Особливості пластичної деформації та руйнування двовимірних полікристалів алюмінію та міді - Автореферат

Однак цих уявлень і, зокрема, відомостей про механічні характеристики окремих зерен полікристалу недостатньо для опису властивостей і зясування особливостей пластичної течії полікристалічних зразків, оскільки механізми самоузгодженої деформації зерен у полікристалі не можуть розглядатися без вивчення впливу на пластичну деформацію таких важливих елементів структури полікристалу, як межі зерен та потрійні стики меж зерен (ПС). Уже надійно встановлено, що принципові зміни в закономірностях розвитку пластичної деформації полікристалічних агрегатів мають місце тільки при переході від двовимірних до одновимірних полікристалів, тобто від зразків, що містять ПС до зразків, що їх не містять. Метою дисертаційної роботи є вивчення особливостей пластичної деформації та руйнування двовимірних полікристалів із ГЦК - решіткою при їх течії на повітрі при кімнатній температурі в умовах активного навантаження з постійною дійсною швидкістю деформації , що лежить у інтервалі від 10-5 до 10-2 с-1 і зясування ролі меж зерен та потрійних стиків меж зерен у цих процесах. Наукова новизна одержаних результатів: - вперше показано, що двовимірні полікристали алюмінію та міді, на відміну від тривимірних, які можуть містити множинні стики меж зерен (стики, утворені більш ніж трьома межами), містять тільки потрійні стики меж зерен; на підставі власних експериментальних даних виявлено, що незалежно від типу меж зерен наявність потрійних стиків у зразках двовимірних полікристалів алюмінію та міді при їх деформуванні в режимі активного навантаження з постійною дійсною швидкістю деформації (=10-5-10-2 c-1) при кімнатній температурі приводить до підвищення їх пластичності.У вступі аналізуються основні теоретичні та експериментальні дані про вплив меж зерен і потрійних стиків меж зерен на пластичну деформацію полікристалів, аргументується вибір обєктів дослідження - двовимірних полікристалічних зразків. У першому розділі "Вплив меж зерен і потрійних стиків меж зерен на пластичну деформацію полікристалічних матеріалів" (літературний огляд) розглядається питання про структуру і властивості меж поділу у полікристалах. При вивченні впливу потрійних стиків меж зерен на пластичну течію та зруйнування двовимірних полікристалів обєктами дослідження були обрані два яскраві представники металів із ГЦК-решіткою - мідь та алюміній - із різним типом меж зерен, спричиненим істотною відмінністю величини енергії дефекту пакування. У третьому розділі "Роль меж поділу у пластичній деформації та руйнуванні двовимірних полікристалів алюмінію і міді" розглядаються різноманітні аспекти впливу меж зерен і потрійних стиків меж зерен на пластичну деформацію і руйнування двовимірних полікристалів із різним типом меж зерен та із різною густиною потрійних стиків. Слід вказати на відсутність розмірного ефекту (незалежність ступеню пластичної деформації зразка від його ширини при незмінній густині ПС у зразках), що експериментально підтверджено зокрема тим, що і для мідних, і для алюмінієвих двовимірних полікристалів при зміні ширини зразків їх пластичність змінюється при досягненні рівності між середнім розміром зерна і шириною зразка.

Основний зміст роботи

1. Badiyan E.E., Tonkopryad A.G., Sakharova N.A. Special features of plastic deformation and failure of aluminium two - dimensional polycrystals // Functional Materials.- 1996.- V.3, №1.- P. 81 - 83.

2. Badiyan E.E., Tonkopryad A.G., Sakharova N.A. Role of triple grain boundary junctions in plastic deformation of two - dimensional aluminium polycrystals // Functional Materials.- 1997.- V.4, №2.- P. 318 - 319.

3. Badiyan E.E., Tonkopryad A.G., Sakharova N.A. Rotational effects at plastic deformation of two - dimensional copper and aluminium polycrystals // Functional Materials.- 1997.- V.4, №4.- P. 560 - 563.

4. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Особенности ротационной деформации и разрушения двумерных поликристаллов меди и алюминия // Вестник Харьковского университета, серия "Физика".- 1998.- №417, вып.1.- С. 100 - 105.

5. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Влияние тройных стыков границ зерен на пластическую деформацию поликристаллов с ГЦК - решеткой // Вестник Харьковского университета, серия "Физика".- 1998.- №418, вып.2.- С. 33 - 37.

6. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Влияние границ зерен на характер разрушения двумерных поликристаллов алюминия // 2-я Междунар. школа-семинар "Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах". Тез. докл., 5 - 11 сентября 1994г.- Барнаул: АЛТГУ.- 1994.- С. 222.

7. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Роль границ раздела в пластической деформации и разрушении двумерных поликристаллов алюминия // 14-я Междунар. конф. "Физика прочности и пластичности металлов и сплавов". Тез. докл., 1995г.- Самара: САМПИ.- 1995.- С. 372 - 373.

8. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Влияние состояния поверхности на характер разрушения двумерных поликристаллов алюминия // Физические явления в твердых телах (к 190-летию Харьковского университета). Материалы 2-ой конф., 1 - 3 февраля 1995г.- Харьков, ХГУ.- 1995.- С. 92.

9. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Пластическая деформация и разрушение двумерных образцов алюминия в интервале температур 300 - 400 К // Физические явления в твердых телах (к 190-летию Харьковского университета). Материалы 2-ой конф., 1 - 3 февраля 1995г.- Харьков, ХГУ.- 1995.- С. 93.

10. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Дефектная структура и релаксация напряженного состояния в двумерных поликристаллах алюминия в процессе пластической деформации // 3-я Междунар. школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Тез. докл., 27 августа - 4 сентября 1996г.- Барнаул: АЛТГУ.- 1996.- С. 48.

11. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Закономерности разрушения двумерных поликристаллов алюминия и меди // Физические явления в твердых телах (к 80-летию академика И.М. Лифшица). Материалы 3-ей Междунар. конф., 21 - 23 января 1997г.- Харьков, ХГУ.- 1997.- С. 85.

12. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Особенности релаксации напряженного состояния в процессе пластической деформации двумерных поликристаллов алюминия и меди // Физические явления в твердых телах (к 80-летию академика И.М. Лифшица). Материалы 3-ей Междунар. конф., 21 - 23 января 1997г.- Харьков, ХГУ.- 1997.- С. 86.

13. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Ротационные эффекты при пластической деформации двумерных поликристаллов алюминия и меди // 4-я Междунар. школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Тез. докл., 2 - 7 сентября 1998г.- Барнаул: АЛТГУ.- 1998.- С. 25 - 26.

14. Бадиян Е.Е., Тонкопряд А.Г., Сахарова Н.А. Релаксационные процессы в тройных стыках границ зерен при пластической деформации двумерных поликристаллов алюминия // 4-я Междунар. школа-семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". Тез. докл., 2 - 7 сентября 1998г.- Барнаул: АЛТГУ.- 1998.- С. 26.

Сахарова Н.О. Особливості пластичної деформації та руйнування двовимірних полікристалів алюмінію та міді. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата физико - математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. Харківський державний університет, Харків, 1999.

Дисертація містить результати експериментальних досліджень впливу меж зерен і потрійних стиків меж зерен (ПС) на механізми релаксації напруженого стану в процесі пластичної деформації двовимірних полікристалів алюмінію і міді.

Досліджено характер розвитку відносної локальної деформації у зонах потрійних стиків меж зерен у залежності від типу меж зерен, форми ПС і його орієнтації до ззовні прикладеного напруги. Експериментально показано, що незалежно від типу меж зерен, у двовимірних полікристалах із ГЦК - решіткою, релаксація напруженого стану носить сходинкоподібний характер, що дозволяє припустити дію ПС як пульсуючого джерела решіткових дислокацій.

Досліджено закономірності виникнення і розвитку ротаційної моди пластичної деформації в алюмінієвих і мідних полікристалах. Показано, що ротаційна деформація може відігравати не тільки акомодаційну, але й самостійну роль у пластичній течії. Вона дає істотний внесок у пластичність і визначає тип зруйнування двовимірних полікристалів. Встановлено характер виникнення і закономірності розвитку тріщин у зразках у залежності від типу меж зерен, густини потрійних стиків у зразку і умов деформування.

Ключові слова: двовимірний полікристал, пластична деформація, межі зерен, потрійний стик меж зерен, локалізація деформації, ротаційні ефекти, руйнування.

Sakharova N.A. Special features of plastic deformation and failure of two-dimensional aluminium polycrystals. - Manuscript.

Thesis applied for Ph. D. In Physics and Mathematics on speciality 01.04.07 - solid state physics. Kharkov State University, Kharkov, 1999.

The thesis contents the results of experimental research about the influence of grain boundaries and triple grain boundary junctions (TGJ) on mechanism of stress state relaxation under plastic deformation of two-dimensional aluminium and copper polycrystals.

The character of the relative local deformation development in the triple grain boundary junction areas in depence on grain boundaries types, TGJ form and TGJ orientation to the applied stress has been studied. It is shown experimentally that stress relaxation has staggered character in two-dimensional polycrystals with FCC-lattice independently of grain boundary types. Such character allows to suppose work of the TGJ as a pulsed dislocation source.

Regularities of the rotational mode appearance and development in aluminium and copper polycrystals have been studied. It is shown that the rotational deformation may not only play accommodation role, but also play an independent one in plastic deformation. The rotational mode is contributing substantially to the plasticity and predeterming the failure type of two-dimensional polycrystals. The character of fractures appearance and development in the samples in depence on grain boundaries types, density of triple junctions in sample and strain conditions is determiend.

Key words: two-dimensional polycrystal, plastic deformation, grain boundaries, triple grain boundary junction, deformation localization, rotational effects, failure.

Сахарова Н.А. Особенности пластической деформации и разрушения двумерных поликристаллов алюминия и меди. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Харьковский государственный университет, Харьков, 1999.

Детальные исследования, проведенные в последнее время, показывают, что особую роль в пластической деформации поликристаллических агрегатов играют тройные стыки границ зерен (ТС). Несовместность пластической деформации трех смежных зерен приводит к возникновению в ТС наиболее мощных концентраторов напряжений, релаксация которых может происходить различными способами. Экспериментально обнаруженное многообразие процессов релаксации напряженного состояния в ТС при пластической деформации вызывает повышенный интерес к исследованиям, посвященным выяснению роли тройных стыков в пластической деформации и разрушении поликристаллических материалов.

Для изучения влияния тройных стыков границ зерен на пластическую деформацию и разрушение поликристаллов в качестве объектов исследования были выбраны двумерные поликристаллы. С одной стороны, они также как и трехмерные содержат тройные стыки, однако геометрическая и топографическая структура двумерных поликристаллов значительно проще, что позволяет в ряде случаев проследить за их эволюцией. С другой стороны, возможно получение двумерных поликристаллов с контролируемым числом тройных стыков. Изза отсутствия стесненности в направлении, перпендикулярном к поверхности образца, особенности влияния границ зерен и тройных стыков на пластическую деформацию и разрушение поликристаллов должны быть выражены наиболее ярко.

В работе предложена новая прецизионная методика исследования относительной локальной деформации по изменению формы и размеров отпечатков индентора микротвердомера ПМТ - 3 непосредственно в процессе пластической деформации образцов. Так же в работе предложена и апробирована оригинальная методика сканирования поверхности образцов при помощи планшетного сканера Hewlett Packard SCANJET 4C и последующей обработки изображений, которая дала преимущества в проведении структурных исследований по сравнению с традиционными металлографическими методами.

Исследования закономерностей пластической деформации одномерных, двумерных и трехмерных поликристаллов алюминия и меди показали, что тройные стыки повышают пластичность двумерных поликристаллов с ГЦК-решеткой, независимо от типа границ зерен их составляющих.

Изучался характер развития относительной локальной деформации в области ТС в зависимости от типа границ зерен, образующих стык, формы тройного стыка и его ориентации ко внешне приложенному напряжению. Независимо от типа границ зерен, релаксация напряженного состояния в тройных стыках носит ступенчатообразный характер, позволяющий предположить действие ТС как пульсирующего источника дислокаций.

Возможными способами релаксации напряженного состояния в ТС, наряду с образованием полос переориентации вблизи стыков, является возникновение ротационных эффектов (разворотов отдельных областей образца перпендикулярно к его поверхности). Экспериментально показано, что для двумерных поликристаллов алюминия с границами зерен общего типа, на ранних стадиях деформации характерно образование полос переориентации, а возникновение ротационных эффектов имеет место для медных поликристаллов, содержащих преимущественно границы зерен специального типа. Оказалось, что ротационная деформация может играть не только аккомодационную роль, но и вносить существенный вклад в пластичность двумерных поликристаллов. Ротационные эффекты предопределяют тип разрушения образцов. В двумерных поликристаллах, где ротации хорошо развиты в областях границ зерен, практически не наблюдается разрушения по границам зерен.

Установлен характер возникновения и закономерности развития трещин в образцах в зависимости от типа границ зерен, плотности тройных стыков и условий деформирования. Разрушение двумерных поликристаллов может происходить по одному из двух возможных типов - или по телу зерен, или по границам зерен. Для поликристаллов алюминия вероятность транскристаллитного разрушения возрастает с увеличением плотности ТС в образцах и скорости их деформации. Двумерные поликристаллы меди независимо от плотности ТС и скорости деформации всегда разрушаются транскристаллитно.

Внесение в область ТС сквозной "поры - отверстия" с целью изменения напряженного состояния в ТС-концентраторе в двумерных поликристаллах алюминия приводит к изменению характера развития локальной деформации в области стыка и типа разрушения образца. Показано, что развитие локальной деформации в области ТС с отверстием носит монотонный характер. При разрушении образцов алюминия с "порами - отверстиями" трещины возникают в области тройных стыков с "порами" и при своем развитии распространяются в теле зерен и взаимодействуют с другими тройными стыками.

Ключевые слова: двумерный поликристалл, пластическая деформация, границы зерен, тройной стык границ зерен, локализация деформации, ротационные эффекты, разрушение.

Размещено на .ru