Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой

Деформационное двойникование оказывает существенное влияние на низкотемпературную пластичность ОЦК-металлов. В статье обозреваются публикации, посвящённые этой проблеме. Рассмотрены результаты изучения склонности сплавов к двойникованию и влияние двойникования на механические свойства сплавов на осн...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Мильман, Ю.В., Гончарова, И.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2017
Назва видання:	Успехи физики металлов
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133244
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой / Ю.В. Мильман, И.В. Гончарова // Успехи физики металлов. — 2017. — Т. 18, № 3. — С. 265-294. — Бібліогр.: 34 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-133244
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1332442018-05-22T03:03:54Z Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой Мильман, Ю.В. Гончарова, И.В. Деформационное двойникование оказывает существенное влияние на низкотемпературную пластичность ОЦК-металлов. В статье обозреваются публикации, посвящённые этой проблеме. Рассмотрены результаты изучения склонности сплавов к двойникованию и влияние двойникования на механические свойства сплавов на основе Cr, Mo, W, Fe, включая «рениевый эффект» повышения пластичности при легировании. Отмечается эффективность методик индентирования для определения склонности сплавов к деформационному двойникованию и для изучения механизма деформации малопластичных материалов, к которым относятся сильнодвойникующиеся сплавы. Приведены данные о кривых деформации и деформационном упрочнении сильнодвойникующихся сплавов. Деформаційне двійникування справляє істотний вплив на низькотемпературну пластичність ОЦК-металів. У статті оглянуто публікації, присвячені цій проблемі. Розглянуто результати вивчення схильности стопів до двійникування та його вплив на механічні властивості стопів на основі Cr, Mo, W, Fe, а також «ренійовий ефект» підвищення пластичности при леґуванні. Відзначається ефективність методик індентування для визначення схильности стопів до деформаційного двійникування та для вивчення механізму деформації малопластичних матеріялів, до яких відносяться ці стопи. Наведено криві деформації та визначено деформаційне зміцнення стопів, що сильно двійникуються. Deformation twinning exerts a great influence on the low-temperature plasticity of b.c.c. metals. The article reviews publications relating to this problem. We consider results of the study of alloys' tendency to twinning and its impact on mechanical properties of Cr-, Mo-, W-, and Fe-based alloys as well as 'rhenium effect' of increase of plasticity with an alloying. It is noted the effectiveness of indentation technique for both the determination of the tendency to twinning of alloys and the study of mechanism of deformation of the low-ductile materials, to which these alloys are belonged. The stress–strain curves and the strain hardening of strongly twinning alloys are presented. 2017 Article Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой / Ю.В. Мильман, И.В. Гончарова // Успехи физики металлов. — 2017. — Т. 18, № 3. — С. 265-294. — Бібліогр.: 34 назв. — рос. 1608-1021 PACS: 61.50.-f, 61.66.-f, 61.72.Lk, 61.72.Mm, 61.72.Nn, 62.20.-x, 62.20.F- DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.18.03.265 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133244 ru Успехи физики металлов Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Деформационное двойникование оказывает существенное влияние на низкотемпературную пластичность ОЦК-металлов. В статье обозреваются публикации, посвящённые этой проблеме. Рассмотрены результаты изучения склонности сплавов к двойникованию и влияние двойникования на механические свойства сплавов на основе Cr, Mo, W, Fe, включая «рениевый эффект» повышения пластичности при легировании. Отмечается эффективность методик индентирования для определения склонности сплавов к деформационному двойникованию и для изучения механизма деформации малопластичных материалов, к которым относятся сильнодвойникующиеся сплавы. Приведены данные о кривых деформации и деформационном упрочнении сильнодвойникующихся сплавов.
format	Article
author	Мильман, Ю.В. Гончарова, И.В.
spellingShingle	Мильман, Ю.В. Гончарова, И.В. Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой Успехи физики металлов
author_facet	Мильман, Ю.В. Гончарова, И.В.
author_sort	Мильман, Ю.В.
title	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой
title_short	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой
title_full	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой
title_fullStr	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой
title_full_unstemmed	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой
title_sort	влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с оцк-решёткой
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2017
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/133244
citation_txt	Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой / Ю.В. Мильман, И.В. Гончарова // Успехи физики металлов. — 2017. — Т. 18, № 3. — С. 265-294. — Бібліогр.: 34 назв. — рос.
series	Успехи физики металлов
work_keys_str_mv	AT milʹmanûv vliâniedeformacionnogodvojnikovaniânamehaničeskiesvojstvasplavovsockrešëtkoj AT gončarovaiv vliâniedeformacionnogodvojnikovaniânamehaničeskiesvojstvasplavovsockrešëtkoj
first_indexed	2025-07-09T18:45:33Z
last_indexed	2025-07-09T18:45:33Z
_version_	1837196101092900864
fulltext	265 PACS numbers: 61.50.-f, 61.66.-f, 61.72.Lk, 61.72.Mm, 61.72.Nn, 62.20.-x, 62.20.F- Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой Ю. В. Мильман, И. В. Гончарова Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина Деформационное двойникование оказывает существенное влияние на низкотемпературную пластичность ОЦК-металлов. В статье обозрева- ются публикации, посвящённые этой проблеме. Рассмотрены результа- ты изучения склонности сплавов к двойникованию и влияние двойни- кования на механические свойства сплавов на основе Cr, Mo, W, Fe, включая «рениевый эффект» повышения пластичности при легирова- нии. Отмечается эффективность методик индентирования для опреде- ления склонности сплавов к деформационному двойникованию и для изучения механизма деформации малопластичных материалов, к кото- рым относятся сильнодвойникующиеся сплавы. Приведены данные о кривых деформации и деформационном упрочнении сильнодвойни- кующихся сплавов. Деформаційне двійникування справляє істотний вплив на низькотем- пературну пластичність ОЦК-металів. У статті оглянуто публікації, присвячені цій проблемі. Розглянуто результати вивчення схильности стопів до двійникування та його вплив на механічні властивості стопів на основі Cr, Mo, W, Fe, а також «ренійовий ефект» підвищення плас- тичности при леґуванні. Відзначається ефективність методик інденту- вання для визначення схильности стопів до деформаційного двійнику- вання та для вивчення механізму деформації малопластичних матерія- лів, до яких відносяться ці стопи. Наведено криві деформації та визна- чено деформаційне зміцнення стопів, що сильно двійникуються. Deformation twinning exerts a great influence on the low-temperature plasticity of b.c.c. metals. The article reviews publications relating to this problem. We consider results of the study of alloys’ tendency to twinning and its impact on mechanical properties of Cr-, Mo-, W-, and Fe-based alloys as well as ‘rhenium effect’ of increase of plasticity with an alloy- ing. It is noted the effectiveness of indentation technique for both the de- termination of the tendency to twinning of alloys and the study of mecha- Успехи физ. мет. / Usp. Fiz. Met. 2017, т. 3, сс. 265–294 DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.18.03.265 Îòòèñêè äîñòóïíû íåïîñðåäñòâåííî îò èçäàòåëÿ Ôîòîêîïèðîâàíèå ðàçðåøåíî òîëüêî â ñîîòâåòñòâèè ñ ëèöåíçèåé 2017 ÈÌÔ (Èíñòèòóò ìåòàëëîôèçèêè èì. Ã. Â. Êóðäþìîâà ÍÀÍ Óêðàèíû) Íàïå÷àòàíî â Óêðàèíå. https://doi.org/10.15407/ufm.18.03.265 266 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА nism of deformation of the low-ductile materials, to which these alloys are belonged. The stress–strain curves and the strain hardening of strongly twinning alloys are presented. Ключевые слова: двойникование, механические свойства, твёрдость, хладноломкость. Ключові слова: двійникування, механічні властивості, твердість, холо- дноламкість. Keywords: twinning, mechanical properties, hardness, cold brittleness. (Получено 25 мая 2017 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Деформационное двойникование металлов в значительной степе- ни связано с проблемой хрупкого разрушения. В переходных ме- таллах с ОЦК-решёткой наблюдается резкий рост предела теку- чести при снижении температуры ниже характеристической тем- пературы деформации T и, как следствие, явление хладноломко- сти [1–4]. Практически во всех ОЦК-металлах при снижении температуры деформации или при повышении скорости дефор- мации наблюдается деформационное двойникование, которое влияет как на пластичность, так и на прочность сплавов. Поэто- му исследование этого процесса в ОЦК-металлах представляет не только научный, но и практический интерес. В настоящей статье дан обзор работ по изучению роли процессов двойникования в формировании механических свойств ОЦК-металлов. Рассмотрены результаты изучения склонности сплавов к двой- никованию и влияние двойникования на механические свойства сплавов на основе Cr, Mo, W и Fe, включая «рениевый эффект» повышения пластичности при легировании. Значительное внима- ние уделено результатам изучения этой проблемы методами ин- дентирования, так как методики индентирования предоставляют дополнительные возможности для изучения механизма пластиче- ской деформации, особенно для малопластичных и хрупких ма- териалов, к которым относятся сильнодвойникующиеся сплавы. 2. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ДВОЙНИКОВАНИЯ При двойниковании под действием внешней нагрузки в кристал- ле возникает участок решётки с двойниковой прослойкой. Двой- никовая прослойка имеет две границы и кристаллическая решёт- ка в ней является зеркальным отображением недеформирован- ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 267 ных участков решётки относительно плоскости двойникования, которой является обычно двойниковая граница. Двойникование, как и скольжение, происходит по вполне определённым кристал- лографическим плоскостям. Так для ОЦК-металлов плоскость двойникования {112}, направление двойникования 111. Двой- никование в ОЦК-металлах, в отличие от скольжения, происхо- дит за счёт частичных двойникующих дислокаций a/6111 [5, 6]. Двойникование, как и скольжение, происходит по достиже- нии определенного критического касательного напряжения (кр). При меньших нагрузках может образовываться упругий двойник, который исчезает после снятия нагрузки [7]. Двойникование можно рассматривать как процесс зарождения и роста двойни- ков. Зарождение двойников требует высоких напряжений, кото- рые обычно наблюдаются вблизи концентраторов напряжения. Рост двойников требует значительно меньших напряжений и происходит путем движения весьма подвижных двойникующих дислокаций. Поэтому рост двойниковых прослоек происходит с очень большой скоростью, приближающейся к скорости звука [8]. По достижению кр двойниковые прослойки быстро прораста- ют через весь кристалл (рис. 1). Дальнейшее увеличение нагруз- ки приводит к утолщению двойниковых прослоек и к образова- нию двойников в других направлениях типа {112}111, где на- блюдается меньшее касательное напряжение. При развитии двойникования в поликристалле удар двойника в границу может вызвать появление двойников в соседнем зерне уже с иной ори- ентацией. Известно, что скольжение может обеспечить неограниченную пластическую деформацию П, тогда как двойникование при пол- ной переориентации решётки обеспечивает  * П  40%. Рис. 1. Структура деформированного осадкой сплава Cr–20 вес.% Fe, где tдеф  20C,   18%.1 268 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА Обычно только часть материала образца переходит в двойнико- вую ориентацию. Поэтому величина пластической деформации за счёт двойникования может быть приближенно оценена как Д П П V f   , (1) где fV — объёмная доля сдвойникованного материала [8, 9]. В ра- боте [8] предложена более точная формула для оценки величины  Д П : 2 2 Д П N dm    , (2) где N — количество двойниковых прослоек,  — их средняя толщина, d — размер зерна, m — фактор ориентации рассматри- ваемой плоскости двойникования. Для двойникования в системе {112}111 в металлах с ОЦК-решёткой m  3,1 по оценке, приве- денной в [8]. Для структуры, приведенной на рис. 1, оценка по (2) даёт  П  3,9% при общей деформации П  18%. В поликристаллах при двойниковании, как и при скольжении выполняется соотношение Холла–Петча [1, 8]: 0 Д Д Д S у K d    (3) при двойниковании и 0 C C C S у K d    (4) при скольжении, где d — размер зерна, S — предел текучести, 0 и Ky — константы уравнения. Обычно KД у  K С у, а  Д 0   C 0 (рис. 2). Поэтому прямые, которые описываются уравнениями (3) и (4), пересекаются при размере Рис. 2. Схема зависимости напряжения течения от размера зерна.2 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 269 зерна 2 0 0 Д С y у кр С Д K K d           . (5) В работе [8] показано, что величина K Д у уменьшается при сни- жении температуры в отличие от K С у, которая слабо зависит от температуры (рис. 3). Снижение K Д у является важным фактором, облегчающим двойникование при уменьшении температуры. При размере зерна d  dкр интенсивно развивается двойникова- ние (рис. 2), а при d  dкр — скольжение, то есть двойникование в поликристаллах возможно только при d  dкр. Естественно, что значение dкр зависит от температуры, скорости нагружения, а также вида напряжённого состояния. Переход от двойникования к скольжению приводит к перегибу на кривой Холла–Петча [8] (см. рис. 2). Следует также учесть, что двойникование является самотормо- зящимся процессом вследствие уменьшения эффективного разме- ра зерна в процессе двойникования. На рисунке 1 видно, что первичные двойники являются барьерами для движения вторич- ных двойников, то есть они снижают эффективный размер зерна. Для двойникования, как и для скольжения, наблюдается рост напряжения течения при снижении температуры. Но темпера- турная зависимость напряжения течения более слабая, чем при скольжении, поскольку высота потенциальных барьеров для движения частичных дислокаций существенно (почти на поря- док) ниже, чем для полных дислокаций [5]. По той же причине рост напряжения течения при снижении температуры начинается при двойниковании при более низкой температуре, чем при скольжении. Типичная схема температурной зависимости  C S и Рис. 3. Температурная зависимость параметра Kу при пластической де- формации скольжением (1) и двойникованием (2) в сплаве армко- железа (0,06% C, 0,007% N) [1].3 270 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА Д S приведена на рис. 4, где ТД — температура начала двойнико- вания при уменьшении температуры. При температуре T  TД пластическая деформация начинается процессом двойникования. После некоторой степени деформации подключается процесс скольжения. При температуре T  TД де- формация идет только скольжением, даже при повышении на- пряжения течения за счёт деформационного упрочнения двойни- кование не наблюдается в связи с искажением кристаллической решетки дислокациями. Так как для металлов параметр Тейбора C  HM/S  const  3 (НМ — твёрдость по Мейеру), то можно было предполагать, что при изучении зависимости твердости от температуры кривая НМ(Т) будет такой же, как показано на рис. 4 жирной линией для испытания на растяжение, так как при температуре ТД рост предела текучести и твердости при снижении температуры прак- тически прекращается в связи с переходом от скольжения к де- формации двойникованием. Однако, при измерении твердости, как будет показано ниже, двойникование наблюдается только при нагрузке на индентор P > Pкр. При изучении температурной зависимости микротвёрдости для большинства сплавов P < Pкр и удается методом индентирования получить температурную зави- симость микротвёрдости (и, следовательно, предела текучести) для процесса скольжения, без влияния двойникования. В качест- ве примера на рис. 5 и 6 приведена температурная зависимость микротвёрдости для сплавов системы Cr–Fe и системы Mo–Re. В обеих этих системах есть сплавы с высокой склонностью к двой- никованию, однако двойникование при таком нагружении (на- грузка на индентор P  2 Н) не проявляется. Это даёт возмож- Рис. 4. Схема температурной зависимости C S  и . Д S  4 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 271 ность провести достаточно полный анализ температурной зависи- мости предела текучести при деформации скольжением: разде- лить термическую и атермическую составляющие напряжения течения, определить энергию активации движения дислокаций, активационный объем и другие параметры [1]. Отметим ещё, что при увеличении скорости деформации  склонность к двойникованию возрастает, dкр на рис. 2 уменьша- ется, а ТД на рис. 4 увеличивается. 3. ИЗУЧЕНИЕ СКЛОННОСТИ ОЦК-МЕТАЛЛОВ К ДВОЙНИКОВАНИЮ МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ Поскольку процесс двойникования существенно влияет на меха- ническое поведение металлов под нагрузкой, в ряде случаев представляется целесообразным исследовать склонность сплавов к двойникованию. В работах [11–13] описана простая методика определения склонности к двойникованию методом индентирова- ния. При этом используются твердомеры с индентором Виккерса для работы как в области макротвёрдости, так и микротвёрдости. Двойникование происходит в первую очередь вблизи концентра- торов напряжения. Поэтому в двойникующихся сплавах при ин- дентировании с достаточной нагрузкой на индентор вокруг отпе- Рис. 5. Температурная зависимость микротвёрдости сплавов системы Cr–Fe: 1 — хром нелегированный, 2 — Cr–1,2 ат.% Fe, 3 — Cr–9,4 ат.% Fe, 4 — Cr—17,9 ат.% Fe, 5 — Cr–29,5 ат.% Fe, 6 — Cr–37,3 ат.% Fe, 7 — Cr–43,2 ат.% Fe, 8 — Cr–53,2 ат.% Fe [10].5 272 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА чатка твёрдости образуются двойники (рис. 7). Склонность сплавов к двойникованию оценивали, определяя минимальную нагрузку на индентор прибора твёрдости Ркр, при которой вокруг индентора образуются двойники. Величина об- ратная минимальной нагрузке (1/Ркр) характеризовала склон- ность сплавов к двойникованию. Наличие двойников вокруг отпечатка твёрдости изучали мето- дом оптической микроскопии. Рассматриваемая методика основана на увеличении напряже- ния под пирамидальным индентором, который является концен- тратором напряжения, а также повышением склонности к двой- Рис. 6. Температурная зависимость микротвёрдости сплавов системы Mo–Re: 1 — Mo, 2 — Mo–18 ат.% Re, 3 — Mo–33 ат.% Re, 4 — Mo–51 ат.% Re, 5 — Mo–43 ат.% Re [11].6 Рис. 7. Отпечаток твёрдости с деформационными двойниками в сплаве Cr–42 масс.%Mn; нагрузка P  5 Н [14].7 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 273 никованию при увеличении скорости нагружения. Это обуслов- лено тем, что повышение скорости нагружения dP/dt сильнее увеличивает  С S, чем  Д S. Поэтому существует некоторая критиче- ская нагрузка Ркр, при достижении которой в пластическую де- формацию включается процесс двойникования. При измерении твердости индентором Виккерса время нагружения обычно фик- сировано и не зависит от максимальной нагрузки на индентор, которая может меняться от 1 г (микротвёрдость) до 100 кг (мак- ротвёрдость), то есть скорость нагружения dP/dt при индентиро- вании может изменяться на 5 порядков. На рисунке 8 показана зависимость склонности к двойникова- нию 1/Ркр для сплавов на основе хрома (рис. 8, а) и влияние ле- гирования рением на склонность к двойникованию Cr, Mo и W (рис. 8, б). Было показано, что склонность к двойникованию 1/Ркр удовле- творительно коррелирует с изменением энергии дефекта упаков- ки сплавов: 1/Ркр возрастает при снижении энергии дефекта упа- ковки [1]. Известно также, что плотность состояний на поверхно- сти Ферми N(EF) в ОЦК-металлах коррелирует с величиной энер- гии дефекта упаковки. Для характеристики плотности состояний на поверхности Ферми N(EF) на рис. 9 приведено изменение электронной тепло- а б Рис. 8. Изменение склонности к двойникованию при легировании, ха- рактеризуемое величиной 1/Ркр, (незаштрихованные символы соответст- вуют сплавам, в которых двойникование при максимальной нагрузке на индентор не наблюдалось): a — сплавы на основе Cr, б — Cr, Mo и W, легированные Re [11, 13].8 274 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА ёмкости для переходных металлов I, II и III периодов Периодиче- ской системы элементов. Видно, что имеется некоторое соответ- ствие между рис. 8 и 9. Склонность к двойникованию 1/Ркр ми- нимальна для сплавов VIA группы (а именно, Cr, Mo, W) и по- вышается при легировании элементами, расположенными правее в Периодической системе элементов, то есть при увеличении чис- ла s  d-электронов на атом. Также ведёт себя и коэффициент электронной теплоёмкости. 4. ВЛИЯНИЕ ДВОЙНИКОВАНИЯ И СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДЕФЕКТА УПАКОВКИ () ПРИ ЛЕГИРОВАНИИ НА «РЕНИЕВЫЙ ЭФФЕКТ» ПОВЫШЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ ХРОМА, МОЛИБДЕНА И ВОЛЬФРАМА Известно, что в подавляющем количестве сплавов увеличение со- держания легирующих элементов приводит к повышению преде- ла текучести и одновременному снижению пластичности. Вместе с тем, легирование Cr, Mo и W рением в количестве до 35 ат.% приводит к одновременному повышению и прочности, и пластич- ности [1–4, 6]. Это уникальное явление представляет несомнен- ный научный и практический интерес. Из рисунка 8, б видно, что при легировании хрома, молибдена и вольфрама рением по- вышается склонность к двойникованию. Действительно, в этих сплавах проявляется двойникование, которое можно рассматри- вать как процесс дополнительный к пластической деформации скольжением, повышающий пластичность. Так, на рисунке 10 показано, что если в процессе индентирования наблюдается Рис. 9. Изменение удельной электронной теплоёмкости в сплавах пере- ходных металлов [1, 14–17].9 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 275 двойникование (рис. 10, б), то размер отпечатка твёрдости увели- чивается по сравнению с отпечатком, при получении которого индентирование не привело к процессу двойникования (рис. 10, а). Рост отпечатка твёрдости свидетельствует о снижении твёрдо- сти и повышении пластичности. Известно, что в металлах VIA группы (Cr, Mo, W) наилучшим образом выполняются условие резонансной ковалентной связи [1, 3]. На кривой зависимости плотности состояний на поверхности Ферми N(EF) этим сплавам соответствует глубокий минимум (см. рис. 9). Такой характер электронного строения обеспечивает вы- сокий уровень предела текучести, но одновременно проявляется ряд отрицательных свойств, главным из которых является рез- кий рост предела текучести при снижении температуры и явле- ние хладноломкости. Те же особенности электронного строения этих металлов приводят к очень низкой растворимости ряда примесных элементов и их сегрегации на дефектных участках и на границах зёрен, что приводит к интеркристаллитной хрупко- сти. Энергия дефекта упаковки  в этих металлах очень высокая, что делает маловероятным при комнатной температуре процесс двойникования. В соответствии с современными представлениями склонность к деформационному двойникованию увеличивается при снижении энергии дефекта упаковки . Так, согласно полюсному механизму двойникования Коттрелла и Билби [19], движение двойникую- щей дислокации a/6111 в плоскости {112} ОЦК-решётки начи- нается при эффективном значении напряжения сдвига   /b, где b — вектор Бюргерса дислокации. Для работы механизма двойникования, предложенного Шлиз- виком [20], необходимо напряжение сдвига порядка /3b. а б Рис. 10. Два отпечатка микротвёрдости, полученные при одинаковой нагрузке 5 Н, на сплаве Cr–35 ат.% Mn [18].10 276 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА Вместе с тем, высокое значение  обеспечивает хорошую под- вижность винтовых компонент полных дислокаций и их попе- речное скольжение. При легировании рением хрома, молибдена и вольфрама (также, например, как при легировании хрома желе- зом)  снижается, что облегчает процесс двойникования. Однако снижение  одновременно затрудняет движение винтовых дисло- каций и их поперечное скольжение, что вызывает дополнитель- ное упрочнение, которое можно характеризовать ростом предела текучести при 0 К — S(0). В работе [21] было показано, что тем- пература хладноломкости Тх может быть оценена по уравнению    (0) const x S T G . (6) Из уравнения (6) видно, что для снижения Тх необходимо уменьшать S(0) и увеличивать модуль сдвига G. Поэтому для использования процесса двойникования, как полезного дополни- тельного механизма деформации, легирование металлов VIA- группы должно приводить к некоторому оптимальному сниже- нию , которое обеспечивает дополнительный механизм деформа- ции — двойникование, но не сильно затрудняет движение пол- ных дислокаций, то есть не увеличивает S(0). Именно такой случай наблюдается при легировании Cr, Mo и W рением. Одновременно при легировании Cr и Mo рением на- блюдается рост модуля сдвига G, что также снижает Тх. На ри- сунке 11 сопоставлено изменение критического напряжения сдвига кр(0), основных его составляющих, энергии дефекта упа- ковки  и модуля сдвига G для сплавов Cr–Fe, у которых  сни- жается слишком резко и легирование не повышает пластичность, и сплавов Mo–Re, где достигается оптимальное снижение , обес- печивающее развитие двойникования, но слабо влияющее на подвижность полных дислокаций, наблюдается рост модуля сдвига и повышение низкотемпературной пластичности. В обоих случаях на первых стадиях легирования напряжение Пайерлса o p  снижается, а упрочнение a(1/), обусловленное главным образом затруднением поперечного скольжения из-за снижения энергии дефектов упаковки, возрастает. Однако рост a(1/) в системе Mo–Re, где  снижается слабо, невелик, меньше, чем снижение o p  , и поэтому (0) (1 ) o кр p a       уменьшается, на- чиная с первых стадий легирования. В системе Cr–Fe чрезвычай- но резкое снижение энергии дефектов упаковки вызывает силь- ный рост a(1/) и, вследствие этого, кр(0) также увеличивается до того момента, пока энергия дефектов упаковки не начинает возрастать. Развитие при низких температурах дополнительного механиз- ма деформации — двойникования, сопровождающегося скольже- ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 277 нием, достаточным для аккомодации двойников, несомненно, может быть дополнительным резервом низкотемпературной пла- стичности. Именно такая ситуация, как следует из изложенного, наблю- дается при легировании молибдена, хрома и вольфрама рением. В системе W–Re эффективность влияния рения на Тх ниже, чем в системе Mo–Re (см. рис. 12). В свете изложенных представле- ний это может быть связано с тем, что вследствие высокой тем- пературы плавления вольфрама при легировании его рением мо- дуль сдвига и сила межатомной связи уменьшаются в противопо- ложность наблюдаемому в системе Mo–Re. Когда двойник встречается с границей зерна, концентрация напряжений в его вершине может вызывать образование трещи- ны, либо появление двойников в соседнем зерне уже с иной ори- ентацией, либо напряжения релаксируют за счёт интенсивной деформации скольжением. Именно такой случай релаксации на- пряжений, вызванных ударом двойника в границу зерна, за счёт скольжения полных дислокаций приведен на рис. 13. Естествен- но, что при таком сочетании двух механизмов деформации двой- никование может обеспечить существенное повышение пластич- ности сплава. Как следует из изложенного, в сплавах Mo–Re, Cr–Re и W–Re, в которых скольжение не затруднено, двойникование дает вклад Рис. 11. Схематическое изображение изменения критического напряже- ния сдвига (кр(0)) и основных его составляющих ( o p  — термическая компонента напряжения сдвига при 0 К, a(1/) — атермическая компо- нента напряжения сдвига), энергии дефектов упаковки (), модуля сдвига (G) и температуры хладноломкости (Тх) при легировании молиб- дена рением (а) и хрома железом (б) [3].11 278 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА в пластическую деформацию, тогда как в ряде других систем развитие двойникования охрупчивает сплав. 5. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ДВОЙНИКУЮЩИХСЯ СПЛАВОВ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ Механические свойства сплавов системы Mo–Re при криогенных температурах (до 4,2 К) были изучены в [25]. Механические ис- пытания на растяжение проводили на проволочных образцах диаметром 0,8 мм после деформации волочением. Влияние тем- пературы на механические свойства сплавов представлено на рис. 14. Из рисунка 14, а следует, что легирование молибдена рением снижает термическую компоненту напряжения течения и повы- шает атермическую компоненту. Рис. 12. Влияние легирующих элементов на температуру хладноломко- сти хрома, молибдена и вольфрама в системах: Mo–Re, W–Re (2) [22], Cr–Fe (1) [1], Cr–Fe (2) [23], W–Re (1) [24], Cr–Re, Cr–Ru и Cr–Co [23].12 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 279 Это соответствует теоретическим представлениям о влиянии рения на барьеры Пайерлса в ОЦК-металлах VIA-группы перио- дической системы элементов — легирование рением снижает вы- соту барьеров Пайерлса и увеличивает их ширину, что и приво- дит к снижению термической компоненты напряжения течения. В то же время, твёрдорастворное упрочнение атомами рения по- Рис. 13. Генерирование полных дислокаций в результате взаимодейст- вия двойника с границей зерна в сплаве Cr–20 вес.% Fe; tдеф  20C,   4% [1].13 а б в Рис. 14. Влияние температуры испытания на прочностные характери- стики 0,2 и b (а), удлинение до разрушения р (б) и поперечное суже- ние до разрушения  (в) сплавов системы Mo–Re: 1 — Mo; 2 — Mo–10 масс.% Re; 3 — Mo–20 масс.% Re; 4 — Mo–33 масс.% Re; 5 — Mo–45 масс.% Re [25].14 280 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА вышает атермическую компоненту напряжения течения. На кривых зависимости 0,2(Т) и b(Т) для сплавов Mo–Re ни- же 100 К наблюдаются аномалии, которые вероятнее всего обу- словлены низкотемпературным деформационным двойниковани- ем. С таким объяснением аномалий коррелирует и наблюдавший- ся прерывистый характер пластического течения сплавов. В том же температурном интервале наблюдается рост пластичности . Хотя значение  не превышает 2%, наблюдается довольно высо- кое значение  — до 80% при 4,2 К. Формирование низкотемпературного интервала с повышенной за счёт двойникования пластичностью было также обнаружено в сплаве Cr–50% Fe. Из рисунка 15 следует, что пластичность сплава Cr–50% Fe, измеряемая стрелой прогиба до разрушения при изгибе, увеличи- вается при снижении температуры в крупнокристаллическом ма- териале (размер зерна d  40 мкм, d  60 мкм и d  100 мкм) за счёт развития двойникования. Для сплавов с более мелким зер- ном такая аномалия отсутствует. 6. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ДЕФОРМАЦИИ СИЛЬНОДВОЙНИКУЮЩИХСЯ СПЛАВОВ Cr–Mn МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ В работе [18] метод индентирования с применением серии трёх- гранных пирамидальных инденторов с различными углами при вершине [27, 28] был применён для исследования механизма пластической деформации в сильнодвойникующихся сплавах с ОЦК-решёткой системы Cr–Mn. При стандартных механических Рис. 15. Зависимость стрелы прогиба f до разрушения от температуры испытания в сплаве Cr–50 вес.% Fe с различным размером зерна (f  0 при 196С) [26].15 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 281 испытаниях эти сплавы разрушаются хрупко и особенности пла- стической деформации этих сплавов стандартными методами изучить невозможно. На рисунке 16 приведены кривые деформации сплавов хрома, в том числе сильнодвойникующиеся сплавы Cr–42% Mn и Cr– 50% Mn, полученные методом индентирования пирамидальными инденторами с различными углами при вершине. Кривые приве- дены в логарифмических координатах, что позволяет определить коэффициент деформационного упрочнения N и показатель де- формационного упрочнения n в соотношении:      0 p n S N . (7) Как следует из рис. 16, в сильнодвойникующихся сплавах сис- темы Cr–Mn, в отличие от сплава Cr–0,3% Y, деформация про- ходит в две стадии, что приводит к перегибу на деформационных а б в Рис. 16. Зависимость разности между напряжением течения и пределом пропорциональности (  0) от пластической деформации р для спла- вов хрома при двух нагрузках на индентор (1 Н и 5 Н) [18].16 282 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА кривых рис. 16. При этом на первой стадии показатель деформа- ционного упрочнения n  0,5, что можно рассматривать как сви- детельство большой роли скольжения на этой стадии деформа- ции. На второй стадии деформации двойникование замедляется вследствие уменьшения эффективного размера зерна и деформа- ционное упрочнение замедляется. В работе [18] определяли также число двойников вокруг отпе- чатков твердости. Для этого вокруг трёхгранного отпечатка опи- сывали подобный треугольник так, чтобы сторона описанного треугольника отстояла от соответствующей стороны треугольного отпечатка на 10 мкм. Определяли и число двойниковых пластин внутри описанного треугольника и их зависимость от степени деформации (угла при вершине индентора) при индентировании (рис. 17 и 18) [18]. Ус- тановлено, что число двойников резко увеличивается, а расстоя- ние между двойниковыми пластинами уменьшается при увеличе- нии степени деформации (уменьшении ). При этом в наиболее сильно двойникующемся сплаве Cr–42% Mn число двойников в 3–5 раз больше, а расстояние между двойниковыми пластинами примерно в 5 раз меньше, чем в сплаве Cr–50% Mn. При увели- чении степени деформации выше 10% количество двойников увеличивается слабо. При деформации скольжением твёрдость по Виккерсу, как правило, снижается при увеличении нагрузки на индентор. Двойникование существенно отличается от скольжения тем, Рис. 17. Среднее количество двойников (N) и расстояние между ними () вокруг отпечатка твёрдости в зависимости от угла при вершине ин- дентора  и степени деформации при индентировании t. Нагрузка на индентор P  5 Н [18].17 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 283 что оно приводит к появлению большеугловых границ, которыми являются границы двойниковых прослоек. Так, в сильнодвойникующемся сплаве Cr–42% Mn большая плотность двойниковых прослоек ограничивает длину плоскости скольжения и, в соответствии с уравнением Холла–Петча, увели- чивает предел текучести и твёрдость. Поскольку с ростом нагруз- ки на индентор P склонность к двойникованию повышается, то, следовательно, снижается расстояние между двойниковыми пла- стинами, уменьшается эффективный размер зерна, а твёрдость увеличивается. В результате наблюдается аномальная масштабная зависимость твёрдости (аномальный масштабный эффект зависимости твердо- сти от нагрузки [29]) — твёрдость возрастает с увеличением на- грузки на индентор (рис. 19). а б в г Рис. 18. Отпечатки микротвёрдости при нагрузке P  5 Н для сплавов Cr–42% Mn (а, б) и Cr–50% Mn (в, г). Угол при вершине индентора 45 (а, в) и 75 (б, г). Описанный треугольник для расчёта количества двой- ников показан пунктирной линией [18].18 284 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА 7. ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ В СПЛАВАХ СИСТЕМЫ Fe–Si Влияние добавок кремния в железо приводит к существенному облегчению двойникования и изменению механического поведе- ния. Сплавы Fe–Si широко используются для установления зако- номерностей двойникования в ОЦК-металлах (работы [30–34] и другие). Это обусловлено тем, что в этих сплавах двойникование наблюдается в широком интервале условий эксперимента (темпе- ратура, скорость деформации, структурное состояние сплава). Значительная часть особенностей двойникования, описанных в разд. 2, основана на изучении механизма деформации сплавов системы Fe–Si. Диаграмма фазового равновесия системы Fe–Si со стороны Fe представлена на рис. 20 [32]. Из диаграммы следует, что при концентрации Si  10 ат.% в сплавах упорядочение отсутствует и в этих сплавах пластическая деформация двойникованием интенсивно развивается в связи со сравнительно низким значением энергии дефекта упаковки, ко- торая уменьшается при увеличении содержания кремния. В сплавах с концентрацией кремния выше 10 ат.% наблюдается образование дальнего порядка и деформационное двойникование отсутствует. На рисунке 21 показано, что снижение температуры и повы- Рис. 19. Зависимость микротвёрдости от нагрузки на индентор Виккер- са для изученных сплавов [18].19 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 285 шение скорости деформации приводит к увеличению склонности к двойникованию в сплаве Fe–5% Si, что проявляется в увеличе- нии площади занятой двойниками на разрушенной при механи- ческих испытаниях поверхности. На рисунке 22 показано, что ширина двойниковых прослоек в Рис. 20. Часть фазовой диаграммы Fe–Si со стороны железа [32].20 а б Рис. 21. Процент занятой двойниками площади S в зависимости от тем- пературы T (а) и скорости деформации  (б) [31].21 286 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА этом сплаве увеличивается при снижении температуры и увели- чении скорости деформации. При механических испытаниях двойникующихся сплавов ав- торы настоящего обзора, также как и авторы работы [30] наблю- дали характерные звуковые сигналы (так называемый, «треск при двойниковании»), обусловленный ударом двойника, который распространяется со скоростью близкой к скорости звука, в гра- ницу зерна. На диаграмме нагружения при этом нередко наблю- дается спад напряжения, однако этот спад не обязательно сопро- вождается разрушением образца, поскольку возникающие на- пряжения могут быть срелаксированы, как это показано, напри- мер, на рис. 13. На рисунке 23 приведена диаграмма нагруже- ния, на которой наблюдается спад напряжения при образовании двойника, а разрушение при этом отсутствует. В работе [31] на примере сплава Fe–Si обоснованы дислокаци- онные представления о механизме двойникования в сплавах с ОЦК-решёткой. Известно, что формирование деформационных а б Рис. 22. Средняя ширина деформационного двойника  в зависимости от температуры T (a) и скорости деформации  (б) [31].22 Рис. 23. Диаграмма нагружения сплава Fe–Si при температуре 290 К и скорости деформирования 1 0,03 с   . Кружком выделено место воз- никновения двойника [30].23 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 287 двойников происходит благодаря частичным дислокациям. Час- тичная дислокация a/6111 образуется при расщеплении дисло- кации a/2111 согласно реакции диссоциации:    111 112 111 2 3 6 a a a      . (8) Образующиеся дислокации a/2111 отталкиваются от границы двойника и движутся вовнутрь зерна, оставляя частичную дис- локацию a/3111 на границе двойника. Возле барьера происходит накопление дислокаций a/6111 и возникает дислокационное нагромождение с высокой энергией. Сброс концентрации энергии происходит посредством следующей реакции: 111 111 111 6 3 2 a a a              . (9) Стрелками на рис. 24 показано смещение частичных дислока- ций a/3111, которое обеспечивает механизм распространения деформационного двойникования в продольном направлении под действием напряжения сдвига, вызванного внешними напряже- ниями. В то же время частичная двойникующая дислокация a/6111 вращается вокруг полюсной дислокации a/3112, что приводит к росту деформационного двойника по ширине как показано на рис. 24, в. При этом распространение деформационного двойника происходит при движении частичной дислокации a/3111. Изложенные дислокационные представления подтверждены в а б в Рис. 24. Схематическая иллюстрация поведения двойникования при де- формации [31].24 288 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА [31] анализом соотношения скорости дислокаций со скоростью двойников и влиянием на эти обе величины температуры и ско- рости деформации. В последние годы процесс двойникования используется для по- вышения механических свойств сталей, содержащих кремний. В качестве примера рассмотрим работу [34], в которой изучена эво- люция микроструктуры и механических свойств стали Fe–0,07 C–3,1 Si–1,8 Al со средним значением энергии дефекта упаковки   15–20 мДж/м2. Показано, что пластичность, обусловленная фазовым превращением и пластичность, обусловленная двойни- кованием, сосуществуют при динамической деформации этой стали. В этой стали аустенит переходит в стабильный мартенсит через промежуточную -фазу:    и   . Формирование де- Рис. 25. TEM-исследования образцов до и после деформации при её раз- личных скоростях, где на (а) и (б) изображены дефекты упаковки, двойники отжига и соответствующая дифракционная картина до де- формации, на (в) — набор деформационных двойников при   10 с 1, на (г) — пересечение нескольких наборов деформационных двойников и образование -мартенсита при   103 с 1 [34].25 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 289 фектов упаковки в аустените и двойников показано на рис. 25. В работе [34] найдена оптимальная скорость динамической дефор- мации, при которой одновременное протекание двойникования и фазового перехода обеспечивают сочетание в сплаве высокой прочности b  913 МПа с высокой пластичностью   75%. Приведенные результаты показывают, что двойникование в ОЦК-металлах может приводить как к резкому охрупчиванию (сплавы систем Cr–Mn и Cr–Fe), так и к повышению низкотем- пературной пластичности, обеспечивая усиление «рениевого эф- фекта» повышения пластичности Cr, Mo и W при легировании рением. Двойникование в сталях, содержащих кремний, может приводить к одновремённому повышению прочности и пластич- ности. Формирование за счёт двойникования низкотемператур- ных интервалов с повышенной пластичностью может обеспечить применение ряда высокопрочных ОЦК-металлов при криогенных температурах. Отметим ещё, что приведённые результаты пока- зывают, что методики индентирования могут быть успешно ис- пользованы для определения склонности сплавов к двойникова- нию и для изучения механизма деформации и механических свойств двойникующихся сплавов. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. В. И. Трефилов, Ю. В. Мильман, С. A. Фирстов, Физические основы прочности тугоплавких металлов (Киев: Наукова думка: 1975). 2. E. M. Савицкий, Г. С. Бурханов, Металловедение тугоплавких металлов и сплавов (Москва: Наука: 1967). 3. Yu. V. Milman and G. G. Kurdyumova, Proc. of Int. Symp. ‘Rhenium and Rhenium Alloys’ (February 9–13, 1997) (Ed. B. D. Bryskin) (Orlando, Florida, USA: 1997). 4. Proc. of Technical Conf. ‘Refractory Metals and Alloys’ (Eds. M. Semchyshen and I. Perlmutter) (Chicago, Illinois: Intersciens Publishers: 1962). 5. В. Ф. Моисеев, Изучение деформации двойникованием в поликристаллических переходных металлах с ОЦК-решёткой (Диссер. … канд. физ.-мат. наук) (Киев: ИМФ АН УССР: 1967). 6. C. N. Reid, G. T. Hahn, and A. Gilbert, Deformation Twinning (Eds. R. E. Reed Hill, J. P. Hirth, and H. C. Rogers) (New York: Gordon and Breach: 1965). 7. Р. И. Гарбер, Ж. И. Дранова, И. M. Михайловский, Физика твёрдого тела, 10, № 4: 1012 (1968). 8. V. F. Moiseev and V. I. Trefilov, Phys. Status Solidi, 18: 881 (1966). 9. C. N. Reid and A. Gilbert, J. Less-Common Met., 10, No. 2: 77 (1966). 10. Ю. В. Мильман, A. П. Рачек, В. И. Трефилов, Вопросы физики металлов и металловедения, № 20: 3 (1964). 11. С. Н. Каверина, Г. Г. Курдюмова, Ю. В. Мильман, В. И. Трефилов, Структура и свойства жаропрочных металлических материалов (Москва: Наука: 1970). https://doi.org/10.1002/pssb.19660180241 https://doi.org/10.1016/0022-5088(66)90116-0 290 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА 12. Ю. В. Мильман, A. П. Рачек, В. И. Трефилов, A. A. Удовенко, С. A. Фирстов, В. В. Яремчук, Механизм плпстической деформации металлов (Киев: Наукова думка: 1965). 13. Г. Г. Курдюмова, Ю. В. Мильман, В. И. Трефилов, С. A. Фирстов, Металлофизика, № 21: 24 (1969). 14. Электронная структура переходных металлов и химия их сплавов (Ред. Я. С. Уманский, Р. А. Сурис) (Москва: Металлургия: 1966). 15. C. H. Cheng, K. P. Gupta, E. C. Reuth, and P. A. van Beck, Phys. Rev., 126, No. 6: 2030 (1962). 16. C. H. Cheng, C. T. Wei, and P. A. Beck, Phys. Rev., 120, No. 2: 426 (1960). 17. В. И. Трефилов, С. А. Фирстов, Металлофизика, № 35: 11 (1971). 18. Ю. В. Мильман, Г. Г. Курдюмова, И. В. Гончарова, Деформация и разрушение материалов, 12: 31 (2005). 19. A. H. Cottrell and B. A. Bilby, Philos. Mag., 42, No. 329: 573 (1951). 20. A. W. Sleeswyk, Philos. Mag., 8, No. 93: 1467 (1963). 21. Г. Г. Курдюмова, Ю. В. Мильман, В. И. Трефилов, Сборник трудов IX симпозиума «Электронное строение и физико-химические свойства тугоплавких соединений и сплавов» (Киев: Наукова думка: 1980). 22. Р. Джаффи, Д. Дж. Мейкат, Р. У. Дуглас, Рений и тугоплавкие металлы платиновой группы (Москва: Издательство иностранной литературы: 1963) (пер. с англ.). 23. J. R. Stephens and W. D. Klopp, Trans. Met. Soc. AIME, 236: 1637 (1966). 24. L. Brewer, Electronic Structure and Alloy Chemistry of the Transition Ele- ments (Ed. P. A. Beck) (New York: Interscience: 1963). 25. Г. Г. Курдюмова, Ю. В. Мильман, В. A. Москаленко, В. И. Старцев, В. И. Трефилов, Физико-химические свойства сплавов рения (Москва: Наука: 1979). 26. Г. Г. Курдюмова, Ю. В. Мильман, Физика хрупкого разрушения (Киев: ИПМ АН УССР: 1976). 27. Yu. V. Milman, I. V. Gridneva, and A. A. Golubenko, Science of Sintering, 39: 67 (2007). 28. A. N. Slipenyuk, Yu. V. Milman, S. N. Dub, and H. A. Makarenko, Mater. Sci. Forum, 426–432: 4513 (2003). 29. Yu. V. Milman, A. A. Golubenko, and S. N. Dub, Acta Mater., 59: 7480 (2011). 30. A. M. Кириллов, С. Н. Плужников, T. Н. Плужникова, E. В. Зингер, В. А. Федоров, Вестник ТГУ, 15, № 3: 937 (2010). 31. T. Mizuguchi, K. Ikeda, and N. Karasawa, ISIJ Inter., 55, No. 7: 1496 (2015). 32. G. E. Lakso and M. J. Marcinkowski, Metall. Trans., 5, No. 4: 839 (1974). 33. T. Mizuguchi, K. Ikeda, N. Karasawa, and Y. Tanaka, Mater. Sci. Forum, 783–786: 910 (2014). 34. Z. Y. Tang, R. D. K. Misra, M. Ma, N. Zan, Z. Q. Wu, and H. Ding, Mater. Sci. Eng. A, 624: 186 (2015). REFERENCES 1. V. I. Trefilov, Yu. V. Milman, and S. A. Firstov, Fizicheskie Osnovy https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.2030 https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.2030 https://doi.org/10.1103/PhysRev.120.426 https://doi.org/10.1080/14786445108561272 https://doi.org/10.1080/14786436308207311 https://doi.org/10.2298/SOS0701067M https://doi.org/10.2298/SOS0701067M https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.4513 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.4513 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027 http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1496 http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1496 https://doi.org/10.1007/BF02643136 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.910 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.910 https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.11.078 https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.11.078 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 291 Prochnosti Tugoplavkikh Metallov [Physical Basis of Strength of Refractory Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1975) (in Russian). 2. E. M. Savitskiy and G. S. Burkhanov, Metallovedenie Tugoplavkikh Metallov i Splavov [Metallurgy of Refractory Metals and Alloys] (Moscow: Nauka: 1967) (in Russian). 3. Yu. V. Milman and G. G. Kurdyumova, Proc. of Int. Symp. ‘Rhenium and Rhenium Alloys’ (February 9–13, 1997) (Ed. B. D. Bryskin) (Orlando, Flor- ida, USA: 1997). 4. Proc. of Technical Conf. ‘Refractory Metals and Alloys’ (Eds. M. Semchyshen and I. Perlmutter) (Chicago, Illinois: Intersciens Publishers: 1962). 5. V. F. Moiseev, Izuchenie Deformatsii Dvoinikovaniem v Polikristallicheskikh Perekhodnykh Metallakh s OTsK-Reshyotkoy [Study of Deformation with Twinning in Polycrystalline Transition Metals with a B.C.C. Lattice] (Disser. ... for Cand. Phys.-Math. Sci.) (Kiev: AN Ukr. SSR: 1967) (in Russian). 6. C. N. Reid, G. T. Hahn, and A. Gilbert, Deformation Twinning (Eds. R. E. Reed Hill, J. P. Hirth, and H. C. Rogers) (New York: Gordon and Breach: 1965). 7. R. I. Garber, Zh. I. Dranova, and I. M. Mikhailovskiy, Fizika Tverdogo Tela, 10, No. 4: 1012 (1968) (in Russian). 8. V. F. Moiseev and V. I. Trefilov, Phys. Status Solidi, 18: 881 (1966). 9. C. N. Reid and A. Gilbert, J. Less-Common Met., 10, No. 2: 77 (1966). 10. Yu. V. Milman, A. P. Rachek, and V. I. Trefilov, Voprosy Fiziki Metallov i Metallovedeniya, No. 20: 3 (1964) (in Russian). 11. S. N. Kaverina, G. G. Kurdyumova, Yu. V. Milman, and V. I. Trefilov, Struktura i Svoistva Zharoprochnykh Metallicheskikh Materialov [Structure and Properties of Heat-Resistant Metallic Materials] (Moscow: Nauka: 1970) (in Russian). 12. Yu. V. Milman, A. P. Rachek, V. I. Trefilov, A. A. Udovenko, S. A. Firstov, and V. V. Yaremchuk, Mekhanizm Plasticheskoy Deformatsii Metallov [Mechanism of Plastic Deformation of Metals] (Kiev: Naukova Dumka: 1965) (in Russian). 13. G. G. Kurdyumova, Yu. V. Milman, V. I. Trefilov, and S. A. Firstov, Metallofizika, No. 21: 24 (1969) (in Russian). 14. Ehlektronnaya Struktura Perekhodnykh Metallov i Khimiya Ikh Splavov [Electronic Structure of Transition Metals and Chemistry of Their Alloys] (Eds. Ya. S. Umanskiy and R. A. Suris) (Moscow: Metallurgiya: 1966) (in Russian). 15. C. H. Cheng, K. P. Gupta, E. C. Reuth, and P. A. van Beck, Phys. Rev., 126, No. 6: 2030 (1962). 16. C. H. Cheng, C. T. Wei, and P. A. Beck, Phys. Rev., 120, No. 2: 426 (1960). 17. V. I. Trefilov and S. A. Firstov, Metallofizika, No. 35: 11 (1971) (in Russian). 18. Yu. V. Milman, G. G. Kurdyumova, and I. V. Goncharova, Deformatsiya i Razrushenie Materialov [Deformation and Fracture of Materials], 12: 31 (2005) (in Russian). 19. A. H. Cottrell and B. A. Bilby, Philos. Mag., 42, No. 329: 573 (1951). 20. A. W. Sleeswyk, Philos. Mag., 8, No. 93: 1467 (1963). 21. G. G. Kurdyumova, Yu. V. Milman, and V. I. Trefilov, Proc. of IX Symp. ‘Ehlektronnoye Stroenie i Fiziko-Khimicheskie Svoistva Tugoplavkikh https://doi.org/10.1002/pssb.19660180241 https://doi.org/10.1016/0022-5088(66)90116-0 https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.2030 https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.2030 https://doi.org/10.1103/PhysRev.120.426 https://doi.org/10.1080/14786445108561272 https://doi.org/10.1080/14786436308207311 292 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА Soedineniy i Splavov’ [Electronic Structure and Physico-Chemical Properties of Refractory Compounds and Alloys] (Kiev: Naukova Dumka: 1980) (in Russian). 22. R. I. Jaffee, D. J. Maykuth, and R. W. Douglass, Reniy i Tugoplavkie Metally Platinovoy Gruppy [Rhenium and Refractory Metals of the Platinum Group] (Moscow: Izdatelstvo Inostrannoy Literatury: 1963) (Russian translation). 23. J. R. Stephens and W. D. Klopp, Trans. Met. Soc. AIME, 236: 1637 (1966). 24. L. Brewer, Electronic Structure and Alloy Chemistry of the Transition Elements (Ed. P. A. Beck) (New York: Interscience: 1963). 25. G. G. Kurdyumova, Yu. V. Milman, V. A. Moskalenko, V. I. Startsev, and V. I. Trefilov, Fiziko-Khimicheskie Svoistva Splavov Reniya [Physico-Chemical Properties of Rhenium Alloys] (Moscow: Nauka: 1979) (in Russian). 26. G. G. Kurdyumova and Yu. V. Milman, Fizika Khrupkogo Razrusheniya [The Physics of Brittle Fracture] (Kiev: Institute for Problems in Materials Science, AS Ukr. SSR: 1976) (in Russian). 27. Yu. V. Milman, I. V. Gridneva, and A. A. Golubenko, Science of Sintering, 39: 67 (2007). 28. A. N. Slipenyuk, Yu. V. Milman, S. N. Dub, and H. A. Makarenko, Mater. Sci. Forum, 426–432: 4513 (2003). 29. Yu. V. Milman, A. A. Golubenko, and S. N. Dub, Acta Mater., 59: 7480 (2011). 30. A. M. Kirillov, S. N. Pluzhnikov, T. N. Pluzhnikova, E. V. Zinger, and V. A. Fedorov, Vestnik TGU, 15, No. 3: 937 (2010) (in Russian). 31. T. Mizuguchi, K. Ikeda, and N. Karasawa, ISIJ Inter., 55, No. 7: 1496 (2015). 32. G. E. Lakso and M. J. Marcinkowski, Metall. Trans., 5, No. 4: 839 (1974). 33. T. Mizuguchi, K. Ikeda, N. Karasawa, and Y. Tanaka, Mater. Sci. Forum, 783–786: 910 (2014). 34. Z. Y. Tang, R. D. K. Misra, M. Ma, N. Zan, Z. Q. Wu, and H. Ding, Mater. Sci. Eng. A, 624: 186 (2015). *I. M. Frantsevich Institute for Problems in Materials Science, N.A.S. of Ukraine, 3 Krzhyzhanovs’ky Str., UA-03142 Kyiv, Ukraine 1 Fig. 1. Structure of the Cr–20 wt.% Fe alloy after the draft strain, where tдеф   20С,   18% [1]. 2 Fig. 2. Scheme of the dependence of flow stress on the grain size. 3 Fig. 3. The temperature dependence of the parameter Kу during plastic deforma- tion by dislocation glide (1) and twinning (2) in an armco iron alloy (0.06% of C, 0.007% of N) [1]. 4 Fig. 4. Scheme of the temperature dependence C S  and Д S  . 5 Fig. 5. The temperature dependence of microhardness of Cr–Fe alloys: 1— chromium unalloyed, 2—Cr–1.2 at.% Fe, 3—Cr–9.4 at.% Fe, 4—Cr–17.9 at.% Fe, 5—Cr–29.5 at.% Fe, 6—Cr–37.3 at.% Fe, 7—Cr–43.2 at.% Fe, 8—Cr–53.2 at.% Fe [10]. 6 Fig. 6. The temperature dependence of microhardness of Mo–Re system alloys: 1—Mo, 2—Mo–18 at.% Re, 3—Mo–33 at.% Re, 4—Mo–51 at.% Re, 5—Mo–43 https://doi.org/10.2298/SOS0701067M https://doi.org/10.2298/SOS0701067M https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.4513 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.4513 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027 https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.027 http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1496 http://doi.org/10.2355/isijinternational.55.1496 https://doi.org/10.1007/BF02643136 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.910 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.910 https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.11.078 https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.11.078 ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ДВОЙНИКОВАНИЯ НА СВОЙСТВА СПЛАВОВ 293 at.% Re [11]. 7 Fig. 7. The hardness print with deformation twins in the Cr–42 mass.% Mn al- loy; the load P  5 N [14]. 8 Fig. 8. Change of tendency to twinning under alloying characterized by a value of 1/Ркр (unblackened symbols correspond to alloys, in which twinning at the maxi- mum load on the indenter was not find), a—Cr-based alloys, б—Re-doped Cr, Mo, and W [11, 13]. 9 Fig. 9. Change in the specific electronic heat for alloys of transition metals [1, 14–17]. 10 Fig. 10. Two microhardness prints obtained at the same load of 5 N on the Cr– 35 at.% Mn alloy [18]. 11 Fig. 11. The schematic representation of the change in the critical shear stress (кр(0) and its components ( o p  is the thermal component of the shear stress at 0 K, a(1/) is the athermal component of the shear stress), stacking fault energy (), shear modulus (G) and cold-brittle temperature (Tx) for alloying molybdenum with rhenium (a) and chromium by iron (б) [3]). 12 Fig. 12. Influence of alloying elements on the ductile–brittle transition tempera- ture of chromium, molybdenum, and tungsten in the systems: Mo–Re, W–Re (2) [22], Cr–Fe (1) [1], Cr–Fe (2) [23], W–Re (1) [24], Cr–Re, Cr–Ru, and Cr–Co [23]. 13 Fig. 13. Generation of complete dislocations as a result of the interaction of the twin with the grain boundary in the Cr–20 wt.% Fe alloy; tдеф  20С,   4% [1]. 14 Fig. 14. Influence of the test temperature on the strength characteristics 0.2 and b (а), elongation to fracture р (б), and the transverse narrowing before the frac- ture  (в) of the Mo–Re system alloys: 1—Mo; 2—Mo–10 wt.% Re; 3—Mo–20 wt.% Re; 4—Mo–33 wt.% Re; 5—Mo–45 wt.% Re [25]. 15 Fig. 15. Dependence of the bending deflection, f, before fracture on the tempera- ture of the Cr–50 wt.% Fe alloy with different grain size (f  0 at 196C) [26]. 16 Fig. 16. Dependence of the difference between the flow stress and the propor- tional limit (  0) on the plastic deformation р for chromium alloys at two loads on the indenter (1 N and 5 N) [18]. 17 Fig. 17. Dependence of the average number of twins (N) and the distance be- tween them () around the hardness print from the angle at the apex of the in- denter () and the degree of deformation during indentation t. The load on the indenter P  5 N [18]. 18 Fig. 18. Prints of microhardness at a load Р  5 N for Cr–42% Mn (а, б) and Cr–50% Mn (в, г) alloys. The angle at the apex of the indenter is 45 (а, в) and 75 (б, г). The circumscribed triangle for calculating the number of twins is shown by the dashed line [18]. 19 Fig. 19. Dependence of the microhardness on the load on the Vickers indenter for the studied alloys [18]. 20 Fig. 20. Iron-rich part of the Fe–Si phase diagram [32]. 21 Fig. 21. The area fraction occupied by the deformation twins, S, as a function of the temperature, T (a) and the strain rate,  (б) [31]. 22 Fig. 22. An average width of deformation twin  as a function of temperature T (a) and strain rate  (б) [31]. 23 Fig. 23. The stress–strain diagram of loading for Fe–Si alloy at the temperature of 290 K and deformation rate   0.03 s1. The circle identifies the place, where the twin appears [30]. 24 Fig. 24. The schematic illustration of deformation twinning behaviour [31]. 25 Fig. 25. Bright-field TEM images of the samples prior to and after deformation 294 Ю. В. МИЛЬМАН, И. В. ГОНЧАРОВА with different strain rates, where (a) and (б) show stacking faults, annealing twins and corresponding (to selected area) diffraction pattern (SADP) before the defor- mation, (в) set of deformation twins at   10 s1, (г) intersection of several sets of deformation twins and the formation of -martensite at   103 s1 [34].

Влияние деформационного двойникования на механические свойства сплавов с ОЦК-решёткой

Репозитарії

Схожі ресурси