Дислокационно усиленная релаксация Снука и Финкслынтейна - Розина

Дислокационно усиленный эффект Снука (ДУЭС) в ОЦК кристаллах возникает при той же температуре и имеет значения параметров Н и То очень близкие к значениям основного пика Снука, однако пик уширен: р = 2 ... 3,5 (рис. 4.26). Он существенно выше и уширен из-за нормального распределения 1пт. На ДУЭС влияет ряд факторов [33]: 1) температура и степень пластической деформации (Q_mвыше после деформации при комнатной температуре); 2) отжиг ниже температуры рекристаллизации устраняет ДУЭС; 3) ДУЭС сильнее при малом содержании атомов внедрения в твердом растворе (при очень малых концентрациях, когда максимум Снука отсутствует, деформация приводит к ДУЭС); 4) при увеличении скорости нагрева при измерениях температурной зависимости ВТ максимум расположен выше.

ДУЭС наблюдается в ОЦК металлах Fe-C, Та-О, Nb-O. Для формирования максимума необходимо присутствие «свежих» дислокаций и атомов внедрения в твердом растворе; температура пика снижается с увеличением степени деформации; ник уширен в сравнении с теоретической кривой одного релаксационного процесса; энергия активации составного пика близка к энергии активации диффузии атомов внедрения по механизму релаксации Снука.

Рис. 4.26. Пик Снука в закаленном железе высокой чистоты (У) и дислокационно усиленный пик Снука (2) после дополнительной пластической деформации 7% (L.B. Magalas)

В литературе предложено несколько возможных вариантов механизма дислокационно усиленного пика Снука: 1) движение невинго- вых дислокаций в атмосфере атомов внедрения, сопряженное с переориентацией упругих диполей и лимитирующееся атомами внедрения; 2) механизм релаксации по Зегеру для случая, когда невинтовая дислокация движется при температурах, недостаточных для диффузии атомов внедрения на большие расстояния; 3) миграция перегибов вдоль дислокации в атмосфере тормозящих их дефектов; согласно модели Огургани и Зегера [34J последнее является наиболее вероятным и соответствующая величина рассеянной энергии (Д1У„) ДУЭС в этом случае составляет

где р_в и р_нв - плотность винтовых и невинтовых (в железе - 71- градусных) дислокаций соответственно; N "_в и N ^пнв - линейная плотность перегибов, лежащих вдоль линии винтовой и невинтовой дислокации соответственно; W"_a и 1У ^пнв - удельное поглощение энергии, ассоциируемое с движением под напряжением одного перегиба на винтовой и невинтовой дислокации соответственно.

Уравнение для внутреннего трения может быть получено делением выражения (4.18) на полную энергию упругих колебаний (с~/2пЕ) и применительно к движению перегибов вдоль винтовых и невинго- вых дислокаций записано в виде

Соответствующая степень релаксации

зависит от кристаллической решетки металла-растворителя (1-й сомножитель: а - параметр решетки; 9 и ф - углы между приложенным напряжением и плоскостью и направлением скольжения соответственно, /?(9, ф) = со89со8ф;/? - вектор Бюргерса; ,v^ynp - линейное натяжение дислокации), параметров дислокационной структуры (2-й сомножитель: / - длина дислокационного сегмента; N" - плотность перегибов) и искажений, создаваемых внедренными атомами (3-й сомножитель: Со - концентрация АВ).

Описание механизма ДУЭС посредством движения дислокационных перегибов (характеризуемых своим набором Н и То) имеет ряд недостатков. М.С. Блангером с соавторами предложен механизм ДУЭС, суть которого состоит в том, что присутствие дислокации усиливает упругие искажения вокруг атомов внедрения и тем самым повышает величину релаксации напряжений.

Дислокационно усиленный эффект Финкелыитейна - Розина

(ДУФР) в ГЦК сплавах.

В свежедеформированных легированных аустенитных сталях проявляется дополнительная к пику Финкелыитейна - Розина компонента релаксации из-за переориентации нар атомов, располагающихся в упругом поле дислокаций, под действием внешних периодических напряжений [35J. В.Д. Вернер с соавторами [36J обратили внимание на связь этого эффекта с шириной дефекта упаковки. Расчеты М.С. Блангера [37J показали, что из-за слабой энергии взаимодействия между атомами углерода и дислокациями в ГЦК решетке, энергия активации и температурное положение пика ВТ меняется незначительно, в то время как формирование асимметрии упругих искажений вокруг атомов углерода в присутствии дислокации приводит к увеличению высоты пика Финкелыитейна - Розина, который, так же как релаксация Снука в деформированных материалах, может быть отнесен к классу релаксационных эффектов, в которых механизм релаксации обусловлен точечными дефектами, но усилен присутствием дислокаций.

Таким образом, этот эффект, так же как релаксация Снука в деформированных материалах, может быть отнесен к механизмам, в которых релаксация, обусловленная точечными дефектами, усилена присутствием дислокаций.

На рис. 4.27, а представлены кривые ТЗВТ закаленного на аустенит и деформированного сплава Fe-24,5 % Ni-5 % Мо с низким исходным содержанием углерода (0,002 масс. % С), недостаточным для образования нар и формирования максимума Финкелыитейна - Розина. Под действием деформации на растущем фоне ВТ образуется небольшой (3 • ИГ⁴), но хорошо фиксируемый деформационный максимум при 250...270 °С, который устраняется в результате нагрева деформированных образцов в ходе измерения ВТ до 430 °С, на кривой ТЗВТ при охлаждении максимум практически отсутствует (<1 • ИГ⁴).

Рис. 4.27. Возникновение пика ВТ при деформации аустенитного сплава Fe-24,5%Ni-5%Mo-0,002%C (я); увеличение высоты пика Финкельштейна и Розина (за вычетом фона) в результате деформации сплава Fe-25,9%Ni-4,4%Mo-0,088%C (б); цифры у кривых - степень деформации; и - нагрев; о - охлаждение

Анализ дислокационно усиленной релаксации выполнен для сплавов системы Fe-Ni-Mo с различным содержанием углерода. На рис. 4.27, 6 показано влияние степени предварительной пластической деформации на ТЗВТ закаленного на аустенит (1150 °С, вода) сплава Fe-25,9%Ni-4,4%Mo-0,088%C. В табл. 4.15 приведены данные о параметрах релаксации Т„„ Q_m Н, (3 для сплава Fe-25,9%Ni-4,4%Mo-

0.088%С. По мере увеличения степени деформации положение суммарного ника во всех исследованных аустенитных сплавах смещается в сторону более низких температур - от 260 до 235 °С. При относительно малых степенях предварительной пластической деформации (до 12 %) фон внутреннего трения (<2о^_1) растет, что обусловлено увеличением плотности подвижных дислокаций. Понижение фона внутреннего трения при дальнейшем увеличении степени деформации связано, по данным микроструктурного исследования, с формированием ячеистой структуры и сокращением длины пробега дислокаций.

Таблица 4.15

Влияние степени холодной пластической деформации на параметры дислокационно усиленного пика Финкелынтейна - Розина в никелевом аустените сплава Н24М5

Значения Q ¹ приведены в 10⁴, Я- в кДж/моль.

Основными факторами, обусловливающими проявление усиленной дислокациями релаксации Финкелынтейна - Розина, и ее характерными чертами являются: 1) наличие «свежих», введенных деформацией дислокаций; 2) наличие атомов внедрения в твердом растворе; 3) снижение Т,„ с ростом степени предварительной пластической деформации; 4) рост высоты пика, пропорциональный концентрации атомов внедрения до некоторого предельного «насыщающего» значения, зависящего от степени деформации; 5) уширение пика в сравнении с исходным пиком в недеформированном состоянии; 6) близость энергии активации к энергии активации диффузии атомов внедрения в ГЦК решетке.

Для многокомпонентных ГЦК сплавов ситуация усложняется, высота пика, как правило, оказывается больше, чем в двойных сплавах. На основе анализа кривых гистерезисного дислокационного затухания и временных зависимостей внутреннего трения при деформационном старении Fe-Ni-Mo сплавов сделана оценка энергии связи «дислокация - атом внедрения» (10... 12 кДж/моль). Скорость процесса деформационного старения в закаленных на аустенит сплавах с различным содержанием углерода близка к временному закону г^в. Это означает, что термическая нестабильность обусловлена миграцией атомов внедрения в локальные области искажений около дислокаций, а результирующий максимум внутреннего трения можно рассматривать на основе единого механизма релаксации Финкельштей- на и Розина с учетом реального распределения времен релаксации р_т. По этой же причине дислокационно усиленные эффекты Снука и Финкелынтейна - Розина в деформированных металлах легко устрани няюгся при отжиге, который может иметь место даже в ходе измерения температурных зависимостей внутреннего трения.

В заключение следует отметить, что рассмотренные выше примеры релаксационных механизмов, обусловленных присутствием в металлах и сплавах точечных дефектов (релаксация Снука, Зинера, Горского, Финкельштейна - Розина), не исчерпывают всего многообразия неупругих явлений этого класса. Для более подробного ознакомления рекомендуется специальная литература |6, 9, 22].