Структура ультрамелкозернистых материалов, полученных деформационными методами

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Структура ультрамелкозернистых материалов, полученных деформационными методами

Содержание

2. ВНЕСЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ. СТЫКОВЫЕ ДИСКЛИНАЦИИ В изломах и тройных стыках границ зерен ввиду несовместности пластической
3. РАЗВИТИЕ МИКРОПОЛОСЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ: ЭКСПЕРИМЕНТ И МОДЕЛЬ В.В. РЫБИН (ЭКСПЕРИМЕНТ), А.Е. РОМАНОВ (МОДЕЛЬ) Деление зерен происходит
4. ДЕЛЕНИЕ ЗЕРЕН ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
5. СТРУКТУРА УМЗ МЕТАЛЛОВ, НАБЛЮДАЕМАЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ Valiev R.Z., Korznikov A.V., Mulyukov R.R. Mater. Sci. Eng.
6. РАЗМЕРЫ ЗЕРЕН УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД (НМ)
7. ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ УМЗ NI И NI3AL В ВРЭМ наблюдались изгибы плоскостей решетки и изменений расстояний
8. МИКРОИСКАЖЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ В УМЗ МАТЕРИАЛАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД В УМЗ металлах, полученных ИПД, наблюдается высокий уровень
9. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗМЕРАМИ КРИСТАЛЛИТОВ, ОПРЕДЕЛЕННЫМИ МЕТОДАМИ ПЭМ И РСА Размер ОКР, определенный РСА, всегда меньше размера
10. МЕССБАУЕРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ УМЗ FE, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ КВД Экспериментальный мессбауеровский спектр УМЗ Fe состоит из двух подспектров
11. ПАРАМЕТРЫ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ДВУХ МЕССБАУЕРОВСКИХ ПОДСПЕКТРОВ УМЗ FE С РАЗНЫМИ РАЗМЕРАМИ ЗЕРЕН Экспериментальный мессбауеровский спектр УМЗ
12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ЗЕРНОГРАНИЧНОЙ ФАЗЫ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКИХ СПЕКТРОВ Толщина приграничной области, в которой атомы имеют измененное состояние,
13. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МЕТАЛЛОВ, ВЫТЕКАЮЩАЯ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ Считается, что УМЗ металлы состоят из дфух пространственно
14. СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД, ОСНОВАННАЯ НА ПРЕДСТАВЛЕНИИ О НЕРАВНОВЕСНЫХ ГРАНИЦАХ ЗЕРЕН
15. РАВНОВЕСНАЯ СТРУКТУРА ГРАНИЦ ЗЕРЕН Граница зерен – поверхностный дефект, разделяющий два кристаллита с разной ориентировкой решетки.
16. ДЕФЕКТЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН: ВНЕСЕННЫЕ ЗЕРНОГРАНИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ (ВЗГД) Скользящая ВЗГД Сидячая ВЗГД В ГЗ могут существовать линейные
17. ПОГЛОЩЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ ГРАНИЦАМИ ЗЕРЕН Аустенитная сталь после деформации после in situ отжига (Кайбышев О.А., Валиев Р.З.
18. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ВЗГД: РАСЩЕПЛЕНИЕ ЗАХВАЧЕННЫХ ГРАНИЦАМИ РЕШЕТОЧНЫХ ДИСЛОКАЦИЙ (ЗГРД) Вектор Бюргерса решеточной дислокации любой из зерен
19. Оценка зависимости плотности ЗГРД от степени деформации При деформации плотность ЗГРД быстро возрастает. Но с повышением
20. ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН Накопленные в процессе деформации в ГЗ дислокации образуют неравновесные системы, имеющие
21. КОМПОНЕНТЫ НЕРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН A.A. NAZAROV ET AL. ACTA METALL. MATER. 1993 Неупорядоченные сетки ВЗГД
22. ЧАСТИЧНЫЕ ДИСКЛИНАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ДИСКЛИНАЦИЯМИ И ДИСЛОКАЦИЯМИ Отрицательная дисклинация Дисклинационный диполь
23. ОБРАЗОВАНИЕ СТЫКОВЫХ ДИСКЛИНАЦИЙ И СИСТЕМЫ СКОЛЬЗЯЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ ЗА СЧЕТ СКОЛЬЖЕНИЯ В ОДНОМ ЗЕРНЕ В результате барьерной
24. ЭНЕРГИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГЗ, СВЯЗАННАЯ С ДИСКЛИНАЦИЯМИ A.A. Nazarov et al. Scripta Mater. 1996 Энергия дисклинаций на
25. ЭНЕРГИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГЗ, СВЯЗАННАЯ СО СКОЛЬЗЯЩИМИ ВЗГД A.A. Nazarov et al. 1997 Энергия дислокаций на одно
26. РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ЕДИНИЦУ ОБЪЕМА, МАССЫ, ПЛОЩАДИ ГЗ
27. РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ЕДИНИЦУ ОБЪЕМА, МАССЫ, ПЛОЩАДИ ГЗ Дисклинации Скользящие дислокации
28. ИЗБЫТОЧНАЯ ЭНЕРГИЯ И СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В УМЗ МЕТАЛЛАХ
30. Скачать презентацию

Слайд 2

ВНЕСЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ. СТЫКОВЫЕ ДИСКЛИНАЦИИ
В изломах и тройных стыках границ

зерен ввиду несовместности пластической деформации зерен происходит накопление невязки разориентировок, то есть стыковых дисклинаций. Набрав определенную мощность, дисклинации парами (в дипольной конфигурации) начинают двигаться через зерно

Слайд 3

РАЗВИТИЕ МИКРОПОЛОСЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ: ЭКСПЕРИМЕНТ И МОДЕЛЬ В.В. РЫБИН (ЭКСПЕРИМЕНТ), А.Е. РОМАНОВ

(МОДЕЛЬ)

Деление зерен происходит ростом пары оборванных дислокационных границ от уступов на границах зерен или от стыков зерен. Концы этих границ образуют дисклинационный диполь, напряжения которого приводят к присоединению дислокаций из зерен к растущим границам

Слайд 4

ДЕЛЕНИЕ ЗЕРЕН ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Слайд 5

СТРУКТУРА УМЗ МЕТАЛЛОВ, НАБЛЮДАЕМАЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ
Valiev R.Z., Korznikov A.V., Mulyukov

R.R. Mater. Sci. Eng. 1993. V,. A186.P.141

Сплав Al-4%Cu-0.5%Zr

После КВД После отжига при 160°С (1 ч)

Уже первые электронномикроскопические исследования показали, что границы зерен в УМЗ металлах находятся в неравновесном состоянии, являются источниками внутренних напряжений. В зернах источники напряжений (дислокации) отсутствуют.

Слайд 6

РАЗМЕРЫ ЗЕРЕН УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД (НМ)

Слайд 7

ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ УМЗ NI И NI3AL
В ВРЭМ наблюдались изгибы плоскостей

решетки и изменений расстояний между плоскостями нанозерен около границ зерен

Валиев Р.З., Мусалимов Р.Ш. ФММ. 1994. Т. 78. С. 114

Изменение расстояний между плоскостями решетки около ГЗ

Изгибы плоскостей решетки (изгиб картины муара 15° соответствует изгибу плоскостей решетки около 2°)

Слайд 8

МИКРОИСКАЖЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ В УМЗ МАТЕРИАЛАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД
В УМЗ металлах, полученных

ИПД, наблюдается высокий уровень внутренних напряжений. При размере зерен более 50-100 нм эти искажения в основном обусловлены не размерным фактором, а дефектами (неравновесными ГЗ).

Измеренная РСА среднеквадратичная упругая деформация (микроискажения) в чистых УМЗ металлах, полученных ИПД, составляет величину до εi≈0,3-0,4%

В нанокристаллическом Ni3Al, полученном КГД, εi≈1%

Слайд 9

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗМЕРАМИ КРИСТАЛЛИТОВ, ОПРЕДЕЛЕННЫМИ МЕТОДАМИ ПЭМ И РСА
Размер ОКР, определенный

РСА, всегда меньше размера зерен, определенного ПЭМ.
Причины:
В зерне могут быть несколько кристаллитов - ОКР.
Сильно искаженные приграничные районы толщиной 6-10 нм не дают вклада в когерентное рассеяние, уменьшая размер ОКР по сранению с d.
Размеры при РСА определяются в направлении нормали к плоскости образца, а в ПЭМ – в плоскости образца

Cu, полученная КВД

Слайд 10

МЕССБАУЕРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ УМЗ FE, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ КВД
Экспериментальный мессбауеровский спектр УМЗ Fe

состоит из двух подспектров

d = 220 нм

Слайд 11

ПАРАМЕТРЫ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ДВУХ МЕССБАУЕРОВСКИХ ПОДСПЕКТРОВ УМЗ FE С РАЗНЫМИ РАЗМЕРАМИ

ЗЕРЕН

Экспериментальный мессбауеровский спектр УМЗ Fe состоит из двух подспектров. 1 – атомы в решетке зерен (как для монокристалла Fe). 2 – атомы в окрестности ГЗ. Объемная доля этих атомов при d=220 нм – 11%. Уменьшение эффективного магнитного поля и отрицательный изомерный сдвиг говорят об уменьшении электронной плотности в окрестности ГЗ.

Слайд 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ЗЕРНОГРАНИЧНОЙ ФАЗЫ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКИХ СПЕКТРОВ
Толщина приграничной области, в которой

атомы имеют измененное состояние, весьма велика – около 10 нм.
Предполагается, что в этой области металл имеет измененную электронную структуру и фононный спектр.
Независимых подтверждений этому предположению нет.

Слайд 13

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МЕТАЛЛОВ, ВЫТЕКАЮЩАЯ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Считается, что УМЗ металлы

состоят из дфух пространственно разделенных областей (фаз): зеренной и зернограничной. Зернограничная обасть обладает значительно отличающимися от свойств зеренной части электронной структурой, упругими свойствами и температурой Дебая.

Слайд 14

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД, ОСНОВАННАЯ НА ПРЕДСТАВЛЕНИИ О НЕРАВНОВЕСНЫХ

ГРАНИЦАХ ЗЕРЕН

Слайд 15

РАВНОВЕСНАЯ СТРУКТУРА ГРАНИЦ ЗЕРЕН
Граница зерен – поверхностный дефект, разделяющий два кристаллита

с разной ориентировкой решетки. ГЗ характеризуется 5 независимыми геометрическими параметрами (2 – ось разориентировки, 1 – угол разориентировки, 2 – плоскость залегания). Равновесным состоянием ГЗ называется состояние с минимумом энергии при заданных геометрических параметрах. Такое состояние может быть получено в результате отжига.
Ширина границ в равновесном состоянии составляет (1…2) a0 = 0,5…1 нм

Слайд 16

ДЕФЕКТЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН: ВНЕСЕННЫЕ ЗЕРНОГРАНИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ (ВЗГД)
Скользящая ВЗГД
Сидячая ВЗГД
В ГЗ могут

существовать линейные дефекты – зернограничные дислокации. В зависимости от ориентации вектора Бюргерса дислокации по отношению к плоскости ГЗ различают скользящие (тангенциальные) и сидячие (нормальные) ВЗГД

Слайд 17

ПОГЛОЩЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ ГРАНИЦАМИ ЗЕРЕН
Аустенитная сталь
после деформации после in situ отжига
(Кайбышев

О.А., Валиев Р.З. Границы зерен и свойства металлов, с.71)

А- произвольная граница, Б- специальная граница

При пластической деформации границы зерен захватывают дислокации из решетки. По мере развития деформации эти дислокации накапливаются. При повышении температуры дислокации поглощаются границей (процесс наблюдается в ПЭМ как размытие дифракионного контраста ЗГРД)

Слайд 18

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ВЗГД: РАСЩЕПЛЕНИЕ ЗАХВАЧЕННЫХ ГРАНИЦАМИ РЕШЕТОЧНЫХ ДИСЛОКАЦИЙ (ЗГРД)
Вектор Бюргерса решеточной

дислокации любой из зерен расщепляется на векторы Бюргерса нескольких ЗГД. То есть, ЗГРД расщепляется на ряд скользящих и сидячих ВЗГД в границе, иными словами, ВЗГД образуются за счет захвата границами решеточных дислокаций.

Слайд 19

Оценка зависимости плотности ЗГРД от степени деформации
При деформации плотность ЗГРД быстро

возрастает. Но с повышением плотности ЗГРД скорость их накопления убывает, то есть зависимость перестает быть линейной. Происходит насыщение плотности. При очень больших степенях деформации создается стационарная плотность, которая при снятии деформирующего напряжения сохраняется

При ε=0.03, b=0.3 нм ρ=108 м-1

Слайд 20

ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН
Накопленные в процессе деформации в ГЗ дислокации

образуют неравновесные системы, имеющие нескомпенсированные (неэкранированные) напряжения, которые являются причиной дальнодействующих напряжений, создаваемых границей зерен, и ее повышенной энергии.
Таким образом, неравновесная структура ГЗ в сильнодеформированных материалах, в том числе в УМЗ металлах, вызвана внесенными дефрмацией ВЗГД

Слайд 21

КОМПОНЕНТЫ НЕРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН A.A. NAZAROV ET AL. ACTA METALL.

MATER. 1993

Неупорядоченные сетки ВЗГД

Дисклинационный диполь

Скользящие ВЗГД

Условное неравновесную структуру ГЗ можно разделить на три компоненты, каждая из которых отвечает за часть внутренних напряжений и избыточной энергии ГЗ. В большинстве случаев неупорядоченные сетки при комнатной температуре успевают релаксировать в равномерному распределению.

Слайд 22

ЧАСТИЧНЫЕ ДИСКЛИНАЦИИ В КРИСТАЛЛАХ. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ДИСКЛИНАЦИЯМИ И ДИСЛОКАЦИЯМИ
Отрицательная дисклинация
Дисклинационный диполь

Слайд 23

ОБРАЗОВАНИЕ СТЫКОВЫХ ДИСКЛИНАЦИЙ И СИСТЕМЫ СКОЛЬЗЯЩИХ ДИСЛОКАЦИЙ ЗА СЧЕТ СКОЛЬЖЕНИЯ В

ОДНОМ ЗЕРНЕ

В результате барьерной роли ГЗ скольжение дислокаций ограничено в пределах зерна, поэтому дислокации связаны в диполи — суммарный вектор Бюргерса дислокаций, принесенных а границы из одного зерна, равен нулю. Как следствие, стыковые дисклинации, принесенные из каждого зерна, связаны в квадруполи, а скользащие дислокации — в конфигурации с нулевым зарядом.

Слайд 24

ЭНЕРГИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГЗ, СВЯЗАННАЯ С ДИСКЛИНАЦИЯМИ
A.A. Nazarov et al. Scripta Mater.

1996

Энергия дисклинаций на одно зерно:

Среднеквадратичная деформация:

Слайд 25

ЭНЕРГИЯ НЕРАВНОВЕСНЫХ ГЗ, СВЯЗАННАЯ СО СКОЛЬЗЯЩИМИ ВЗГД
A.A. Nazarov et al. 1997
Энергия

дислокаций на одно зерно:

Среднеквадратичная деформация:

Слайд 26

РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ЕДИНИЦУ ОБЪЕМА, МАССЫ, ПЛОЩАДИ ГЗ

Слайд 27

РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ НА ЕДИНИЦУ ОБЪЕМА, МАССЫ, ПЛОЩАДИ ГЗ
Дисклинации
Скользящие дислокации

Слайд 28

Структура ультрамелкозернистых материалов, полученных деформационными методами

Содержание

ВНЕСЕННЫЕ ДЕФЕКТЫ ТРОЙНЫХ СТЫКОВ. СТЫКОВЫЕ ДИСКЛИНАЦИИВ изломах и тройных стыках границ

РАЗВИТИЕ МИКРОПОЛОСЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ: ЭКСПЕРИМЕНТ И МОДЕЛЬ В.В. РЫБИН (ЭКСПЕРИМЕНТ), А.Е. РОМАНОВ

ДЕЛЕНИЕ ЗЕРЕН ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

СТРУКТУРА УМЗ МЕТАЛЛОВ, НАБЛЮДАЕМАЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕValiev R.Z., Korznikov A.V., Mulyukov

РАЗМЕРЫ ЗЕРЕН УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД (НМ)

ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ УМЗ NI И NI3ALВ ВРЭМ наблюдались изгибы плоскостей

МИКРОИСКАЖЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ В УМЗ МАТЕРИАЛАХ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПДВ УМЗ металлах, полученных

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ РАЗМЕРАМИ КРИСТАЛЛИТОВ, ОПРЕДЕЛЕННЫМИ МЕТОДАМИ ПЭМ И РСАРазмер ОКР, определенный

МЕССБАУЕРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ УМЗ FE, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ КВДЭкспериментальный мессбауеровский спектр УМЗ Fe

ПАРАМЕТРЫ СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ДВУХ МЕССБАУЕРОВСКИХ ПОДСПЕКТРОВ УМЗ FE С РАЗНЫМИ РАЗМЕРАМИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ЗЕРНОГРАНИЧНОЙ ФАЗЫ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКИХ СПЕКТРОВТолщина приграничной области, в которой

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МЕТАЛЛОВ, ВЫТЕКАЮЩАЯ ИЗ МЕССБАУЕРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИСчитается, что УМЗ металлы

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ УМЗ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИПД, ОСНОВАННАЯ НА ПРЕДСТАВЛЕНИИ О НЕРАВНОВЕСНЫХ

РАВНОВЕСНАЯ СТРУКТУРА ГРАНИЦ ЗЕРЕНГраница зерен – поверхностный дефект, разделяющий два кристаллита

ДЕФЕКТЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕН: ВНЕСЕННЫЕ ЗЕРНОГРАНИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ (ВЗГД)Скользящая ВЗГДСидячая ВЗГДВ ГЗ могут

ПОГЛОЩЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ ГРАНИЦАМИ ЗЕРЕНАустенитная сталь после деформации после in situ отжига(Кайбышев

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ВЗГД: РАСЩЕПЛЕНИЕ ЗАХВАЧЕННЫХ ГРАНИЦАМИ РЕШЕТОЧНЫХ ДИСЛОКАЦИЙ (ЗГРД) Вектор Бюргерса решеточной

Оценка зависимости плотности ЗГРД от степени деформацииПри деформации плотность ЗГРД быстро

ОБРАЗОВАНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНИЦ ЗЕРЕННакопленные в процессе деформации в ГЗ дислокации