойником) возможны случаи почти полного отражения импульса напряжений, вызывающего ло­ кальные деформации различного характера, вплоть до образования факелов (рис. 6, г).

и направлениям, когда зерна сильно разориентированы, является образование деформационных факелов. Существенную роль при этом играют сбросы аккомодации.

С уменьшением угла разориентации характер деформаций в со­ седнем (или собственном) зерне упрощается; при очень малых углах можно наблюдать переход полос скольжения (или двойников) из одного зерна в другое по совпадающим плоскостям и направлениям (см. рис. 6, б).

Релаксация напряжений у стыка с препятствием может приводить к разрушению в собственном и в соседних зернах (см. рис. 7, б—д). Разрушение происходит в основном тогда, когда напряжения сдви­ га вдоль растущего двойника и его стыков с препятствиями дости­ гают значений истинного напряжения разрушения раньше, чем произойдет релаксация путем развития пластических деформаций в этих участках. Хотя при появлении микротрещин в участках ин­ тенсивного нагромождения дислокаций создается свободная по­ верхность раздела, а суммарная энергия уменьшается [6, 8].

Локализация деформации в собственном зерне у стыка двойни­ ка с границей происходит тогда, когда возникающие напряжения активируют источники дислокаций только в собственном зерне, а в соседнем они оказываются заблокированными. Скольжение по двум взаимно перпендикулярным направлениям с изменением плоскостей скольжения (см. рис. 6, в) может происходить путем перемещения винтовых дислокаций вдоль границы с последующим скольжением по серии параллельных плоскостей или в результате поочередной активации пограничных источников. Второй случай реализуется быстрее, если активация пограничных источников об­ легчена— случай микротекучести [14].

При рассмотрении особенностей деформации двойникованием следует учитывать, что оно происходит со скоростями до 1000— 1200 м/сек в кремнистом феррите [15] и сопровождается локальным импульсивным воздействием на матрицу, в которой двойник растет, и на встречающиеся на его пути препятствия. Это подтверждается сходством двойникования с мартенситным превращением [1—3]. Движение двойника, как и мартенситной иглы, можно уподобить распространению локального ударного импульса, впереди которого движется упругая волна напряжений, а вслед за ней — пластиче­ ская волна [2, 16]. Фронт пластической волны может включать и зону скользящих «дислокаций — опережения», которые облегчают распространение двойника [11].

При столкновении двойника с границей зерна (или двойником) ударный импульс в виде упругой и пластической волны напряже­

ний создает динамические возмущения у стыка. Эти возмущения передаются на оба зерна продольными и поперечными волнами. При этом может появляться и третий тип волн — релеевские по­ верхностные волны, движущиеся вдоль поверхности раздела кри­ сталлов. Скорости распространения упругих волн не одинаковы, с наибольшей скоростью распространяются продольные волны на­ пряжений. Упругие (продольные, поперечные и поверхностные) волны распространяются значительно быстрее пластических [16—18].

Характер деформаций, вызываемых ударным импульсом двойни­ ка, зависит поэтому не только от величины импульса, но и от усло­ вий распространения и взаимодействия упругих и пластических волн в обоих зернах. Особенности деформаций, вызываемых двой­ ником у стыков с препятствием, можно объяснить с помощью схемы (см. рис. 8, в), описывающей поведение ударных волн (импульсов) при встрече с поверхностью раздела в твердых телах [16]. Ударная упругая волна, встречаясь с поверхностью раздела, может отражать­ ся и преломляться, распространяясь в виде продольных и попереч­ ных волн.

Деформации локализуются в собственном зерне, когда падаю­ щий импульс в основном отражается от поверхности. При опреде­ ленных углах встречи двойника с границей зерна (или двойником) наблюдается полное отражение импульса (см. рис. 6, г). При ча­ стичном отражении и преломлении падающего импульса деформи­ руются оба зерна (см. рис. 2, б; 5, а, б). Когда падающий импульс отражается слабо, то деформации от преломленного импульса со­ средоточиваются в соседнем зерне. Под влиянием ударного импульса в зернах может активироваться скольжение или двойникование, локальный сдвиг границы зерна или двойников, а также разрушение.

Напряжения, возникающие при действии ударного импульса двойника на препятствие, рассчитываются по формуле а0= pv0c0,

что для кремнистого железа при скорости движения двойника по­ рядка 1000—1200 м/сек эти напряжения могут достигать величин,

кая деформация и разрушение у стыка могут начаться до прихода пластической волны. Разрушение в окрестности точки удара мож­ но ожидать при скоростях, превышающих критическую скорость удара (для стали — более 60 м/сек) [17].

Концентрация напряжений у стыка значительно возрастает, когда к препятствию подходит пластическая волна и происходит

нагромождение дислокаций. В этом случае величина локальных деформаций и склонность к разрушению возрастают. На возмож­ ность концентрации очень высоких напряжений у стыков с препят­ ствием указывают случаи появления деформационных факелов, микротрещин и локальных смещений (сдвигов) границы зерна или двойника. По характеру этих локально деформированных участ­ ков можно косвенно судить о величине и направлении максималь­ ных сдвиговых напряжений и характере анизотропной деформации вокруг двойника и у стыков с препятствиями.

Анизотропность деформации существенно влияет на распро­ странение волн напряжений в поликристаллах. Когда импульсная волна пересекает границу и переходит в соседнее зерно с другой ориентировкой, распространение волн усложняется. Кроме того, упругие волны (продольные и поперечные), распространяющиеся быстрее пластических, при встрече со свободной поверхностью (например, границей зерна или двойником) могут отражаться от них. Отраженная упругая волна, взаимодействуя с движущейся навстре­ чу пластической волной, способна вызвать в местах их наложения (если напряжения суммируются) дополнительную деформацию сколь­ жением или двойникованием путем активации источников с боль­ шим критическим напряжением. Поскольку отражение упругой волны может происходить многократно, то при встрече с упругой или пластической волной происходит интерференция и в направле­ нии распространения факела появляются чередующиеся попереч­ ные параллельные полосы скольжения или двойники, выходящие за пределы факела (см. рис. 3, б; 5, г; 6, г). Эти интерференционные эффекты лучше выявляются при прямом падении двойника на гра­ ницу раздела и при наличии в соседнем зерне благоприятно ориен­

постоянства скоростей распространения продольных и поперечных волн следует, что их последовательные положения должны образо­

Взаимодействие упругих и пластических волн оказывает сущест­ венное влияние не только на развитие актов пластической деформа­

ции, но и на разрушение. На рис. 7, д от края трещины видны рас­ ходящиеся под углом 90° узкие зоны локальной пластической де­ формации, вызванные продольными и поперечными волнами и им­ пульсами Релея при релаксации напряжений на острие растущей трещины [18]. Суммирование продольной и поверхностной релеевских волн приводит к усилению локальных деформаций впереди заторможенной трещины.

Из приведенных данных можно заключить, что двойникование сопровождается более сложными и разнообразными локальными деформациями, чем скольжение. Усложнение деформации при двойниковании определяется особенностями механизма двойникования (концентрированным сдвигом, появлением зон аккомодации и др.), импульсным воздействием двойника на матрицу и препятствия, а также взаимодействием упругих и пластических волн между со­ бой и с поверхностями раздела.

3. М а к с и м о в а О. П.— В кн.: Проблемы металловедения и физики метал­

МИКРОСТРУКТУРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДА ОТ СКОЛЬЖЕНИЯ К ДВОЙНИКОВАНИЮ В ЖЕЛЕЗЕ

А. С. Драчинский, В. И. Трефилов

D работах [1, 2] были изло­ жены результаты изучения перехода двойникование — скольже­ ние и указаны основные параметры этого перехода для моно- и поликристаллических металлов. В данной статье приводятся неко­ торые результаты микроскопического исследования процесса пере­

при скольжении ocs и двойниковании а? в функции от d-'l* (d — размер зерна, мм) для поликристаллического железа. Как следует