Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки

Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки

Рассмотрено влияние дисклинации на эволюцию дислокационной структуры в соседнем зерне. Показано, что мощные дисклинации приводят к возникновению дислокационных стенок, увеличению количества дислокаций в скоплениях и к упорядочению дислокационной структуры в соседних зернах. Приведены расчетные кривы...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2015
Hauptverfasser: Борисовская, Е.М., Марченко, Н.М., Подрезов, Ю.Н., Фирстов, С.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2015
Schriftenreihe:Электронная микроскопия и прочность материалов
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114426
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки / Е.М. Борисовская, Н.М. Марченко, Ю.Н. Подрезов, С.А. Фирстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 7-13 . — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-114426
record_format dspace
spelling irk-123456789-1144262017-03-08T03:02:37Z Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки Борисовская, Е.М. Марченко, Н.М. Подрезов, Ю.Н. Фирстов, С.А. Рассмотрено влияние дисклинации на эволюцию дислокационной структуры в соседнем зерне. Показано, что мощные дисклинации приводят к возникновению дислокационных стенок, увеличению количества дислокаций в скоплениях и к упорядочению дислокационной структуры в соседних зернах. Приведены расчетные кривые нагружения, энергии движения и число дислокаций в зависимости от мощности дисклинации в соседнем зерне. Установлено, что при некоторой величине критической мощности дислокационной стенки в процессе деформации изменяется тип дислокационной структуры: от хаотически расположенных дислокаций (или дипольных пар) и образования дислокационных скоплений малой мощности до образования мощных изогнутых дислокационных скоплений. Розглянуто вплив дисклінації на еволюцію дислокаційної структури в сусідньому зерні. Показано, що потужні дисклінації призводять до появи дислокаційних стінок і збільшення кількості дислокацій у скупченнях та упорядкуванню дислокаційної структури у сусідних зернах. Отримано криві навантаження, енергії руху і числа дислокацій в залежності від потужності дисклінації в сусідньому зерні. Встановлено, що при деякій критичній міцності дислокаціцйної стінки у процесі деформації відбувається зміна типа дислокаційної структури: від хаотичних дислокацій (або дипольних пар) та появи дислокаційних скупчень малої міцності до появи міцних зігнутих дислокаційних скупчень. In this work, we considered the influence of disclinations on the evolution of dislocation structures in the neighboring grain. It was shown that powerful disclinations cause of dislocation walls and increase the number of dislocations and regulating structure in neiboing grains. Stress-strain curves were obtained, the energy of motion and the number of dislocations, depending on the power of disclination in the neighboring grain. It is shown that in the presence of some power dislocations wall in process of deformation the dislocation structure rebuilt: from chaotically located dislocation (or dipol) and formation dislocation pile-up to formation powerfull curved dislocation pile-up. 2015 Article Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки / Е.М. Борисовская, Н.М. Марченко, Ю.Н. Подрезов, С.А. Фирстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 7-13 . — Бібліогр.: 12 назв. — рос. XXXX-0048 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114426 530.131;530.12;539.125/126 ru Электронная микроскопия и прочность материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Рассмотрено влияние дисклинации на эволюцию дислокационной структуры в соседнем зерне. Показано, что мощные дисклинации приводят к возникновению дислокационных стенок, увеличению количества дислокаций в скоплениях и к упорядочению дислокационной структуры в соседних зернах. Приведены расчетные кривые нагружения, энергии движения и число дислокаций в зависимости от мощности дисклинации в соседнем зерне. Установлено, что при некоторой величине критической мощности дислокационной стенки в процессе деформации изменяется тип дислокационной структуры: от хаотически расположенных дислокаций (или дипольных пар) и образования дислокационных скоплений малой мощности до образования мощных изогнутых дислокационных скоплений.
format Article
author Борисовская, Е.М.
Марченко, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
Фирстов, С.А.
spellingShingle Борисовская, Е.М.
Марченко, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
Фирстов, С.А.
Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
Электронная микроскопия и прочность материалов
author_facet Борисовская, Е.М.
Марченко, Н.М.
Подрезов, Ю.Н.
Фирстов, С.А.
author_sort Борисовская, Е.М.
title Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
title_short Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
title_full Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
title_fullStr Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
title_full_unstemmed Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
title_sort динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки
publisher Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
publishDate 2015
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114426
citation_txt Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки / Е.М. Борисовская, Н.М. Марченко, Ю.Н. Подрезов, С.А. Фирстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2015. — Вип. 21. — С. 7-13 . — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Электронная микроскопия и прочность материалов
work_keys_str_mv AT borisovskaâem dinamikadislokacijvpolikristalleprinaličiidisklinacionnojstenki
AT marčenkonm dinamikadislokacijvpolikristalleprinaličiidisklinacionnojstenki
AT podrezovûn dinamikadislokacijvpolikristalleprinaličiidisklinacionnojstenki
AT firstovsa dinamikadislokacijvpolikristalleprinaličiidisklinacionnojstenki
first_indexed 2025-07-08T07:29:55Z
last_indexed 2025-07-08T07:29:55Z
_version_ 1837062994753748992
fulltext 7 УДК 530.131;530.12;539.125/126 Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки Е. М. Борисовская, Н. М. Марченко, Ю. Н. Подрезов, С. А. Фирстов Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, Киев, e-mail: kmb@ipms.kiev.ua Рассмотрено влияние дисклинации на эволюцию дислокационной структуры в соседнем зерне. Показано, что мощные дисклинации приводят к возникновению дислокационных стенок, увеличению количества дислокаций в скоплениях и к упорядочению дислокационной структуры в соседних зернах. Приведены расчет- ные кривые нагружения, энергии движения и число дислокаций в зависимости от мощности дисклинации в соседнем зерне. Установлено, что при некоторой величине критической мощности дислокационной стенки в процессе деформации изменяется тип дислокационной структуры: от хаотически расположенных дислокаций (или дипольных пар) и образования дислокационных скоплений малой мощности до образования мощных изогнутых дислокационных скоплений. Ключевые слова: дислокация, кривая упрочнения, дисклинация, прочность. Среди задач по структурообразованию в деформированном теле вопрос об эволюции структуры на стадии больших деформаций остается одним из самых сложных и актуальных. Проблема заключается в том, что изменение структуры в макрообразце невозможно визуализировать в процессе деформирования, а структура, фиксируемая в электронном микроскопе после разгрузки, не соответствует реальной картине из-за процессов возврата. Одним из возможных решений этой задачи является компьютерное моделирование. Образованию структуры при больших пластических деформациях и ее влиянию на свойства посвящено много работ, в частности Валиева [1, 2], Эстрина [3] и Малыгина [4]. В этих работах рассмотрены вопросы пластичности и прочности материалов с развитой деформационной структурой, а также описаны технологии их получения. Большой вклад в изучение формирования деформационной структуры, границ зерен и дисклинаций внесли Рыбин [5] и Владимиров [6]. В работе Чувельдеева [7] исследуются природа и свойства большеугловых дисклинационных границ и их влияние на процессы деформации и диффузии. В работах Сарафанова и Перевезенцева [8, 9] изучены вопросы формирования дисклинаций, их влияния на окружающую дислокационную структуру и энергию такой системы. Так, в работе [8] показано, что присутствие дисклинаций приводит к упорядочению близлежащей дислокационной структуры, способствуя вы- страиванию дислокаций в полигонизационные стенки. В нашей предыдущей работе [10] показано, что источники Франка-Рида в присутствии близких дислокацийлеса могут работать в разных режимах: генерируют pile-up или создают полигонизационные стенки. © Е. М. Борисовская, Н. М. Марченко, Ю. Н. Подрезов, С. А. Фирстов, 2015 mailto:kmb@ipms.kiev.ua 8 Как известно, пластическая деформация является многостадийным процессом, который характеризуется перестройкой дислокационной структуры на каждой стадии. Эти перестройки не происходят стохастически, в старой структуре появляются зародыши новой, которые увеличиваются и захватывают все новые области, от зерна к зерну, аналогично полосам Людерса [6]. Обычно перестройка осуществляется в узком диапазоне деформации, в пределах ~1%. Качественное изменение дислокационной структуры отражается на механических свойствах материала, в частности на кривой упрочнении [11]. Поэтому представляет интерес исследовать методом дислокационной динамики эволюцию дислокационной структуры при наличии дисклинационной стенки разной мощности в соседнем зерне. Цель работы — изучить влияние наличия дисклинации и ее параметров на эволюцию дислокационной структуры в соседнем зерне, а также на макросвойства: кривую упрочнения, энергию движения дислокационного ансамбля. Методика расчета Дисклинацию в соседнем зерне представляли как высокоугловую дислокационную стенку с разным количеством дислокаций: 10, 70 и 100, наклоненную к границе зерна под углами 0, pi/8 и pi/4. Материал — молибден: Е = 290 ГПа, G = 190 ГПа, b = 3,14·10 -10 м, напряжение Пайерлса — 5 МПа. Размер модельного кристалла 10 000b. Дислокационную структуру моделировали двумя полосами скольжения, расположенными под углом 90 о друг к другу. Текущий шаг по времени выбирали так, чтобы дислокация, на которую действует максимальное напряжение, успела пройти расстояние 2b. Если напряжение на дислокационном источнике превышает напряжение Пайерлса, то считается, что источник эмитировал пару дислокаций. Всего в зерне располагалось 6 источников, из них 3 — в плоскости деформирования и 3 — в перпендикулярной плоскости. Напряжение прикладывалось, как показано на рис. 1. Напряжение увеличивали пошагово со скоростью 5·10 10 МПа/с. Деформацию рассчитывали как общий путь дислокаций, скользящих в плоскости х: ε = bρL, (1) где ρ — плотность дислокаций; L — длина свободного пробега. На каждую дислокацию действовало суммарное напряжение, состоящее σ σ X Y из следующих компонентов: внешнего напряжения, собствен- ного изображения, напряжений других дислокаций ансамбля и их изображений (рис. 2):   i iimimsv )( ; (2) Рис. 1. Дислокационная структура в процессе нагружения. 9 Рис. 2. Дислокация изображения вблизи границы зерна. σi = –σ11cos β sin β + σ22sin β cos β + + σ12(cos 2 β – sin 2 β, (3) где Изображение Граница зерна ; )( )3( )1(2 222 22 11 yx yxy v Gb     ; )( )( )1(2 222 22 22 yx yxy v Gb     (4) 222 22 12 )( )( )1(2 yx yxх v Gb     (b — вектор Бюргерса; G — модуль сдвига;  — угол между векторами Бюргерса дислокаций [12]). Поскольку моделировали большое зерно, то учитывали силу изображения только от одной стенки, граничащей с зерном с дискли- нацией. Скорости дислокаций рассчитывали как линейные функции действующего напряжения в соответствии с работой [12]. В зависимости от того, какой из компонентов действующего на дислокацию напряжения оказывался больше, дислокация или скользила или переползала со скоростью v = vcσ, (5) где kT bD v s c  (6) (Ds — коэффициент самодиффузии; σ — действующее напряжение). В случае достаточно больших деформаций и высоких температур скорости скольжения и переползания считались равными. Результаты моделирования и их обсуждение В том случае, когда число дислокаций в дисклинаций не очень велико (n = 10—70), дисклинация не оказывает сильного влияния на структуру: зародившиеся дислокации движутся в плоскости скольжения, создавая плоские нагромождения. При мощной дислокации (n = 100) происходит смена механизма генерации дислокационных пар, дислокации начинают переползать сразу после генерации, поэтому источники быстро разблокируются после появления очередной пары дислокаций. Это приводит к быстрому росту полигонизационных стенок в зерне (рис. 3). Наличие мощной дисклинации в соседнем зерне также вызывает изгиб скоплений, которые не упираются в стенку под одним и тем же углом, что 10 обеспечивает уменьшение напряжений в вершине скоплений вблизи границы зерна. Именно эти напряжения ответственны за образование микротрещин по механизму Стро. Таким образом, материал становится не только более пластичным, но и менее склонным к разрушению. На рис. 4 представлены кривые нагружения модельного кристалла при разных мощностях дисклинации с нулевым углом наклона. Видно, что кривая упрочнения при низких мощностях дисклинации имеет вид пара- болы, как и на начальных стадиях пластической деформации (рис. 4, а). При наличии мощной дисклинации зависимость напряжение—деформация можно аппроксимировать почти прямой линией (рис. 4, б). Такой характер кривых упрочнения типичен именно для больших степеней деформации, где дисклинации играют определяющую роль в механизме упрочнения. Рис. 3. Эволюция дислокационной структуры в процессе нагружения при разных мощностях дисклинации. ε, % σ, МПа а ε, % σ, МПа б Рис. 4. Кривые нагружения модельного кристалла при разных мощностях диск- линации с углом 0, равных 10 (- · -), 70 (- - -) и 100 (—) (а), и последняя кривая более подробно (б). 11 ε, % N ε, % N Число пар дислокаций с углами pi/2 и -pi/2 Число пар дислокаций с углами 0 и pi Рис. 5. Число дислокационных пар в зависимости от деформации, угол дисклинации pi/8, мощность — 70 (- - -), 100 (—). ε, % N а ε, % J, Дж б Рис. 6. Общее число дислокаций (а) и энергия движения дислокаций (б) в зависимости от степени деформации, угол дисклинации 0, мощность — 10 (■), 30 (▲), 70 (- - -) и 100 (—). На рис. 5 представлены зависимости числа дислокационных пар с разными плоскостями легкого скольжения от деформации. Как видно, мощность дисклинации слабо влияет на количество дислокаций в плоскости Y (pi/2, –pi/2), в отличие от числа дислокаций в плоскости Х (0, pi), поскольку в первом случае напряжения, которые вызывают переползания дислокаций (σ11) от дисклинации, не так велики (см. уравнение (2)). На- пряжения полигонизационных стенок также невелики, поэтому они не могут надолго блокировать источники и быстро растет число дислокаций и, соответственно, увеличиваются пластичность и энергия движения дислокаций (рис. 6, а, б).  ,σsJ (7) где s — путь, пройденный дислокацией при действиии на нее напряже- ния σ. В случае, если стенка расположена под углом к плоскости легкого скольжения (рис. 7, а, б), она практически точно так же влияет на процесс деформации в соседнем зерне. ε, % σ, МПа а ε, % σ, МПа б Рис. 7. Кривые нагружения при разных углах ориентации дисклинационной стенки, n = 10 (а) и 100 (б), угол дисклинации 0 (—), pi/8 (– – –), pi/4 (- - -). 12 Выводы Метод дислокационной динамики позволяет проанализировать влияние дисклинации различной мощности в соседнем зерне на эволюцию дислокационной структуры. Показано, что при высоких гомологических температурах увеличение мощности дислокационной стенки (100 дисло- каций) приводит к изменению механизма эволюции структуры из-за переползания дислокационных пар в смежные плоскости скольжения непосредственно из источников. Этот процесс вызывает рост числа дислокаций, увеличение энергии движения дислокаций и пластичности, а также приводит к изгибу скоплений. Вследствие этого материал становится не только более пластичным, но и менее склонным к разрушению. 1. Валиев Р. З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р. З. Валиев, И. В. Александров. — М. : Логос, 2000. — 272 с. 2. Валиев Р. З. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура, свойства / Р. З. Валиев, И. В. Александров. — М. : ИКЦ "Академкнига", 2007. — 398 с. 3. Yasnikov I. S. Dislocation model for the behavior of fractal dimension of the microstructure of a strained solid / I. S. Yasnikov, A. Vinogradov, Yu. Estrin // Phys. of the Solid State. — 2013. — 55, is. 2. — Р. 346—352. 4. Малыгин Г. А. Пластичность и прочность микронанокристаллических материалов // Физика тв. тела. — 2007. — 49, вып. 6. — С. 961—982. 5. Rybin V. V., Zisman A. A., Zolotorevsky N. Yu. // Acta Met. Mater. — 1993. — 41. — P. 2211—2217. 6. Владимиров В. И. Физическая природа разрушения металлов. — М. : Металлургия, 1984. — 280 с. 7. Чувельдеев В. Н. Неравновесные границы зерен в металлах. Теория и приложения. — М. : Физматлит, 2004. — 304 с. 8. Perevezentsev V. N. Computer simulation of terminated sub-boundary formation in the disclination elastic field / V. N. Perevezentsev, G. F. Sarafanov // Mater. Sci. and Engineering A. — 2009. — 503. — Р. 137—140. 9. Sarafanov G. F. Screening of the disclination elastic field by a system of dislocations technical / G. F. Sarafanov and V. N. Perevezentsev // Phys. Lett. — 2005. — 31, No. 11. — Р. 936—938. 10. Борисовская Е. М. Динамика структурных перестроек с учетом процесса зарождения дислокаций / Е. М. Борисовская, Ю. Н. Подрезов, С. А. Фирстов // Электронная микроскопия и прочность материалов. — К. : Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. — 2007. — Вып. 14. — С. 3—11. 11. Трефилов В. И. Деформационное упрочнение и разрушение поликристал- лических металлов / [В. И. Трефилов, В. Ф. Моисеев, Э. П. Печковский и др.]. — К. : Наук. думка, 1989. — 256 с. 12. Хирт Дж. Теория дислокаций / Дж. Хирт, Н. Лоте. — М. : Атомиздат, 1972. — 599 с. Динаміка дислокацій в полікристалі при наявності дисклінаційної стінки К. М. Борисовська, Н. М. Марченко, Ю. М. Подрезов, С. О. Фірстов Розглянуто вплив дисклінації на еволюцію дислокаційної структури в сусідньому зерні. Показано, що потужні дисклінації призводять до появи дислокаційних http://link.springer.com/journal/11451 13 стінок і збільшення кількості дислокацій у скупченнях та упорядкуванню дислокаційної структури у сусідних зернах. Отримано криві навантаження, енергії руху і числа дислокацій в залежності від потужності дисклінації в сусідньому зерні. Встановлено, що при деякій критичній міцності дислокаціцйної стінки у процесі деформації відбувається зміна типа дислокаційної структури: від хаотичних дислокацій (або дипольних пар) та появи дислокаційних скупчень малої міцності до появи міцних зігнутих дислокаційних скупчень. Ключові слова: дислокація, крива зміцнення, дисклінація, міцність. Dislocation dynamics in the polycrystal in the presence of disclination wall K. M. Borysovska, N. M. Marchenko, Yu. N. Podrezov, S. A. Firstov In this work, we considered the influence of disclinations on the evolution of dislocation structures in the neighboring grain. It was shown that powerful disclinations cause of dislocation walls and increase the number of dislocations and regulating structure in neiboing grains. Stress-strain curves were obtained, the energy of motion and the number of dislocations, depending on the power of disclination in the neighboring grain. It is shown that in the presence of some power dislocations wall in process of deformation the dislocation structure rebuilt: from chaotically located dislocation (or dipol) and formation dislocation pile-up to formation powerfull curved dislocation pile-up. Keywords: dislocation, the hardening curve, disclination, strength.

Ähnliche Einträge