Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования
Изучены низкотемпературная пластичность и разрушение поликристаллов крупнозернистого (КЗ) и наноструктурного (НС) титана технической чистоты двух структурных модификаций с размером зерна 0,3 и 0,1 мкм, приготовленных методом равноканального углового прессования (РКУП) с дополнительной термомеханичес...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128722 |
| 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: | Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования / В.З. Бенгус, Е.Д. Табачникова, В.Д. Нацик, Й. Мишкуф, К. Чах, В.В. Столяров, Р.З. Валиев // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 11. — С. 1211-1226. — Бібліогр.: 44 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-128722 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бенгус, В.З. Табачникова, Е.Д. Нацик, В.Д. Мишкуф, Й. Чах, К. Столяров, В.В. Валиев, Р.З. 2018-01-13T19:02:48Z 2018-01-13T19:02:48Z 2002 Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования / В.З. Бенгус, Е.Д. Табачникова, В.Д. Нацик, Й. Мишкуф, К. Чах, В.В. Столяров, Р.З. Валиев // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 11. — С. 1211-1226. — Бібліогр.: 44 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 62.20.Fe, 62.20.Mk, 81.05.Ys https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128722 Изучены низкотемпературная пластичность и разрушение поликристаллов крупнозернистого (КЗ) и наноструктурного (НС) титана технической чистоты двух структурных модификаций с размером зерна 0,3 и 0,1 мкм, приготовленных методом равноканального углового прессования (РКУП) с дополнительной термомеханической обработкой. Измерения проводили при температурах 300, 77 и 4,2 К в режиме одноосного сжатия со скоростью деформации 4×10⁻⁴ c⁻¹. Получены кривые упрочнения "напряжение-пластическая деформация", измерены макроскопический предел текучести и ресурс пластичности для образцов с ориентациями оси сжатия вдоль и поперек оси РКУП. Обнаружено возрастание предела текучести в 1,5-2 раза при переходе от КЗ к НС титану и при охлаждении от 300 до 4,2 К. Наблюдается также анизотропия пластичности НС титана - возрастание предела текучести в 1,2-1,5 раза при переходе от ориентации оси сжатия вдоль к ориентации поперек оси РКУП. Ресурс пластичности при таких изменениях структуры образцов и условий эксперимента систематически понижается, однако деформация до разрушения остается выше 4%. Нанoструктурный титан не обнаруживал хладноломкости вплоть до температуры жидкого гелия, но при 4,2 К пластическое течение приобретало скачкообразный характер, как и в КЗ титане. Установлено, что при низкотемпературном одноосном сжатии происходит разрушение НС титана в результате неустойчивого пластического сдвига, сопровождающегося локальным адиабатическим разогревом материала. Такое явление не свойственно КЗ титану. Изучение морфологии поверхностей сдвигового разрушения с помощью сканирующего электронного микроскопа выявило характерный "венный" узор, свидетельствующий о локальном разогреве при температуре ≥ 800 °С. Установлен термически активированный характер пластической деформации НС титана при низких температурах. Показано влияние на величину предела текучести микроструктурных внутренних напряжений термической анизотропии и возможного микродвойникования. The low-temperature plasticity and fracture of polycrystals of coarse-grained (CG) and nanostructural (NS) technical-grade titanium of two structural modifications with grain size 0.3 and 0.1 μm, which were prepared by equal channel angular pressing (ECAP) with additional thermomechanical treatment are studied. The measurements are performed at temperatures 300, 77, and 4.2 K with uniaxial compression at deformation rate 4×10⁻⁴ c⁻¹ . The “stress-plastic deformation” hardening curves are obtained, the macroscopic yield stress, and the ultimate plasticity are measured for samples with compression axis orientations parallel and transverse to the ECAP axis. It is found that the yield stress for NS titanium is 1.5–2 times higher than for CG titanium and the yield stress on cooling from 300 to 4.2 K. Plasticity anisotropy is also observed in NS titanium—the yield stress is 1.2–1.5 times greater when the compression axis is oriented perpendicular to the ESAP axis than for parallel orientation. The ultimate plasticity with such changes in the structure of samples and under the experimental conditions systematically decreases, but the deformation to fracture remains above 4%. Nanostructural titanium does not show cold-brittleness right down to liquid-helium temperatures, but at 4.2 K plastic flow becomes jumplike, just as in CG titanium. It is established that for low-temperature uniaxial compression NS titanium fractures as a result of unstable plastic shear accompanied by local adiabatic heating of the material. This phenomenon is not characteristic of CG titanium. A study of the morphology of the shear-fracture surfaces using a scanning electron microsope shows a characteristic “vein” pattern, attesting to local heating at temperatures ≥ 800 ° C . It is established that plastic deformation in NS titanium is thermally activated at low temperatures. It is shown that microstructural internal stresses due to thermal anisotropy and possible microtwinning affect the yield stress. Вивчено низькотемпературну пластичність та руйнування полікристалів крупнозернистого (КЗ) і наноструктурного (НС) титану технічної чистоти двох структурних мо- дифікацій з розміром зерна 0,3 і 0,1 мкм, виготовлених методом рівноканального вуглового пресування (РКВП) з додатковою термомеханічною обробкою. Вимірювання проведено при температурах 300, 77 та 4,2 К у режимі одноосьового стискування при швидкості деформування 4×10⁻⁴ c⁻¹ . Одержано криві зміцнення «напруження пластична деформація», виміряно макроскопічну границю плинності та ресурс пластичності для зразків з орієнтаціями осі стиснення вздовж і поперек осі РКВП. Виявлено зростання границі плинності у 1,5 2 рази при переході від КЗ до НС титану і при охолодженні від 300 до 4,2 К. Спостережено також анізотропію пластичності НС титану зростання границі плинності в 1,2 1,5 разiв при переході від орієнтації осі стиснення вздовж до орієнтації поперек осi РКВП. Ресурс пластичності при таких змінах структури зразків та умов експерименту систематично зменшується, однак деформація до руйнування залишається вище ніж 4 %. На- ноструктурний титан не виявляв холодноламкості впритул до температури рідкого гелію, але при 4,2 К пластична плинність набувала стрибкоподібного характеру, як і у КЗ титані. Встановлено, що при низькотемпературному одноосьовому стискуванні відбувається руйнування НС титану як наслідок нестійкого пластичного зсуву, котрий супроводжується локальним адіабатичним розігрівом матеріалу. Таке явище не властиво КЗ титану. Вивчення морфології поверхні зсувного руйнування за допомогою сканіруючого електронного мікроскопа виявило характерний «венний» візерунок, який свідчить про локальний розiгрів при температурi ≥ 800 ° C. Виявлено термічно активований характер пластичної де- формації НС титану при низьких температурах. Показано вплив на величину границі плинності мікроструктурних внутрішніх напружень термічної анізотропії і можливого мікродвійникування. Авторы благодарны В. Оцелику, В. Н. Ковалевой, В. А. Москаленко и С. Н. Смирнову за содействие этой работе и плодотворные обсуждения ее результатов, а также О. И. Юзефович и С. В. Бенгусу за помощь в изготовлении компьютерной версии рисунков. Настоящая работа выполнена при частичной поддержке проектов INTAS-99-01741, INTAS-2001-nano-320 и VEGA 2101. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпературная физика пластичности и прочности Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования Low-temperature deformation and fracture of bulk nanostructural titanium obtained by intense plastic deformation using equal channel angular pressing Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| spellingShingle |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования Бенгус, В.З. Табачникова, Е.Д. Нацик, В.Д. Мишкуф, Й. Чах, К. Столяров, В.В. Валиев, Р.З. Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| title_short |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| title_full |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| title_fullStr |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| title_full_unstemmed |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| title_sort |
низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования |
| author |
Бенгус, В.З. Табачникова, Е.Д. Нацик, В.Д. Мишкуф, Й. Чах, К. Столяров, В.В. Валиев, Р.З. |
| author_facet |
Бенгус, В.З. Табачникова, Е.Д. Нацик, В.Д. Мишкуф, Й. Чах, К. Столяров, В.В. Валиев, Р.З. |
| topic |
Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| topic_facet |
Низкотемпературная физика пластичности и прочности |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика низких температур |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Low-temperature deformation and fracture of bulk nanostructural titanium obtained by intense plastic deformation using equal channel angular pressing |
| description |
Изучены низкотемпературная пластичность и разрушение поликристаллов крупнозернистого (КЗ) и наноструктурного (НС) титана технической чистоты двух структурных модификаций с размером зерна 0,3 и 0,1 мкм, приготовленных методом равноканального углового прессования (РКУП) с дополнительной термомеханической обработкой. Измерения проводили при температурах 300, 77 и 4,2 К в режиме одноосного сжатия со скоростью деформации 4×10⁻⁴ c⁻¹. Получены кривые упрочнения "напряжение-пластическая деформация", измерены макроскопический предел текучести и ресурс пластичности для образцов с ориентациями оси сжатия вдоль и поперек оси РКУП. Обнаружено возрастание предела текучести в 1,5-2 раза при переходе от КЗ к НС титану и при охлаждении от 300 до 4,2 К. Наблюдается также анизотропия пластичности НС титана - возрастание предела текучести в 1,2-1,5 раза при переходе от ориентации оси сжатия вдоль к ориентации поперек оси РКУП. Ресурс пластичности при таких изменениях структуры образцов и условий эксперимента систематически понижается, однако деформация до разрушения остается выше 4%. Нанoструктурный титан не обнаруживал хладноломкости вплоть до температуры жидкого гелия, но при 4,2 К пластическое течение приобретало скачкообразный характер, как и в КЗ титане. Установлено, что при низкотемпературном одноосном сжатии происходит разрушение НС титана в результате неустойчивого пластического сдвига, сопровождающегося локальным адиабатическим разогревом материала. Такое явление не свойственно КЗ титану. Изучение морфологии поверхностей сдвигового разрушения с помощью сканирующего электронного микроскопа выявило характерный "венный" узор, свидетельствующий о локальном разогреве при температуре ≥ 800 °С. Установлен термически активированный характер пластической деформации НС титана при низких температурах. Показано влияние на величину предела текучести микроструктурных внутренних напряжений термической анизотропии и возможного микродвойникования.
The low-temperature plasticity and fracture of polycrystals of coarse-grained (CG) and nanostructural (NS) technical-grade titanium of two structural modifications with grain size 0.3 and 0.1 μm, which were prepared by equal channel angular pressing (ECAP) with additional thermomechanical treatment are studied. The measurements are performed at temperatures 300, 77, and 4.2 K with uniaxial compression at deformation rate 4×10⁻⁴ c⁻¹ . The “stress-plastic deformation” hardening curves are obtained, the macroscopic yield stress, and the ultimate plasticity are measured for samples with compression axis orientations parallel and transverse to the ECAP axis. It is found that the yield stress for NS titanium is 1.5–2 times higher than for CG titanium and the yield stress on cooling from 300 to 4.2 K. Plasticity anisotropy is also observed in NS titanium—the yield stress is 1.2–1.5 times greater when the compression axis is oriented perpendicular to the ESAP axis than for parallel orientation. The ultimate plasticity with such changes in the structure of samples and under the experimental conditions systematically decreases, but the deformation to fracture remains above 4%. Nanostructural titanium does not show cold-brittleness right down to liquid-helium temperatures, but at 4.2 K plastic flow becomes jumplike, just as in CG titanium. It is established that for low-temperature uniaxial compression NS titanium fractures as a result of unstable plastic shear accompanied by local adiabatic heating of the material. This phenomenon is not characteristic of CG titanium. A study of the morphology of the shear-fracture surfaces using a scanning electron microsope shows a characteristic “vein” pattern, attesting to local heating at temperatures ≥ 800 ° C . It is established that plastic deformation in NS titanium is thermally activated at low temperatures. It is shown that microstructural internal stresses due to thermal anisotropy and possible microtwinning affect the yield stress.
Вивчено низькотемпературну пластичність та руйнування полікристалів крупнозернистого (КЗ) і наноструктурного (НС) титану технічної чистоти двох структурних мо- дифікацій з розміром зерна 0,3 і 0,1 мкм, виготовлених методом рівноканального вуглового пресування (РКВП) з додатковою термомеханічною обробкою. Вимірювання проведено при температурах 300, 77 та 4,2 К у режимі одноосьового стискування при швидкості деформування 4×10⁻⁴ c⁻¹ . Одержано криві зміцнення «напруження пластична деформація», виміряно макроскопічну границю плинності та ресурс пластичності для зразків з орієнтаціями осі стиснення вздовж і поперек осі РКВП. Виявлено зростання границі плинності у 1,5 2 рази при переході від КЗ до НС титану і при охолодженні від 300 до 4,2 К. Спостережено також анізотропію пластичності НС титану зростання границі плинності в 1,2 1,5 разiв при переході від орієнтації осі стиснення вздовж до орієнтації поперек осi РКВП. Ресурс пластичності при таких змінах структури зразків та умов експерименту систематично зменшується, однак деформація до руйнування залишається вище ніж 4 %. На- ноструктурний титан не виявляв холодноламкості впритул до температури рідкого гелію, але при 4,2 К пластична плинність набувала стрибкоподібного характеру, як і у КЗ титані. Встановлено, що при низькотемпературному одноосьовому стискуванні відбувається руйнування НС титану як наслідок нестійкого пластичного зсуву, котрий супроводжується локальним адіабатичним розігрівом матеріалу. Таке явище не властиво КЗ титану. Вивчення морфології поверхні зсувного руйнування за допомогою сканіруючого електронного мікроскопа виявило характерний «венний» візерунок, який свідчить про локальний розiгрів при температурi ≥ 800 ° C. Виявлено термічно активований характер пластичної де- формації НС титану при низьких температурах. Показано вплив на величину границі плинності мікроструктурних внутрішніх напружень термічної анізотропії і можливого мікродвійникування.
|
| issn |
0132-6414 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128722 |
| citation_txt |
Низкотемпературная деформация и разрушение объемного наноструктурного титана, полученного интенсивной пластической деформацией с помощью равноканального углового прессования / В.З. Бенгус, Е.Д. Табачникова, В.Д. Нацик, Й. Мишкуф, К. Чах, В.В. Столяров, Р.З. Валиев // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 11. — С. 1211-1226. — Бібліогр.: 44 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bengusvz nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT tabačnikovaed nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT nacikvd nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT miškufi nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT čahk nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT stolârovvv nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT valievrz nizkotemperaturnaâdeformaciâirazrušenieobʺemnogonanostrukturnogotitanapolučennogointensivnoiplastičeskoideformacieispomoŝʹûravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ AT bengusvz lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT tabačnikovaed lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT nacikvd lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT miškufi lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT čahk lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT stolârovvv lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing AT valievrz lowtemperaturedeformationandfractureofbulknanostructuraltitaniumobtainedbyintenseplasticdeformationusingequalchannelangularpressing |
| first_indexed |
2025-11-27T02:23:12Z |
| last_indexed |
2025-11-27T02:23:12Z |
| _version_ |
1850793876624769024 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11, ñ. 1211–1226
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå
îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà, ïîëó÷åííîãî
èíòåíñèâíîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèåé
ñ ïîìîùüþ ðàâíîêàíàëüíîãî óãëîâîãî ïðåññîâàíèÿ
Â. Ç. Áåíãóñ, Å. Ä. Òàáà÷íèêîâà, Â. Ä. Íàöèê
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á. È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: bengus@ilt.kharkov.ua
É. Ìèøêóô, Ê. ×àõ
Èíñòèòóò ýêñïåðèìåíòàëüíîé ôèçèêè ÀÍ Ñëîâàêèè
óë. Âàòñîíîâà, 47, ã. Êîøèöå, 04353, Ñëîâàêèÿ
Â. Â. Ñòîëÿðîâ, Ð. Ç. Âàëèåâ
Èíñòèòóò ôèçèêè íîâûõ ìàòåðèàëîâ, Óôèìñêèé ãîñóäàðñòâåííûé àâèàöèîííûé òåõíè÷åñêèé
óíèâåðñèòåò, óë. Ê. Ìàðêñà, 12, ã. Óôà, 450000, Ðîññèÿ
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21 èþíÿ 2002 ã.
Èçó÷åíû íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ ïëàñòè÷íîñòü è ðàçðóøåíèå ïîëèêðèñòàëëîâ êðóïíî-
çåðíèñòîãî (ÊÇ) è íàíîñòðóêòóðíîãî (ÍÑ) òèòàíà òåõíè÷åñêîé ÷èñòîòû äâóõ ñòðóêòóðíûõ
ìîäèôèêàöèé ñ ðàçìåðîì çåðíà 0,3 è 0,1 ìêì, ïðèãîòîâëåííûõ ìåòîäîì ðàâíîêàíàëüíîãî
óãëîâîãî ïðåññîâàíèÿ (ÐÊÓÏ) ñ äîïîëíèòåëüíîé òåðìîìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêîé. Èçìå-
ðåíèÿ ïðîâîäèëè ïðè òåìïåðàòóðàõ 300, 77 è 4,2 Ê â ðåæèìå îäíîîñíîãî ñæàòèÿ ñî ñêî-
ðîñòüþ äåôîðìàöèè 4 10 4 1� � �c . Ïîëó÷åíû êðèâûå óïðî÷íåíèÿ «íàïðÿæåíèå—ïëàñòè÷åñêàÿ
äåôîðìàöèÿ», èçìåðåíû ìàêðîñêîïè÷åñêèé ïðåäåë òåêó÷åñòè è ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñòè äëÿ
îáðàçöîâ ñ îðèåíòàöèÿìè îñè ñæàòèÿ âäîëü è ïîïåðåê îñè ÐÊÓÏ. Îáíàðóæåíî âîçðàñòàíèå
ïðåäåëà òåêó÷åñòè â 1,5–2 ðàçà ïðè ïåðåõîäå îò ÊÇ ê ÍÑ òèòàíó è ïðè îõëàæäåíèè îò 300
äî 4,2 Ê. Íàáëþäàåòñÿ òàêæå àíèçîòðîïèÿ ïëàñòè÷íîñòè ÍÑ òèòàíà — âîçðàñòàíèå ïðå-
äåëà òåêó÷åñòè â 1,2–1,5 ðàçà ïðè ïåðåõîäå îò îðèåíòàöèè îñè ñæàòèÿ âäîëü ê îðèåíòàöèè
ïîïåðåê îñè ÐÊÓÏ. Ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñòè ïðè òàêèõ èçìåíåíèÿõ ñòðóêòóðû îáðàçöîâ è óñ-
ëîâèé ýêñïåðèìåíòà ñèñòåìàòè÷åñêè ïîíèæàåòñÿ, îäíàêî äåôîðìàöèÿ äî ðàçðóøåíèÿ îñòà-
åòñÿ âûøå 4%. Íàíoñòðóêòóðíûé òèòàí íå îáíàðóæèâàë õëàäíîëîìêîñòè âïëîòü äî òåìïå-
ðàòóðû æèäêîãî ãåëèÿ, íî ïðè 4,2 Ê ïëàñòè÷åñêîå òå÷åíèå ïðèîáðåòàëî ñêà÷êîîáðàçíûé
õàðàêòåð, êàê è â ÊÇ òèòàíå. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì îäíîîñíîì ñæàòèè
ïðîèñõîäèò ðàçðóøåíèå ÍÑ òèòàíà â ðåçóëüòàòå íåóñòîé÷èâîãî ïëàñòè÷åñêîãî ñäâèãà, ñî-
ïðîâîæäàþùåãîñÿ ëîêàëüíûì àäèàáàòè÷åñêèì ðàçîãðåâîì ìàòåðèàëà. Òàêîå ÿâëåíèå íå
ñâîéñòâåííî ÊÇ òèòàíó. Èçó÷åíèå ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòåé ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ñ ïî-
ìîùüþ ñêàíèðóþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà âûÿâèëî õàðàêòåðíûé «âåííûé» óçîð,
ñâèäåòåëüñòâóþùèé î ëîêàëüíîì ðàçîãðåâå ïðè òåìïåðàòóðå � 800 �Ñ. Óñòàíîâëåí òåðìè÷å-
ñêè àêòèâèðîâàííûé õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè ÍÑ òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðà-
òóðàõ. Ïîêàçàíî âëèÿíèå íà âåëè÷èíó ïðåäåëà òåêó÷åñòè ìèêðîñòðóêòóðíûõ âíóòðåííèõ
íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè è âîçìîæíîãî ìèêðîäâîéíèêîâàíèÿ.
Âèâ÷åíî íèçüêîòåìïåðàòóðíó ïëàñòè÷í³ñòü òà ðóéíóâàííÿ ïîë³êðèñòàë³â êðóïíîçåðíè-
ñòîãî (ÊÇ) ³ íàíîñòðóêòóðíîãî (ÍÑ) òèòàíó òåõí³÷íî¿ ÷èñòîòè äâîõ ñòðóêòóðíèõ ìî-
äèô³êàö³é ç ðîçì³ðîì çåðíà 0,3 ³ 0,1 ìêì, âèãîòîâëåíèõ ìåòîäîì ð³âíîêàíàëüíîãî âóãëîâî-
ãî ïðåñóâàííÿ (ÐÊÂÏ) ç äîäàòêîâîþ òåðìîìåõàí³÷íîþ îáðîáêîþ. Âèì³ðþâàííÿ ïðîâåäåíî
© Â. Ç. Áåíãóñ, Å. Ä. Òàáà÷íèêîâà, Â. Ä. Íàöèê, É. Ìèøêóô, Ê. ×àõ, Â. Â. Ñòîëÿðîâ, Ð. Ç. Âàëèåâ, 2002
ïðè òåìïåðàòóðàõ 300, 77 òà 4,2 Ê ó ðåæèì³ îäíîîñüîâîãî ñòèñêóâàííÿ ïðè øâèäêîñò³ äå-
ôîðìóâàííÿ 4 10 4 1� � �c . Îäåðæàíî êðèâ³ çì³öíåííÿ «íàïðóæåííÿ—ïëàñòè÷íà äåôîðìà-
ö³ÿ», âèì³ðÿíî ìàêðîñêîï³÷íó ãðàíèöþ ïëèííîñò³ òà ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñò³ äëÿ çðàçê³â ç
îð³ºíòàö³ÿìè îñ³ ñòèñíåííÿ âçäîâæ ³ ïîïåðåê îñ³ ÐÊÂÏ. Âèÿâëåíî çðîñòàííÿ ãðàíèö³ ïëèí-
íîñò³ ó 1,5–2 ðàçè ïðè ïåðåõîä³ â³ä ÊÇ äî ÍÑ òèòàíó ³ ïðè îõîëîäæåíí³ â³ä 300 äî 4,2 Ê.
Ñïîñòåðåæåíî òàêîæ àí³çîòðîï³þ ïëàñòè÷íîñò³ ÍÑ òèòàíó — çðîñòàííÿ ãðàíèö³ ïëèííîñò³
â 1,2–1,5 ðàçiâ ïðè ïåðåõîä³ â³ä îð³ºíòàö³¿ îñ³ ñòèñíåííÿ âçäîâæ äî îð³ºíòàö³¿ ïîïåðåê îñi
ÐÊÂÏ. Ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñò³ ïðè òàêèõ çì³íàõ ñòðóêòóðè çðàçê³â òà óìîâ åêñïåðèìåíòó ñèñ-
òåìàòè÷íî çìåíøóºòüñÿ, îäíàê äåôîðìàö³ÿ äî ðóéíóâàííÿ çàëèøàºòüñÿ âèùå í³æ 4 %. Íà-
íîñòðóêòóðíèé òèòàí íå âèÿâëÿâ õîëîäíîëàìêîñò³ âïðèòóë äî òåìïåðàòóðè ð³äêîãî ãåë³þ,
àëå ïðè 4,2 Ê ïëàñòè÷íà ïëèíí³ñòü íàáóâàëà ñòðèáêîïîä³áíîãî õàðàêòåðó, ÿê ³ ó ÊÇ òèòàí³.
Âñòàíîâëåíî, ùî ïðè íèçüêîòåìïåðàòóðíîìó îäíîîñüîâîìó ñòèñêóâàíí³ â³äáóâàºòüñÿ ðóé-
íóâàííÿ ÍÑ òèòàíó ÿê íàñë³äîê íåñò³éêîãî ïëàñòè÷íîãî çñóâó, êîòðèé ñóïðîâîäæóºòüñÿ
ëîêàëüíèì àä³àáàòè÷íèì ðîç³ãð³âîì ìàòåð³àëó. Òàêå ÿâèùå íå âëàñòèâî ÊÇ òèòàíó. Âèâ-
÷åííÿ ìîðôîëî㳿 ïîâåðõí³ çñóâíîãî ðóéíóâàííÿ çà äîïîìîãîþ ñêàí³ðóþ÷îãî åëåêòðîííîãî
ì³êðîñêîïà âèÿâèëî õàðàêòåðíèé «âåííèé» â³çåðóíîê, ÿêèé ñâ³ä÷èòü ïðî ëîêàëüíèé ðî-
çiãð³â ïðè òåìïåðàòóði � 800 �Ñ. Âèÿâëåíî òåðì³÷íî àêòèâîâàíèé õàðàêòåð ïëàñòè÷íî¿ äå-
ôîðìàö³¿ ÍÑ òèòàíó ïðè íèçüêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ïîêàçàíî âïëèâ íà âåëè÷èíó ãðàíèö³
ïëèííîñò³ ì³êðîñòðóêòóðíèõ âíóòð³øí³õ íàïðóæåíü òåðì³÷íî¿ àí³çîòðîﳿ ³ ìîæëèâîãî
ì³êðîäâ³éíèêóâàííÿ.
PACS: 62.20.Fe, 62.20.Mk, 81.05.Ys
1. Ââåäåíèå
Îáúåìíûå ïîëèêðèñòàëëû ìåòàëëîâ è ñïëàâîâ
ñ óëüòðàìàëûì ðàçìåðîì çåðíà ïîðÿäêà 100 íì,
ïîëó÷èâøèå íàçâàíèå íàíîñòðóêòóðíûõ (ÍÑ) ìà-
òåðèàëîâ, íàõîäÿò âñå áîëåå øèðîêîå ïðèìåíåíèå
êàê êîíñòðóêöèîííûå â ñîâðåìåííîé òåõíèêå [1].
Âåñüìà âàæíîå äëÿ ïðèêëàäíîãî èñïîëüçîâàíèÿ
ñâîéñòâî ýòèõ ìàòåðèàëîâ – îïòèìàëüíîå ñî÷åòà-
íèå âûñîêîé ïðî÷íîñòè ñ âûñîêîé ïëàñòè÷íî-
ñòüþ. Ýôôåêòèâíûì òåõíîëîãè÷åñêèì ìåòîäîì,
îáåñïå÷èâàþùèì ñî÷åòàíèå òàêèõ ñâîéñòâ, ÿâëÿ-
åòñÿ ðàâíîêàíàëüíîå óãëîâîå ïðåññîâàíèå
(ÐÊÓÏ) [1].
Ñðåäè ðÿäà ïîëó÷åííûõ ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè
ÍÑ ìàòåðèàëîâ ñïåöèàëüíûé èíòåðåñ âûçûâàåò
íàíîñòðóêòóðíûé òèòàí. Îáðàçöû ÍÑ òèòàíà, ïî-
ëó÷åííûå ìåòîäîì ÐÊÓÏ, èìåþò ïðè êîìíàòíîé
òåìïåðàòóðå ïðåäåë òåêó÷åñòè, ïðåâûøàþùèé áî-
ëåå ÷åì â äâà ðàçà ïðåäåë òåêó÷åñòè êðóïíîçåðíè-
ñòîãî (ÊÇ) òèòàíà [2,3] è ïðèáëèæàþùèéñÿ ê
çíà÷åíèþ òåîðåòè÷åñêîé ïðî÷íîñòè ìîíîêðèñòàë-
ëà òèòàíà íà ñäâèã. Óæå äàâíî óñòàíîâëåíî, ÷òî
ÊÇ òèòàí èìååò âûñîêóþ ïëàñòè÷íîñòü ïðè êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðå è ñîõðàíÿåò åå (è äàæå óâå-
ëè÷èâàåò) ïðè îõëàæäåíèè äî 77 Ê [4,5], ïîýòîìó
îí ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê ïåðñïåêòèâíûé êîíñòðóê-
öèîííûé ìàòåðèàë â êðèîãåííîé òåõíèêå [4]. Â
ñâÿçè ñ ýòèì âîçíèêàåò åñòåñòâåííûé èíòåðåñ òàê-
æå ê èçó÷åíèþ ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ÍÑ òèòàíà
ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ è âîçìîæíîñòåé åãî èñ-
ïîëüçîâàíèÿ â êðèîãåííîé òåõíèêå.
Ìîæíî íàçâàòü åùå íåñêîëüêî îáñòîÿòåëüñòâ,
ñòèìóëèðóþùèõ èíòåðåñ ê èçó÷åíèþ ïëàñòè÷íî-
ñòè è ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà â îáëàñòè íèçêèõ
òåìïåðàòóð.
Âî-ïåðâûõ, îêàçàëîñü, ÷òî ïîëèêðèñòàëëû òè-
òàíà ñ ñóùåñòâåííî ðàçíûì ðàçìåðîì çåðíà èìå-
þò ðàçëè÷íóþ ñêëîííîñòü ê äâîéíèêîâàíèþ: äëÿ
ÊÇ îáðàçöîâ èíòåíñèâíîñòü äâîéíèêîâàíèÿ ïðè
îõëàæäåíèè óâåëè÷èâàåòñÿ [5,6], à â ñëó÷àå ÍÑ
îáðàçöîâ, ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì ÐÊÓÏ, äâîéíèêî-
âàíèå çàòðóäíåíî [3], õîòÿ ìû íå ìîæåì èñ-
êëþ÷èòü åãî âîçìîæíîñòü íà ìèêðîóðîâíå. Òàê
êàê ïàðàëëåëüíîå ïðîòåêàíèå è âçàèìîäåéñòâèå
ñêîëüæåíèÿ è äâîéíèêîâàíèÿ èãðàåò ïåðâîñòåïåí-
íóþ ðîëü â ôîðìèðîâàíèè ïëàñòè÷åñêèõ è ïðî÷-
íîñòíûõ ñâîéñòâ êðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, òî
îòìå÷åííûå ðàçëè÷èÿ ìîãóò ñòàâèòü ïîä ñîìíåíèå
âîçìîæíîñòü ïðîãíîçèðîâàíèÿ ñâîéñòâ ÍÑ òèòàíà
íà îñíîâå ðåçóëüòàòîâ, ïîëó÷åííûõ ïðè èçó÷åíèè
ÊÇ îáðàçöîâ.
Âî-âòîðûõ, ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè èìåþòñÿ
ýêñïåðèìåíòàëüíûå ñâèäåòåëüñòâà íåóñòîé÷èâîãî
ïëàñòè÷åñêîãî ñäâèãà â ÍÑ òèòàíå, ïîëó÷åííûå
ïðè èçó÷åíèè åãî ðàçðóøåíèÿ â ðåæèìå êâàçèñòà-
òè÷åñêîãî îäíîîñíîãî ñæàòèÿ ïðè 77 Ê [2] è âû-
ñîêîñêîðîñòíîãî óäàðíîãî ñæàòèÿ ïðè êîìíàòíîé
òåìïåðàòóðå [3]: â îáîèõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàëè ëî-
êàëèçîâàííûé ñäâèã, ïðèâîäÿùèé ê ðàçðóøåíèþ
îáðàçöîâ ïóòåì ñîñêàëüçûâàíèÿ ÷àñòè îáðàçöà ïî
ïëîñêîñòè ìàêñèìàëüíûõ êàñàòåëüíûõ íàïðÿæå-
íèé. Òàêîå ñäâèãîâîå ðàçðóøåíèå îáðàçöîâ èí-
òåðïðåòèðîâàíî [2] íà îñíîâå ñîîáðàæåíèé,
1212 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
ñôîðìóëèðîâàííûõ â [7], êàê ñëåäñòâèå òåïëîâîé
è ìåõàíè÷åñêîé íåóñòîé÷èâîñòè â ðåçóëüòàòå ëî-
êàëüíîãî àäèàáàòè÷åñêîãî ðàçîãðåâà â ïîëîñå êà-
òàñòðîôè÷åñêîãî ñäâèãà, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ
âäîëü ìåæçåðåííûõ ãðàíèö. Â ñâÿçè ñ ýòèì ïðåä-
ñòàâëÿåò èíòåðåñ èçó÷åíèå îñîáåííîñòåé ðàçðóøå-
íèÿ ÍÑ òèòàíà â óñëîâèÿõ îäíîîñíîãî ñæàòèÿ
ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî ãåëèÿ 4,2 Ê, ïðè êîòî-
ðîé òåïëîåìêîñòü è òåïëîïðîâîäíîñòü ìàòåðèàëà
ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì ïðè 77 Ê, ÷òî áëàãîïðè-
ÿòñòâóåò âîçíèêíîâåíèþ ëîêàëèçîâàííîãî ðàçî-
ãðåâà [7].
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî èñïîëüçîâàíèå ìåòîäà
ÐÊÓÏ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ÍÑ òèòàíà ïðèâîäèò ê
ñèëüíî âûðàæåííîé àíèçîòðîïèè ñóáñòðóêòóðû è
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ îáðàçöîâ [2]. Ïîýòîìó îä-
íîé èç èíòåðåñíûõ çàäà÷ ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå õà-
ðàêòåðèñòèê ïëàñòè÷íîñòè è ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òè-
òàíà ïðè äåôîðìèðîâàíèè îáðàçöîâ âäîëü è
ïîïåðåê îñè ÐÊÓÏ.
È, íàêîíåö, ñïåöèàëüíûé èíòåðåñ ïðåäñòàâ-
ëÿåò ïðàêòè÷åñêè íå èçó÷åííûé âîïðîñ î ðîëè
çåðíîãðàíè÷íûõ äèñëîêàöèé è âíóòðåííèõ íàïðÿ-
æåíèé â ïðîöåññàõ ïëàñòè÷åñêîãî òå÷åíèÿ è ðàç-
ðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíî ñèñòåìàòè÷å-
ñêîå ýêñïåðèìåíòàëüíîå èçó÷åíèå è ñîïîñòàâëå-
íèå çàêîíîìåðíîñòåé äåôîðìàöèè è ðàçðóøåíèÿ
ÍÑ è ÊÇ òèòàíà â øèðîêîé îáëàñòè íèçêèõ òåì-
ïåðàòóð. Ïðè îáñóæäåíèè ïîëó÷åííûõ ðåçóëüòà-
òîâ àâòîðû ïðåñëåäîâàëè äâå öåëè: ðàñøèðåíèå è
óãëóáëåíèå ïðåäñòàâëåíèé î ìåõàíèçìàõ äåôîð-
ìàöèè ÍÑ ìàòåðèàëîâ; îáîçíà÷åíèå ïåðñïåêòèâ
èñïîëüçîâàíèÿ ÍÑ òèòàíà â êðèîãåííîé òåõíèêå.
2. Ìàòåðèàëû è ìåòîäû
Èññëåäîâàíèå âûïîëíåíî íà îáðàçöàõ, âûðå-
çàííûõ èç ïðóòêîâ 14 14 160� � ìì ïîëèêðèñòàë-
ëè÷åñêîãî òèòàíà òåõíè÷åñêîé ÷èñòîòû (ÂÒ-1-0).
Èçó÷åíû äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå òèòàíà â òðåõ
ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿíèÿõ:
— èñõîäíîå ñîñòîÿíèå 1 — ñðåäíèé ðàçìåð
çåðíà d � 15 ìêì, ïîëó÷åíî ãîðÿ÷èì ïðåññîâàíè-
åì;
— ñîñòîÿíèå 2 — ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà d �
= 0,3 ìêì, ïîëó÷åíî c ïîìîùüþ èíòåíñèâíîé ïëà-
ñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè èñõîäíîãî òèòàíà ïóòåì
8-ìè ïðîõîäîâ ÐÊÓÏ ïðè 450 �C;
— ñîñòîÿíèå 3 — ñðåäíèé ðàçìåð çåðíà d �
= 0,1 ìêì, ïîëó÷åíî ñ ïîìîùüþ èíòåíñèâíîé ïëà-
ñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè èñõîäíîãî òèòàíà ïóòåì
8-ìè ïðîõîäîâ ÐÊÓÏ c ïîñëåäóþùåé õîëîäíîé
ïðîêàòêîé äî 75% äåôîðìàöèè, çà êîòîðîé ñëåäî-
âàë îòæèã ïðè 300 �Ñ â òå÷åíèå 1 ÷.
Ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè èçó÷àëè ïðè
îäíîîñíîì ñæàòèè ñî ñêîðîñòüþ îòíîñèòåëüíîé
äåôîðìàöèè îêîëî 4 10 4 1� � �c (êâàçèñòàòè÷åñêîå
äåôîðìèðîâàíèå) íà äåôîðìàöèîííîé ìàøèíå ñ
æåñòêîñòüþ 13 êÍ/ìì ïðè òåìïåðàòóðàõ 300, 77
(â æèäêîì àçîòå) è 4,2 Ê (â æèäêîì ãåëèè). Îá-
ðàçöû äëÿ ñæàòèÿ ïðåäñòàâëÿëè ñîáîé ïðÿìî-
óãîëüíûå ïðèçìû 2 2 7� � ìì. Òî÷íîñòü èçìåðå-
íèÿ íàïðÿæåíèÿ ± 3 ÌÏà, äåôîðìàöèè ± 0,1 %.
Èçó÷åíû îáðàçöû, âûðåçàííûå èç ïðóòêîâ êàê
ïàðàëëåëüíî (||), òàê è ïåðïåíäèêóëÿðíî (�) îñè
ÐÊÓÏ. Îïðåäåëÿëè ñëåäóþùèå õàðàêòåðèñòèêè
îáðàçöîâ:
— ðåãèñòðèðîâàëè äèàãðàììû äåôîðìèðîâà-
íèÿ P t( ), ãäå P — äåôîðìèðóþùàÿ íàãðóçêà, t—
âðåìÿ äåôîðìèðîâàíèÿ;
— èç äèàãðàìì äåôîðìèðîâàíèÿ (â ïðèáëèæå-
íèè îäíîðîäíîé äåôîðìàöèè) íàõîäèëè êðèâûå
äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ � ( ), ãäå � — äå-
ôîðìèðóþùåå íàïðÿæåíèå, — ïëàñòè÷åñêàÿ äå-
ôîðìàöèÿ;
— óñëîâíûé ìàêðîñêîïè÷åñêèé ïðåäåë òåêó÷å-
ñòè � y íàõîäèëè ìåòîäîì ïåðåñå÷åíèÿ êàñàòåëü-
íûõ ê äèàãðàììå äåôîðìèðîâàíèÿ P t( ) íà åå íà-
÷àëüíîì è ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêàõ;
— ìàêñèìàëüíóþ ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ
äî ðàçðóøåíèÿ (ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñòè) ul ;
— îïðåäåëÿëè âèä ðàçðóøåíèÿ è èññëåäîâàëè
ìîðôîëîãèþ ïîâåðõíîñòåé ðàçðóøåíèÿ, äëÿ ýòîãî
èñïîëüçîâàëè ñêàíèðóþùèé ýëåêòðîííûé ìèêðî-
ñêîï TESLA BS-300.
Êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè äåôîðìàöèè
è ðàçðóøåíèÿ íàéäåíû ïóòåì óñðåäíåíèÿ äàííûõ
äëÿ ïÿòè è áîëåå îáðàçöîâ.
3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû è
îáñóæäåíèå
3.1. Îñîáåííîñòè äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ
ÍÑ òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
Çàêîíîìåðíîñòè äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ
êðóïíîçåðíèñòîãî ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî òèòàíà
ïðè ðàñòÿæåíèè áûëè ðàíåå èçó÷åíû äëÿ èíòåð-
âàëîâ ñêîðîñòåé äåôîðìèðîâàíèÿ 10 3� –8 103 1� �c
è òåìïåðàòóð ýêñïåðèìåíòà 77–1000 Ê [6]. Â ðÿäå
ñëó÷àåâ ïðè îïðåäåëåííîì ñî÷åòàíèè ñêîðîñòè
äåôîðìèðîâàíèÿ è òåìïåðàòóðû èñïûòàíèÿ êðè-
âûå � ( ) èìåëè ñòàíäàðòíûé òðåõñòàäèéíûé
õàðàêòåð. Îäíàêî â äðóãèõ ñëó÷àÿõ, ïðè îò-
íîñèòåëüíî ìàëûõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìèðîâàíèÿ
10 3� –10 1 1� �c è òåìïåðàòóðå 77 Ê, êðèâûå � ( )
èìåëè ïàðàáîëè÷åñêóþ ôîðìó. Ïàðàáîëè÷åñêèé
õàðàêòåð óïðî÷íåíèÿ íàáëþäàëè è ïðè áîëü-
øèõ ñêîðîñòÿõ äåôîðìèðîâàíèÿ 2 103� –8 103 1� �c
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1213
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
è òåìïåðàòóðàõ 77, 298 è 398 Ê [3]. Ïîëó÷åííûå
â íàñòîÿùåé ðàáîòå êðèâûå óïðî÷íåíèÿ ïðè ñæà-
òèè ÊÇ òèòàíà (ñòðóêòóðíîå ñîñòîÿíèå 1) ñî-
ãëàñóþòñÿ ñ ðåçóëüòàòàìè ðàáîò [3,6] ïðè ñî-
ïîñòàâèìûõ âåëè÷èíàõ ñêîðîñòè è òåìïåðàòóðû
äåôîðìèðîâàíèÿ.
Èçó÷åíèå ÍÑ òèòàíà (ñòðóêòóðíûå ñîñòîÿíèÿ
2 è 3) ïðè âûáðàííîé íàìè ñêîðîñòè äåôîðìèðî-
âàíèÿ 4 10 4 1� � �c âûÿâèëî ñóùåñòâåííî äðóãîé
õàðàêòåð óïðî÷íåíèÿ è åãî ðåàêöèþ íà èçìåíå-
íèå òåìïåðàòóðû. Âî âñåì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð
300–4,2 Ê íà êðèâûõ óïðî÷íåíèÿ ïîñëå óçêîé ïå-
ðåõîäíîé ñòàäèè âáëèçè ïðåäåëà òåêó÷åñòè íà-
áëþäàëè åäèíñòâåííóþ óñòîé÷èâóþ ñòàäèþ ëè-
íåéíîãî óïðî÷íåíèÿ (ðèñ. 1). Çàâèñèìîñòè � ( )
äîñòàòî÷íî õîðîøî àïïðîêñèìèðóþòñÿ âûðàæå-
íèåì
� �
( ) � �y , (1)
ãäå
— êîýôôèöèåíò äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íå-
íèÿ. Ýòî âûðàæåíèå îïèñûâàåò êðèâûå óïðî÷íå-
íèÿ âñåõ èçó÷åííûõ îáðàçöîâ ÍÑ òèòàíà, îäíàêî
åãî ïàðàìåòðû — óñëîâíûé ïðåäåë òåêó÷åñòè è
êîýôôèöèåíò äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ —
ñóùåñòâåííî çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû T, ñðåäíåãî
ðàçìåðà çåðíà d è ïðîÿâëÿþò àíèçîòðîïèþ ïî îò-
íîøåíèþ ê îñè ÐÊÓÏ. Íà ðèñ. 1 âèäíî, ÷òî äëÿ
ÍÑ òèòàíà ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå óïðî÷íå-
íèå ïðàêòè÷åñêè îòñóòñòâóåò
( )300 Ê � 0, àíàëî-
ãè÷íîå ÿâëåíèå íàáëþäàëè ïðè ðàñòÿæåíèè ÍÑ
òèòàíà [8] è ñæàòèè íàíîñòðóêòóðíîãî æåëåçà
[9]. Îäíàêî ïðè ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû êîýô-
ôèöèåíò óïðî÷íåíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ: � (77 Ê) =
5,7 ÃÏà, � (4,2 Ê) = 8,1 ÃÏà.
Îäíà èç èíòåðåñíûõ îñîáåííîñòåé íèçêîòåìïå-
ðàòóðíîé ïëàñòè÷íîñòè ìîíîêðèñòàëëîâ è ïîëè-
êðèñòàëëîâ òèòàíà ÂÒ-1-0 êàê ïðè îäíîîñíîì ðàñ-
òÿæåíèè, òàê è ïðè ñæàòèè — íåñòàáèëüíûé
(ñêà÷êîîáðàçíûé) õàðàêòåð ïëàñòè÷åñêîãî òå÷å-
íèÿ â îáëàñòè òåìïåðàòóðû æèäêîãî ãåëèÿ
[5,10–12]. Ïðè òåìïåðàòóðå 4,2 Ê ïëàñòè÷åñêàÿ
äåôîðìàöèÿ ÍÑ òèòàíà òàêæå ïðîòåêàåò ñêà÷êî-
îáðàçíî, íà÷èíàÿ îò ïðåäåëà òåêó÷åñòè. Íà ðèñ. 2
ïîêàçàíû òèïè÷íûå ïðèìåðû äèàãðàìì îäíîîñíî-
ãî ñæàòèÿ P(t) ïðè 4,2 Ê îáðàçöîâ òèòàíà ñ ðàç-
ëè÷íûì ðàçìåðîì çåðíà (â ðàçíûõ ñòðóêòóðíûõ
ñîñòîÿíèÿõ) è ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé îñè ñæàòèÿ
îòíîñèòåëüíî îñè ÐÊÓÏ. Îòìåòèì çàìåòíóþ çà-
âèñèìîñòü õàðàêòåðíûõ âåëè÷èí àìïëèòóäû ñêà÷-
êîâ è èõ ÷àñòîòû îò ðàçìåðà çåðíà è îðèåíòàöèè
îñè ñæàòèÿ.
Îïèñàííûå âûøå îñîáåííîñòè äèàãðàìì äå-
ôîðìèðîâàíèÿ è êðèâûõ óïðî÷íåíèÿ äëÿ ÍÑ òè-
òàíà êà÷åñòâåííî ñîîòâåòñòâóþò èñòî÷íèêîâîé
ìîäåëè ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè è äåôîðìàöè-
îííîãî óïðî÷íåíèÿ, ïðåäëîæåííîé ðàíåå îäíèì
èç àâòîðîâ [13]. Ñîãëàñíî ýòîé ìîäåëè «ïàðàáî-
ëè÷åñêèå» êðèâûå óïðî÷íåíèÿ �(�) íàáëþäàëè â
òîì ñëó÷àå, åñëè ïîëîñû ñêîëüæåíèÿ, âîçíèêøèå
îò äèñêðåòíûõ èñòî÷íèêîâ ïðè íåêîòîðîé ïîðîãî-
âîé âåëè÷èíå äåôîðìèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ, èñ-
ïûòûâàþò â äàëüíåéøåì ïîñòåïåííîå ðàçâèòèå,
óâåëè÷èâàÿ ñâîé âêëàä â äåôîðìàöèþ ïî ìåðå
ðîñòà äåôîðìèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Â òîì ñëó-
÷àå, êîãäà ïîëîñû ñêîëüæåíèÿ äàþò òîëüêî îäíî-
ðàçîâûé («äèñêðåòíûé») âêëàä â äåôîðìàöèþ
ïðè çàðîæäåíèè, íå ðàçâèâàÿñü â äàëüíåéøåì, à
èñòî÷íèêè çàðîæäåíèÿ ðàñïðåäåëåíû â îáúåìå
îáðàçöà ñòàòèñòè÷åñêè îäíîðîäíî è äåéñòâóþò íå-
1214 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
Ðèñ. 1. Êðèâûå äåôîðìàöèè ÍÑ òèòàíà (ñîñòîÿíèå 2,
||-îðèåíòàöèÿ) ïðè òåìïåðàòóðàõ 300 (1), 77 (2) è 4,2
(3) Ê. Ñêà÷êîîáðàçíûé õàðàêòåð êðèâîé (�, ) ïðè
4,2 Ê ïîêàçàí íà âñòàâêå.
Ðèñ. 2. Ó÷àñòêè äèàãðàìì ñêà÷êîîáðàçíîé äåôîðìà-
öèè P(t) â ïðîöåññå îäíîîñíîãî ñæàòèÿ ïðè 4,2 Ê îá-
ðàçöîâ òèòàíà â ðàçíûõ ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿíèÿõ è
ïðè ðàçíîé îðèåíòàöèè îñè ñæàòèÿ îòíîñèòåëüíî îñè
ÐÊÓÏ (ñì. òåêñò).
çàâèñèìî, äîëæíà íàáëþäàòüñÿ «ñòàäèéíàÿ» (â
÷àñòíîì ñëó÷àå — ëèíåéíàÿ) êðèâàÿ �(�) [13].
Ïî-âèäèìîìó, ÍÑ ìàòåðèàëàì ñâîéñòâåí èìåí-
íî òàêîé «äèñêðåòíûé» õàðàêòåð ðàçâèòèÿ äå-
ôîðìàöèè. Äîïîëíèòåëüíûì ýêñïåðèìåíòàëüíûì
ïîäòâåðæäåíèåì äèñêðåòíîãî õàðàêòåðà ïðîòåêà-
íèÿ ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè â ÍÑ ìàòåðèàëàõ
ìîãóò ñëóæèòü íàáëþäåíèÿ àêóñòè÷åñêîé ýìèñ-
ñèè, êîòîðàÿ ñîïðîâîæäàëà ïëàñòè÷åñêóþ äåôîð-
ìàöèþ ÍÑ ìåäè [14]. Åñòåñòâåííî ïðåäïîëàãàòü,
÷òî èñòî÷íèêîâûìè îáëàñòÿìè â ÍÑ òèòàíå ÿâëÿ-
þòñÿ îòäåëüíûå, áëàãîïðèÿòíî îðèåíòèðîâàííûå
çåðíà, â êîòîðûõ çàðîæäàåòñÿ ïëàñòè÷åñêèé
ñäâèã è âïîñëåäñòâèè ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âäîëü
ãðàíèö ìíîãèõ çåðåí. Î ðàñïðîñòðàíåíèè òàêîãî
ñäâèãà ìîæíî ñóäèòü, îñíîâûâàÿñü íà íàáëþäåíè-
ÿõ âåëè÷èíû ñêà÷êîâ äåôîðìàöèè ïðè 4,2 Ê.
Çàâèñèìîñòè íà ðèñ. 2 ïîçâîëÿþò ñðàâíèòü õà-
ðàêòåð ñêà÷êîîáðàçíîé äåôîðìàöèè äëÿ îáðàçöîâ
òèòàíà ñ ðàçëè÷íûì ñòðóêòóðíûì ñîñòîÿíèåì è
ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé. Íàïðèìåð, â ñëó÷àå
ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ 2 äëÿ îáðàçöîâ «ïåðïåí-
äèêóëÿðíîé» (�) îðèåíòàöèè êîëè÷åñòâî ñêà÷êîâ
íàãðóçêè íà åäèíèöó ïëàñòè÷åñêîé äåôîðìàöèè
ïî÷òè â ïîëòîðà ðàçà ìåíüøå, ÷åì äëÿ îáðàçöîâ
«ïàðàëëåëüíîé» (||) îðèåíòàöèè. Ïðè îäèíàêîâîé
�-îðèåíòàöèè ïåðåõîä îò ñîñòîÿíèÿ 1 ê ñîñòîÿ-
íèþ 2 ñîïðîâîæäàåòñÿ óìåíüøåíèåì ÷àñòîòû
ñêà÷êîâ ïî÷òè â äâà ðàçà. Ýòî ïîçâîëÿåò çàêëþ-
÷èòü, ÷òî êîëè÷åñòâî èñòî÷íèêîâ, îòâåòñòâåííûõ
çà çàðîæäåíèå îòäåëüíîãî àêòà ïëàñòè÷åñêîé äå-
ôîðìàöèè è ñîîòâåòñòâóþùåãî åìó ñêà÷êà íàãðóç-
êè, ìåíüøå â îáðàçöàõ «ïåðïåíäèêóëÿðíîé» îðè-
åíòàöèè: ñîîòâåòñòâåííî, äëÿ ýòèõ îáðàçöîâ
ñðåäíèå àìïëèòóäû ñêà÷êîâ ïî÷òè âäâîå áîëüøå.
Èçìåðåíèå àìïëèòóä ïåðâûõ ñêà÷êîâ äàåò âåëè-
÷èíó ïîðÿäêà 60 Í, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò âêëàäó
â ïëàñòè÷åñêóþ äåôîðìàöèþ îáðàçöà
0,1 %, à
ïåðåä ðàçðóøåíèåì àìïëèòóäû ñêà÷êîâ óâåëè-
÷èâàþòñÿ ïðèìåðíî â äåñÿòü ðàç. Î÷åâèäíî, ÷òî
ñòîëü çíà÷èòåëüíàÿ ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ â
îòäåëüíîì ñêà÷êå äîëæíà èìåòü êîîïåðàòèâíûé
õàðàêòåð è îõâàòûâàòü ìíîãî çåðåí (ãðàíèö çå-
ðåí) äåôîðìèðóåìîãî îáðàçöà. Îäíàêî èìåþùåé-
ñÿ èíôîðìàöèè ïîêà íåäîñòàòî÷íî äëÿ îäíîçíà÷-
íîé èäåíòèôèêàöèè èñòî÷íèêîâ çåðíîãðàíè÷íûõ
ñäâèãîâ, êîòîðûå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ âäîëü ìíî-
ãèõ ãðàíèö çåðåí è ïðåâðàùàþòñÿ â ïîëîñû ëîêà-
ëèçîâàííîãî ñäâèãà, ïðèâîäÿùèå ê ñêà÷êàì.
Ïðåäåëüíàÿ ïëàñòè÷íîñòü �ul äî ðàçðóøåíèÿ
ïðè ñæàòèè ÍÑ òèòàíà äîñòàòî÷íî âåëèêà è ñðàâ-
íèìà ñ ïëàñòè÷íîñòüþ êðóïíîçåðíèñòîãî ïðóòêî-
âîãî òèòàíà ïðè îäíîîñíîì ðàñòÿæåíèè (18–20 %
[5]). Ðåñóðñ ïëàñòè÷íîñòè ñèñòåìàòè÷åñêè óìåíü-
øàåòñÿ ïðè óìåíüøåíèè ðàçìåðà çåðíà, ÷òî
ìîæíî âèäåòü íà ðèñ. 2. Îäíàêî äàæå â íàèìåíåå
ïëàñòè÷íîì ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè 3 ïðè 4,2 Ê
�ul ñîñòàâëÿåò 12% äëÿ ||- è 4% äëÿ �-îðèåíòàöèé.
Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî îáúåìíûé íàíî-
ñòðóêòóðíûé òèòàí, ïîëó÷åííûé ñ ïîìîùüþ ðàâ-
íîêàíàëüíîãî óãëîâîãî ïðåññîâàíèÿ, íå èìååò
ñêëîííîñòè ê õëàäíîëîìêîñòè.
Òàêèì îáðàçîì, ìåòîä ÐÊÓÏ ïîçâîëÿåò ïîëó-
÷àòü îáúåìíûé íàíîñòðóêòóðíûé òèòàí, êîòîðûé
ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïîòåíöèàëüíûé êîíñò-
ðóêöèîííûé ìàòåðèàë äëÿ ïðèìåíåíèé â êðèîãåí-
íîé òåõíèêå.
3.2. Óñëîâíûé ïðåäåë òåêó÷åñòè ÍÑ òèòàíà
ïðè 300–4,2 Ê
Óñëîâíûé ïðåäåë òåêó÷åñòè �y íàõîäèëè ìå-
òîäîì ïåðåñå÷åíèÿ êàñàòåëüíûõ ê ìàøèííîé
äèàãðàììå äåôîðìàöèè P(t) íà åå íà÷àëüíîì è
ñòàöèîíàðíîì ó÷àñòêàõ. Âåëè÷èíû óñëîâíûõ ïðå-
äåëîâ òåêó÷åñòè ïðè 300, 77, 4,2 Ê äëÿ òðåõ èçó-
÷åííûõ ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿíèé (ñ ðàçëè÷íûì
ñðåäíèì ðàçìåðîì çåðíà d) ïðè îäíîîñíîì ñæà-
òèè âäîëü è ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè ïðóòêîâ ïðèâå-
äåíû â òàáë. 1.
Òàáëèöà 1
Çàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè �y òèòàíà îò òåìïåðà-
òóðû, ðàçìåðà çåðíà è îðèåíòàöèè îñè ñæàòèÿ
Ñ
òð
óê
òó
ðí
îå
ñî
ñò
îÿ
íè
å
îá
ðà
çö
à
Î
ðè
åí
òà
öè
ÿ
îñ
è
ñæ
àò
èÿ
îò
íî
ñè
òå
ëü
íî
îñ
è
Ð
Ê
Ó
Ï
�
y
, ÃÏà
300 Ê 77 Ê 4,2 Ê
1
|| 0,44 0,78 (0,98) 0,97 (1,22)
� 0,50 0,90 (1,10) 1,03 (1,28)
2
|| 0,65 0,87 (0,85) 1,24 (1,22)
� 0,87 1,33 (1,39) 1,47 (1,54)
3
|| 1,00 1,32 (1,52) 1,67 (1,92)
� 1,14 1,55 (1,75) 1,79 (2,04)
Ï ð è ì å ÷ à í è å : Äëÿ òåìïåðàòóð 77 è 4,2 Ê â
ñêîáêàõ ïðèâåäåíû âåëè÷èíû � � �y y ii
0 � � th, ãäå �ii
th
— õàðàêòåðíûå âåëè÷èíû ìèêðîñòðóêòóðíûõ òåð-
ìîóïðóãèõ íàïðÿæåíèé, îáóñëîâëåííûõ àíèçîòðî-
ïèåé òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ çåðåí òèòàíà (ñì. ðàç-
äåë 3.3.3)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1215
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
Çíà÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè èñõîäíîãî ÊÇ òè-
òàíà íàõîäèòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ ëèòåðàòóð-
íûìè äàííûìè [16], à âåëè÷èíû ïðåäåëîâ òåêó-
÷åñòè ÍÑ òèòàíà çíà÷èòåëüíî âûøå, ÷åì äëÿ
èñõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ 1. Íàáëþäàåòñÿ òàêæå çíà-
÷èòåëüíàÿ àíèçîòðîïèÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè: �y ñó-
ùåñòâåííî óâåëè÷èâàåòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò ïà-
ðàëëåëüíîé ê ïåðïåíäèêóëÿðíîé îðèåíòàöèè îñè
ñæàòèÿ ïî îòíîøåíèþ ê îñè ÐÊÓÏ. Âî âñåé îá-
ëàñòè íèçêèõ òåìïåðàòóð �y â ñòðóêòóðíîì ñî-
ñòîÿíèè 3 ïðèáëèçèòåëüíî â 1,7–2 ðàçà áîëüøå,
÷åì â èñõîäíîì ñîñòîÿíèè 1.
Îòìåòèì, ÷òî âåëè÷èíà �y â ñîñòîÿíèè 3 ñîïî-
ñòàâèìà ñ ïðåäåëîì òåêó÷åñòè ñèëüíîëåãèðîâàí-
íîãî ÊÇ ñïëàâà ÂÒ-6 (
0,9 ÃÏà ïðè 300 Ê, 1,4
ÃÏà ïðè 77 Ê, 1,6 ÃÏà ïðè 4,2 Ê [16]). Äàííîå
íàáëþäåíèå ïîçâîëÿåò ñäåëàòü åùå îäèí âûâîä,
ïðåäñòàâëÿþùèé èíòåðåñ äëÿ òåõíîëîãèè ïîëó÷å-
íèÿ òèòàíîâûõ ìàòåðèàëîâ ñ âûñîêèì ïðåäåëîì
òåêó÷åñòè: òåõíîëîãèÿ ÐÊÓÏ â íåêîòîðûõ îòíî-
øåíèÿõ ñîïîñòàâèìà ïî ýôôåêòèâíîñòè ñ ëåãèðî-
âàíèåì.
Äëÿ áîëåå íàãëÿäíîé èëëþñòðàöèè ðàçëè÷èé
ïðåäåëîâ òåêó÷åñòè ÍÑ è ÊÇ òèòàíà íà ðèñ. 3
ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè �y(Ò), ïîñòðîåííûå ïî
äàííûì òàáë. 1.
Íà ðèñ. 3 âèäíî, ÷òî õàðàêòåð çàâèñèìîñòè
�y(Ò) ñîõðàíÿåòñÿ ïðè èçìåíåíèè ðàçìåðà çåðíà:
äëÿ îáðàçöîâ âñåõ òèïîâ íàáëþäàåòñÿ ìîíîòîííîå
óâåëè÷åíèå ïðåäåëà òåêó÷åñòè ïðè ïîíèæåíèè
òåìïåðàòóðû. Ýòà çàâèñèìîñòü ñâèäåòåëüñòâóåò î
òåðìè÷åñêè àêòèâèðîâàííîì õàðàêòåðå ýëåìåí-
òàðíûõ àêòîâ ïëàñòè÷åñêîãî ñäâèãà â ÍÑ òèòàíå.
Òàêàÿ æå çàêîíîìåðíîñòü õàðàêòåðíà êàê äëÿ ÊÇ
[17], òàê è äëÿ ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî [18] òèòà-
íà.
Âìåñòå ñ òåì òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ïðå-
äåëîâ òåêó÷åñòè ÍÑ è ÊÇ òèòàíà èìåþò îï-
ðåäåëåííûå îòëè÷èÿ. Âî-ïåðâûõ, ïðè çàäàííîé
òåìïåðàòóðå äåôîðìèðîâàíèÿ íàáëþäàåòñÿ ñèñòå-
ìàòè÷åñêîå óâåëè÷åíèå �y ïðè óìåíüøåíèè d è
ïðè ïåðåõîäå îò ïàðàëëåëüíîé ê ïåðïåíäèêóëÿð-
íîé îðèåíòàöèè. Åùå îäíà çàìåòíàÿ îñîáåííîñòü
— ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå (â íåñêîëüêî ðàç)
ïðîèçâîäíîé �� � �y T â îáëàñòè òåìïåðàòóð
77–4,2 Ê ïðè ïåðåõîäå îò ÊÇ ê ÍÑ ñòðóêòóðíîìó
ñîñòîÿíèþ.
Ýòè ðàçëè÷èÿ åñòåñòâåííî ñâÿçûâàòü ñ ðàç-
ëè÷èåì ìèêðîìåõàíèçìîâ ïëàñòè÷åñêîé äåôîð-
ìàöèè ÊÇ è ÍÑ òèòàíà. Â çåðíàõ ÊÇ òèòàíà ïðè
ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû èíòåíñèôèöèðóåòñÿ ìå-
õàíè÷åñêîå äâîéíèêîâàíèå [5,6], êîòîðîå â ÍÑ
òèòàíå, ïîëó÷åííîì ÐÊÓÏ, çàòðóäíåíî âñëåäñò-
âèå ìàëîãî ðàçìåðà çåðåí [3]. Òàêîå ïîâåäåíèå
àíàëîãè÷íî íàáëþäàâøåìóñÿ ðàíåå ÿâëåíèþ ïðå-
êðàùåíèÿ äâîéíèêîâàíèÿ â ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîì
òèòàíå â ïðîöåññå ðàçâèòîé ïëàñòè÷åñêîé äåôîð-
ìàöèè (ïðè äåôîðìàöèÿõ, áîëüøèõ 0,4) [19] è
ðàçâèòèþ ñêîëüæåíèÿ ïî ãðàíèöàì äâîéíèêîâ
[20]. Ýòî ñêîëüæåíèå ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ïðîÿâëå-
íèé ìåæçåðåííîé äåôîðìàöèè, îáóñëîâëåííîé
äâèæåíèåì çåðíîãðàíè÷íûõ äèñëîêàöèé [21,22] â
äâîéíèêîâîì íàïðàâëåíèè. Âîçíèêíîâåíèå ìèê-
ðîñêîïè÷åñêèõ äâîéíèêîâ (íå ðàçâèâàþùèõñÿ ñ
ðîñòîì äåôîðìàöèè ìàòåðèàëà) òàêæå íåëüçÿ èñ-
êëþ÷àòü â íàíîñòðóêòóðíîì òèòàíå, îäíàêî äëÿ
îêîí÷àòåëüíîãî ñóæäåíèÿ íåîáõîäèìû ýëåêòðîí-
íî-ìèêðîñêîïè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ äåôîðìèðî-
âàííîãî ìàòåðèàëà. Ñëåäîâàòåëüíî, êîëè÷åñò-
âåííûå ðàçëè÷èÿ àáñîëþòíûõ âåëè÷èí �y(Ò)
è ïðîèçâîäíîé �� � �y T â îáëàñòè òåìïåðàòóð
77–4,2 Ê îáóñëîâëåíû, ïî-âèäèìîìó, ðàçëè÷èåì
ýíåðãèé àêòèâàöèè è àêòèâàöèîííûõ îáúåìîâ äëÿ
âíóòðèçåðåííîãî è ìåæçåðåííîãî (çåðíîãðàíè÷-
íîãî) ñêîëüæåíèÿ â ÊÇ è â ÍÑ òèòàíå è, âåðîÿò-
íî, äëÿ ïðîöåññîâ òåðìè÷åñêè àêòèâèðîâàííîãî
çàðîæäåíèÿ äâîéíèêóþùèõ äèñëîêàöèé.
Îòìåòèì òàêæå, ÷òî ñðàâíèòåëüíî áîëüøàÿ
âåëè÷èíà ïðîèçâîäíîé �� � �y T äëÿ ÍÑ òèòàíà
íèæå 77 Ê îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå
íà âîçíèêíîâåíèå íåóñòîé÷èâîãî ïëàñòè÷åñêîãî
ñäâèãà, îïðåäåëÿþùåãî íèçêîòåìïåðàòóðíîå ðàç-
ðóøåíèå ýòîãî ìàòåðèàëà (ñì. ðàçä. 3.5).
3.3. Àíèçîòðîïèÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè ÍÑ
òèòàíà
3.3.1. Êîëè÷åñòâåííûå õàðàêòåðèñòèêè è
òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ýôôåêòà àíèçî-
1216 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
Ðèñ. 3. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ïðåäåëîâ òåêó÷å-
ñòè òèòàíà â ðàçíûõ ñòðóêòóðíûõ cîñòîÿíèÿõ: 1 (||)
(▲); 1 (�) (�); 2 (||) (●); 2 (�) (❍); 3 (||) (■); 3 (�)
(❏).
òðîïèè. Äàííûå èçìåðåíèé, ïðèâåäåííûå íà
ðèñ. 2, 3 è â òàáë. 1, ñâèäåòåëüñòâóþò î íàëè÷èè
áîëåå èëè ìåíåå çíà÷èòåëüíîé àíèçîòðîïèè ïëà-
ñòè÷íîñòè è ïðåäåëà òåêó÷åñòè êàê â ÊÇ, òàê è
ÍÑ òèòàíå. Ýòà àíèçîòðîïèÿ ïðîÿâëÿåòñÿ â çàâè-
ñèìîñòè ìåõàíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê èçó÷åííûõ
îáðàçöîâ îò îðèåíòàöèè îñè ñæàòèÿ ïî îòíîøå-
íèþ ê îñè ïðóòêîâ, èç êîòîðûõ âûðåçàëè îáðàçöû
(ïîñëåäíÿÿ ñîâïàäàëà ñ íàïðàâëåíèåì ÐÊÓÏ è
ïðîêàòêè â ïðîöåññå ïðèãîòîâëåíèÿ ïðóòêîâ).
Ïðè 4,2 Ê ïðåäåë òåêó÷åñòè, êîýôôèöèåíò óïðî÷-
íåíèÿ, ïàðàìåòðû ñêà÷êîîáðàçíîé äåôîðìàöèè
àíèçîòðîïíû. Îäíîé èç êîëè÷åñòâåííûõ õàðàêòå-
ðèñòèê òàêîé àíèçîòðîïèè ìîæåò ñëóæèòü êîýô-
ôèöèåíò àíèçîòðîïèè � äëÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè:
�
� �
�
�
��y y
y
||
||
. (2)
Âåëè÷èíû � äëÿ âñåõ òèïîâ èçó÷åííûõ îáðàç-
öîâ è òåìïåðàòóð äåôîðìèðîâàíèÿ ïðèâåäåíû â
òàáë. 2.
Òàáëèöà 2
Êîýôôèöèåíò àíèçîòðîïèè � äëÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè
ïîëèêðèñòàëëîâ òèòàíà, à òàêæå åãî âåëè÷èíà �0
äëÿ ãèïîòåòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ìàòåðèàëà áåç âíóò-
ðåííèõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè (ñì.
ðàçä. 3.3.3)
Ñîñòî-
ÿíèå
� �
0
300 Ê 77 Ê 4,2 Ê 77 Ê 4,2 Ê
1 0,14 0,15 0,06 0,12 0,05
2 0,34 0,53 0,18 0,63 0,27
3 0,14 0,17 0,07 0,15 0,06
Äëÿ áîëåå íàãëÿäíîé èëëþñòðàöèè ýôôåêòà
àíèçîòðîïèè ïðèâåäåì ãðàôèêè òåìïåðàòóðíûõ
çàâèñèìîñòåé � äëÿ êàæäîãî èç ñòðóêòóðíûõ
ñîñòîÿíèé, ïîñòðîåííûå ïî äàííûì òàáë. 2
(ðèñ. 4).
Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå, ÷òî äëÿ èñõîä-
íîãî ñîñòîÿíèÿ 1, êîòîðîå áûëî ïîëó÷åíî áåç
ÐÊÓÏ, àíèçîòðîïèÿ íåâåëèêà, êîýôôèöèåíò àíè-
çîòðîïèè �1 ìàëî èçìåíÿåòñÿ ñ òåìïåðàòóðîé è
ïðè 4,2 Ê ñîñòàâëÿåò òîëüêî 6%. Àíèçîòðîïèÿ
ïðåäåëà òåêó÷åñòè ñóùåñòâåííî âûøå äëÿ ñòðóê-
òóðíîãî ñîñòîÿíèÿ 2, äëÿ êîòîðîãî õàðàêòåðíà
âûòÿíóòîñòü çåðåí âäîëü îñè ÐÊÓÏ [23]. Òåìïå-
ðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü �2 èìååò íåìîíîòîííûé õà-
ðàêòåð: ïðè 77 Ê çíà÷åíèå �2 äîñòèãàåò 53%, ñó-
ùåñòâåííî ïðåâûøàÿ àíèçîòðîïèþ ïðè 300 è
4,2 Ê. Äëÿ ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ 3, êîòîðîå
ïîëó÷åíî èç ñîñòîÿíèÿ 2 ïðîêàòêîé è êðàòêî-
âðåìåííûì îòæèãîì, àíèçîòðîïèÿ, íàâåäåííàÿ
ÐÊÓÏ, ïðàêòè÷åñêè óñòðàíåíà â ðåçóëüòàòå
ôðàãìåíòèðîâàíèÿ âûòÿíóòûõ çåðåí ïðîêàòêîé.
Ïîýòîìó êîýôôèöèåíò àíèçîòðîïèè �3 ñðàâíè-
òåëüíî ìàë, è åãî âåëè÷èíà áëèçêà ê �1 ïðè âñåõ
èçó÷åííûõ òåìïåðàòóðàõ.
Ýôôåêòû àíèçîòðîïèè, îòðàæåííûå â òàáë. 1
è 2, à òàêæå íà ðèñ. 2–4, ìîãóò èìåòü ðàçíîîáðàç-
íûå ôèçè÷åñêèå ïðè÷èíû:
à) àíèçîòðîïèÿ ôîðìû çåðåí, âûòÿíóòûõ
âäîëü îñè ÐÊÓÏ [23];
á) êðèñòàëëîãðàôè÷åñêàÿ òåêñòóðà â îáúåìå
çåðåí ïîñëå ÐÊÓÏ [24] è ñâÿçàííàÿ ñ ýòèì àíèçî-
òðîïèÿ âíóòðèçåðåííûõ ïëàñòè÷åñêèõ ñäâèãîâ,
îáóñëîâëåííàÿ áîëüøîé ïëàñòè÷åñêîé àíèçîòðî-
ïèåé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè òèòàíà [25];
â) ñëîæíàÿ ñèñòåìà âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé,
îáóñëîâëåííûõ êàê ÐÊÓÏ, òàê è áîëüøîé àíèçî-
òðîïèåé êîýôôèöèåíòà òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ çå-
ðåí ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ [15];
ã) ïîëÿðíîñòü ìåõàíè÷åñêîãî äâîéíèêîâàíèÿ,
êîòîðîå ìîæåò äàâàòü âêëàä â äåôîðìàöèþ è àê-
êîìîäàöèþ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé;
ä) ïîëÿðíîñòü äâèæåíèÿ çåðíîãðàíè÷íûõ äèñ-
ëîêàöèé [22].
3.3.2. Âíóòðåííèå íàïðÿæåíèÿ â çåðíàõ, âîç-
íèêàþùèå ïðè îõëàæäåíèè âñëåäñòâèå àíèçî-
òðîïèè òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ òèòàíà. Àíàëèç
îïèñàííîé â ðàçä. 3.3.1 íåìîíîòîííîé òåìïåðà-
òóðíîé çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà àíèçîòðîïèè
�2 (Ò) ÍÑ òèòàíà â ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè 2 ïî-
çâîëÿåò çàêëþ÷èòü, ÷òî îäíîé èç ñóùåñòâåííûõ
ïðè÷èí àíèçîòðîïèè ìîæåò áûòü ñîâìåñòíîå
âëèÿíèå äâóõ ôàêòîðîâ:
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1217
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
Ðèñ. 4. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà
àíèçîòðîïèè � äëÿ ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿíèé
Ti: 1 (●), ñîñòîÿíèÿ 2 (■), 3 (▲).
— êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîé òåêñòóðû, ìàêñè-
ìàëüíî âûðàæåííîé â ñîñòîÿíèè 2;
— âîçíèêíîâåíèåì â çåðíàõ â ïðîöåññå îõëàæ-
äåíèÿ íèæå 300 Ê âíóòðåííèõ ìèêðîíàïðÿæåíèé,
îáóñëîâëåííûõ àíèçîòðîïèåé òåïëîâîãî ðàñøèðå-
íèÿ òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ [15].
Òàêèå íàïðÿæåíèÿ ïîëó÷èëè íàçâàíèå íàïðÿ-
æåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè, îíè îáû÷íî
âîçíèêàþò â ïîëèêðèñòàëëàõ ìàòåðèàëîâ ñ íåêó-
áè÷åñêîé ñèììåòðèåé èç-çà òîãî, ÷òî çåðíà ïðè
èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû èçìåíÿþò ñâîè ðàçìåðû
íåîäèíàêîâî â ðàçíûõ êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ
íàïðàâëåíèÿõ [26]. Âåëè÷èíó è çíàê ýòèõ ìèêðî-
ñòðóêòóðíûõ âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé ìîæíî îöå-
íèòü ñîãëàñíî ìåòîäó, ïðåäëîæåííîìó Ëèõà÷å-
âûì [27].
Âåëè÷èíû ãëàâíûõ êîìïîíåíò òåíçîðà âíóò-
ðåííèõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè
� ik Tth ( ), âîçíèêàþùèõ â îòäåëüíîì çåðíå ïî-
ëèêðèñòàëëè÷åñêîãî òèòàíà ïðè îõëàæäåíèè îò
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû 300 Ê äî òåìïåðàòóð
æèäêîãî àçîòà 77 Ê è æèäêîãî ãåëèÿ 4,2 Ê, âû-
÷èñëåíû â Ïðèëîæåíèè ñ èñïîëüçîâàíèåì íàèáî-
ëåå äîñòîâåðíûõ äàííûõ [15] î êîýôôèöèåíòå òå-
ïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ ìîíîêðèñòàëëîâ òèòàíà ïðè
300–4,2 Ê è åãî àíèçîòðîïèè. Îíè ïðèâåäåíû â
òàáë. 3 (ñì. Ïðèëîæåíèå). Âû÷èñëåíèÿ âûïîëíå-
íû íà îñíîâå ìåòîäà Ëèõà÷åâà [27] äëÿ ñëó÷àÿ
ÃÏÓ ñòðóêòóðû, êîòîðîé îáëàäàåò òèòàí. Îõëàæ-
äåíèå ñîïðîâîæäàåòñÿ ïîÿâëåíèåì â çåðíå ñæè-
ìàþùåãî íàïðÿæåíèÿ �33 0th( )T � âäîëü êðèñòàë-
ëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâëåíèÿ [0001] (îñü 6-ãî
ïîðÿäêà) è îäèíàêîâûõ ïî âåëè÷èíå ðàñòÿãèâàþ-
ùèõ íàïðÿæåíèé � �11 22 0th th( ) ( )T T� � âäîëü ïåð-
ïåíäèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèé [1 2 1 0, , , ] è [101 0, , ].
Èçâåñòíî, ÷òî â ïðóòêàõ òèòàíà, ïîäâåðãíóòûõ
ÐÊÓÏ (ñòðóêòóðíîå ñîñòîÿíèå 2), âîçíèêàåò êðè-
ñòàëëîãðàôè÷åñêàÿ òåêñòóðà, ïðè êîòîðîé îñü
6-ãî ïîðÿäêà â çåðíàõ îêàçûâàåòñÿ ïðåèìóùåñò-
âåííî îðèåíòèðîâàííîé ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè
ÐÊÓÏ [24]. Ïîýòîìó âû÷èñëåííûå íàìè âå-
ëè÷èíû âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé
àíèçîòðîïèè äîëæíû ñ íåèçáåæíîñòüþ âõîäèòü â
èçìåðåííûå ýêñïåðèìåíòàëüíî âåëè÷èíû �y�
è
�y|| äëÿ ñîñòîÿíèÿ 2 ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ:
� � ��y y|| ||
� �0
11
th , � � ��y y� �� �0 th
33 . (3)
 ýòèõ âûðàæåíèÿõ èñïîëüçîâàíû îáîçíà÷åíèÿ:
� y||
0 è � y�
0 — âåëè÷èíû ïðåäåëîâ òåêó÷åñòè äëÿ
ïàðàëëåëüíîé è ïåðïåíäèêóëÿðíîé îðèåíòàöèé
îáðàçöà â îòñóòñòâèå âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé
òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè; � — êîýôôèöèåíò,
ó÷èòûâàþùèé óìåíüøåíèå � ik
th âñëåäñòâèå íàëè-
÷èÿ òåêñòóðû. Ñîãëàñíî ðåêîìåíäàöèè, âûñêàçàí-
íîé â [27], áóäåì ïðè àíàëèçå íàøèõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ ïîëàãàòü: � = 1 äëÿ ñëàáî
òåêñòóðèðîâàííûõ ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿíèé 1 è 3;
� = 0,3 äëÿ òåêñòóðèðîâàííîãî ñòðóêòóðíîãî ñî-
ñòîÿíèÿ 2.
Âåëè÷èíû � y||
0 è � y�
0 , õàðàêòåðèçóþùèå ïðåäå-
ëû òåêó÷åñòè òèòàíà, êîòîðûå îí èìåë áû ïðè îò-
ñóòñòâèè âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé
àíèçîòðîïèè, âû÷èñëåíû èç ñîîòíîøåíèé (3) ïî
äàííûì òàáë. 1 è 3 è ïðèâåäåíû â òàáë. 1 â êðóã-
ëûõ ñêîáêàõ. Â òàáë. 2 ïðèâåäåíû ñîîòâåòñòâóþ-
ùèå âåëè÷èíû ïåðåíîðìèðîâàííîãî êîýôôèöèåí-
òà àíèçîòðîïèè �0 äëÿ ãèïîòåòè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ
ìàòåðèàëà áåç âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷å-
ñêîé àíèçîòðîïèè:
�
� �
�
0
0 0
0
�
��y y
y
||
||
. (4)
Ó÷åò ìèêðîñòðóêòóðíûõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷å-
ñêîé àíèçîòðîïèè íå òîëüêî íå óñòðàíèë ìàêñè-
ìóì �2 ïðè 77 Ê, íî è óâåëè÷èë åãî (ñì. òàáë. 2).
Òàêèì îáðàçîì, íàïðÿæåíèÿ òåðìè÷åñêîé àíèçî-
òðîïèè íå ÿâëÿþòñÿ ïðè÷èíîé íåìîíîòîííîé òåì-
ïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà àíèçîòðî-
ïèè �2 òèòàíà äëÿ ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ 2, à
çàâèñèìîñòü �0(Ò) èìååò êà÷åñòâåííî îäèíàêî-
âûé õàðàêòåð äëÿ âñåõ òðåõ ñòðóêòóðíûõ ñîñòîÿ-
íèé. Ïîâûøåííàÿ âåëè÷èíà � äëÿ ñîñòîÿíèÿ 2
1218 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
Òàáëèöà 3
Âåëè÷èíû óïðóãèõ êîíñòàíò òèòàíà ñik , èíòåãðàëà I(T) è ðàññ÷èòàííûõ ãëàâíûõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçî-
òðîïèè �11
th è �33
th ïðè 77 è 4,2 Ê
T,
Ê
c
11
,
ÃÏà
c
12
,
ÃÏà
c
13
,
ÃÏà
c
33
,
ÃÏà
c c11
0
12
0( ) ( )� ,
ÃÏà
I �33
th ,
ÌÏà
� �11 22
th th� ,
ÌÏà
300 162,4 91,3 65,3 180,7 81 0 0 0
77 174,7 86,6 67,9 189,3 100,6 3,3·10–3 –200 52
4,2 176,1 86,9 68,3 190,5 102,6 4,0·10–3 –250 64
íàáëþäàåòñÿ è ïðè 300 Ê, ò. å. â îòñóòñòâèå îõëà-
æäåíèÿ. Ýòî ìîæåò áûòü îáóñëîâëåíî:
— âëèÿíèåì âíóòðåííèõ íàïðÿæåíèé, ââîäè-
ìûõ ÐÊÓÏ (âåëè÷èíà è çíàê ýòèõ íàïðÿæåíèé
ìîãëè áû áûòü èçìåðåíû ðåíòãåíîãðàôè÷åñêè);
— âîçìîæíîñòüþ ìèêðîäâîéíèêîâàíèÿ, à òàê-
æå çåðíîãðàíè÷íûõ ñäâèãîâ â äâîéíèêîâîì íà-
ïðàâëåíèè ïðè ñæàòèè îáðàçöîâ «ïàðàëëåëüíîé»
îðèåíòàöèè â ñîñòîÿíèè 2 (ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè
6-ãî ïîðÿäêà [28]). Ýòî îáúÿñíÿåò è ìàëîå êîëè-
÷åñòâî ñêà÷êîâ, ò.å. çàòðóäíåííîñòü âîçíèêíîâå-
íèÿ çåðíîãðàíè÷íûõ ñäâèãîâ â îáðàçöàõ «ïåðïåí-
äèêóëÿðíîé» îðèåíòàöèè ñîñòîÿíèÿ 2.
Ìàëàÿ àíèçîòðîïèÿ ïðåäåëà òåêó÷åñòè �y â ñî-
ñòîÿíèÿõ 1 è 3 (ñì. òàáë. 2 è ðèñ. 4) ìîæåò ñâèäå-
òåëüñòâîâàòü îá îòñóòñòâèè çàìåòíîé òåêñòóðû. Â
ýòîì ñëó÷àå åñòåñòâåííî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî èç
õàîòè÷åñêè îðèåíòèðîâàííûõ çåðåí â ïåðâóþ î÷å-
ðåäü íà ïðåäåëå òåêó÷åñòè äåôîðìèðóþòñÿ çåðíà
ñ áëàãîïðèÿòíî îðèåíòèðîâàííûìè (âäîëü îñè
ñæàòèÿ) ñæèìàþùèìè ãëàâíûìè íàïðÿæåíèÿìè
�33. Ïðè ýòîì � � �y y� �0
33
th äëÿ âñåõ îðèåíòàöèé
îñè ñæàòèÿ. Ó÷åò íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíè-
çîòðîïèè â ýòîì ñëó÷àå (ñì. òàáë. 2) ïðàêòè÷åñêè
íå âëèÿåò íà âåëè÷èíó êîýôôèöèåíòà àíèçîòðî-
ïèè: � �� 0.
Òàêèì îáðàçîì, ìàêñèìóì àíèçîòðîïèè óñëîâ-
íîãî ïðåäåëà òåêó÷åñòè òèòàíà ïðè 77 Ê, íàáëþ-
äàåìûé äëÿ ñòðóêòóðíîãî ñîñòîÿíèÿ 2, íå ñâÿçàí
ñ âíóòðåííèìè íàïðÿæåíèÿìè òåðìè÷åñêîé àíè-
çîòðîïèè. Ïî-âèäèìîìó, îí îáóñëîâëåí âîçìîæ-
íûì âêëàäîì ìèêðîäâîéíèêîâàíèÿ, êîòîðîå âîç-
ìîæíî â îáðàçöàõ «ïàðàëëåëüíîé» îðèåíòàöèè,
íî çàïðåùåíî â îáðàçöàõ «ïåðïåíäèêóëÿðíîé»
îðèåíòàöèè.
3.4. Çàâèñèìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè ÍÑ
òèòàíà îò ðàçìåðà çåðíà
Êàê èçâåñòíî, äëÿ ïîëèêðèñòàëëîâ çàâèñè-
ìîñòü ïðåäåëà òåêó÷åñòè �y îò ñðåäíåãî ðàçìåðà
çåðíà d âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ õîðîøî îïèñûâàåòñÿ
ñîîòíîøåíèåì Õîëëà–Ïåò÷à
� �y yk d� �0
1 2/ . (5)
Ýòî ñîîòíîøåíèå ñïðàâåäëèâî äëÿ îòîææåííûõ
ÊÇ ïîëèêðèñòàëëîâ â øèðîêîì èíòåðâàëå ðàçìå-
ðîâ çåðåí, íî íàðóøàåòñÿ ïðè d � 100 íì [29]. Â
[29–31] îòìå÷àëè, ÷òî ýòî ìîæåò áûòü îáóñëîâëå-
íî ñïåöèôè÷åñêîé ñòðóêòóðîé ãðàíèö ñòîëü ìà-
ëûõ çåðåí, à òàêæå âíóòðåííèìè íàïðÿæåíèÿìè â
ìàòåðèàëàõ, ïîëó÷åííûõ ÐÊÓÏ.
 ñëó÷àå èçó÷åííûõ â íàñòîÿùåé ðàáîòå ñòðóê-
òóðíûõ ñîñòîÿíèé òèòàíà âèä çàâèñèìîñòè �y (d)
ìîæåò óñëîæíÿòüñÿ êàê âíóòðåííèìè íàïðÿæå-
íèÿìè, âîçíèêøèìè âñëåäñòâèå ÐÊÓÏ, òàê è
âîçìîæíûì âîçíèêíîâåíèåì ìèêðîäâîéíèêîâ â
àêñèàëüíî òåêñòóðèðîâàííîì ñîñòîÿíèè 2 â îáðàç-
öàõ «ïàðàëëåëüíîé» îðèåíòàöèè è çàïðåòîì èõ
îáðàçîâàíèÿ â îáðàçöàõ «ïåðïåíäèêóëÿðíîé»
îðèåíòàöèè.
Ïîñòðîåííûå íà îñíîâå äàííûõ òàáë. 1 ãðàôè-
êè çàâèñèìîñòåé �y(d) â êîîðäèíàòàõ «�y—d1/2»
ïîêàçàíû íà ðèñ. 5. Âèäíî, ÷òî ñîîòíîøåíèå (5)
óäîâëåòâîðèòåëüíî âûïîëíÿåòñÿ òîëüêî ïðè 300 è
4,2 Ê äëÿ îáðàçöîâ òèòàíà «ïåðïåíäèêóëÿðíîé»
îðèåíòàöèè (çàâèñèìîñòè «�y—d1/2» ïðÿìîëè-
íåéíû).  îñòàëüíûõ ñëó÷àÿõ íàáëþäàþòñÿ çà-
ìåòíûå îòêëîíåíèÿ îò ñîîòíîøåíèÿ Õîëëà—Ïåò-
÷à, îáóñëîâëåííûå âåëè÷èíàìè �y äëÿ îáðàçöîâ
ñî ñòðóêòóðíûì ñîñòîÿíèåì 2 (d = 0,3 ìêì).
Òàêèì îáðàçîì, çíà÷èòåëüíîå îòêëîíåíèå îò
çàêîíà Õîëëà—Ïåò÷à â òèòàíå ìû íàáëþäàåì äëÿ
îáðàçöîâ «ïàðàëëåëüíîé» îðèåíòàöèè, ãäå â
ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè 2 âåëè÷èíà �y|| îêàçûâàåò-
ñÿ çàíèæåííîé. Ýòî ìîæåò áûòü ñëåäñòâèåì âîç-
ìîæíîñòè äâîéíèêîâàíèÿ ïðè ñæàòèè àêñèàëüíî-
òåêñòóðèðîâàííîãî òèòàíà ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè
6-ãî ïîðÿäêà [28]. Äëÿ îáðàçöîâ òèòàíà «ïåðïåí-
äèêóëÿðíîé» îðèåíòàöèè (ñæàòèå ïàðàëëåëüíî
îñè 6-ãî ïîðÿäêà â ñîñòîÿíèè 2) äâîéíèêîâàíèå
íåâîçìîæíî [28].
Íàáëþäàåìîå óâåëè÷åíèå �y|| ïðè óìåíüøåíèè
ðàçìåðà çåðíà ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê êîñâåí-
íîå ñâèäåòåëüñòâî ïðåèìóùåñòâåííîãî âêëàäà
âíóòðèçåðåííîãî ñêîëüæåíèÿ â äåôîðìàöèþ íà-
íîñòðóêòóðíîãî òèòàíà íà ïðåäåëå òåêó÷åñòè.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1219
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïðåäåëà òå-
êó÷åñòè �y òèòàíà îò âåëè÷èíû ñðåäíåãî ðàçìåðà çåð-
íà d ïðè ñæàòèè âäîëü (||) è ïîïåðåê (�) îñè ÐÊÓÏ:
300 Ê (||) (▲); 300 Ê (�) (�); 77 Ê (||) ; 77 Ê (�)
(❍); 4,2 Ê (||) (■); 4,2 Ê (�) (❏).
3.5. Íèçêîòåìïåðàòóðíîå ñäâèãîâîå ðàçðóøåíèå
ÍÑ òèòàíà êàê ñëåäñòâèå íåóñòîé÷èâîãî
ïëàñòè÷åñêîãî ñäâèãà
Î ñäâèãîâîì ðàçðóøåíèè ïóòåì êàòàñòðî-
ôè÷åñêîãî ñîñêàëüçûâàíèÿ îäíîé ÷àñòè îáðàçöà
îòíîñèòåëüíî äðóãîé ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì
êâàçèñòàòè÷åñêîì ñæàòèè îáðàçöîâ íàíîñòðóêòóð-
íîãî òèòàíà âïåðâûå ìû ñîîáùèëè â ðàáîòàõ
[2,32]. Ýòî ÿâëåíèå íàáëþäàëîñü íå òîëüêî ïðè
77 è 4,2 Ê: ïðè ñæàòèè îáðàçöîâ ÍÑ òèòàíà â
ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè 3 ïåðïåíäèêóëÿðíî îñè
ÐÊÓÏ êàòàñòðîôè÷åñêèé ñäâèã óäàëîñü íàáëþ-
äàòü è ïðè 300 Ê.  òî æå âðåìÿ, íåóñòîé÷èâûé
ïëàñòè÷åñêèé ñäâèã íèêîãäà íå óäàåòñÿ íàáëþ-
äàòü ïðè êâàçèñòàòè÷åñêîì ñæàòèè êðóïíîçåðíè-
ñòîãî òèòàíà (ñòðóêòóðíîå ñîñòîÿíèå 1). Ïîýòîìó
åñòåñòâåííî ðàññìàòðèâàòü îáíàðóæåííûé íåóñ-
òîé÷èâûé ïëàñòè÷åñêèé ñäâèã êàê ÿâëåíèå, ïðè-
ñóùåå ÍÑ òèòàíó.
Ðàíåå íåóñòîé÷èâûé ïëàñòè÷åñêèé ñäâèã íà-
áëþäàëè ïðè íèçêîòåìïåðàòóðíîì êâàçèñòàòè÷å-
ñêîì ñæàòèè ñòåðæíåé îáúåìíûõ ìåòàëëè÷åñêèõ
ñòåêîë [33–35], à òàêæå ïðè ðàñòÿæåíèè òîíêèõ
ëåíò ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêîë [36]. Íåóñòîé÷èâîñòü
ñäâèãà îáúÿñíÿëè ñïåöèôèêîé åãî ðàñïðîñòðàíå-
íèÿ âäîëü ìåæêëàñòåðíûõ ãðàíèö êàê õàðàêòåð-
íîãî ýëåìåíòà ñòðóêòóðû ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêîë.
Ñòàáèëüíîå ðàñïðîñòðàíåíèå ñäâèãà íà áîëüøèå
ðàññòîÿíèÿ ìîæåò íàðóøàòüñÿ íåáëàãîïðèÿòíî
îðèåíòèðîâàííûì òðîéíûì ñòûêîì ãðàíèö, íàëè-
÷èå êîòîðîãî îáóñëîâëåíî ñëó÷àéíîé îðèåíòàöèåé
ïîëèêëàñòåðîâ [37]. Âûñîêîå íàïðÿæåíèå (ïî-
ðÿäêà G/10 [38], ãäå G — ìîäóëü ñäâèãà), íå-
îáõîäèìîå äëÿ ïðåîäîëåíèÿ òàêîãî òðîéíîãî
ñòûêà, îïðåäåëÿåò ïîñëåäóþùåå âûñîêîñêîðîñò-
íîå ðàñïðîñòðàíåíèå ìàêðîñêîïè÷åñêîãî ñäâèãà.
Ýòèì îáúÿñíÿåòñÿ ÿðêî âûðàæåííûé äèíàìè-
÷åñêèé õàðàêòåð íèçêîòåìïåðàòóðíîãî ïëàñòè-
÷åñêîãî ñäâèãà â ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêëàõ: äàæå
â óñëîâèÿõ êâàçèñòàòè÷åñêîãî äåôîðìèðîâàíèÿ
ìàêðîñêîïè÷åñêèé ñäâèã ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñ îêî-
ëîçâóêîâîé ñêîðîñòüþ [36] è ñîïðîâîæäàåòñÿ èç-
ëó÷åíèåì çâóêîâîãî èìïóëüñà áîëüøîé èíòåíñèâ-
íîñòè.
ßâëåíèå ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà
ïðè ñæàòèè ìû íàáëþäàëè ïðè âåëè÷èíàõ ñæè-
ìàþùèõ íàïðÿæåíèé îò 1,4 äî 2,4 ÃÏà. Ïîâåðõ-
íîñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ, ïî êîòîðûì ïðîèñ-
õîäèëî ñîñêàëüçûâàíèå îäíîé ÷àñòè îáðàçöà
îòíîñèòåëüíî äðóãîé, îðèåíòèðîâàíû ïîä óãëîì
îêîëî 45î ê îñè ñæàòèÿ (ðèñ. 6,à) ïîäîáíî òîìó,
êàê ýòî íàáëþäàåòñÿ ïðè ñæàòèè ñòåðæíåé îáúåì-
íûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêîë (ðèñ. 6,á) [34,35].
Èçó÷åíèå ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòåé ðàçðóøåíèÿ
ñ ïîìîùüþ ñêàíèðóþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðî-
ñêîïà âûÿâèëî õàðàêòåðíûé «âåííûé» óçîð íà
âñåõ ïîâåðõíîñòÿõ ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ.
 ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêëàõ «âåííûé» óçîð ÿâëÿ-
åòñÿ ñëåäñòâèåì ìåíèñêîâîé íåñòàáèëüíîñòè ïðè
ðàçðûâå ëîêàëüíî ðàçîãðåòîãî äî êâàçèæèäêîãî
[39] (ñâåðõïëàñòè÷íîãî [40]) ñîñòîÿíèÿ ìàòåðèà-
ëà â ïîëîñå êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñäâèãà, ïðåäøåñò-
âóþùåé ðàçðóøåíèþ. Ëîêàëüíûé àäèàáàòè÷åñêèé
ðàçîãðåâ äî ïðåäïëàâèëüíûõ òåìïåðàòóð â ýòîé
ïîëîñå îáóñëîâëåí ñïåöèôèêîé ïðîöåññà äèññè-
ïàöèè ðàáîòû ïëàñòè÷åñêîãî ñäâèãà: ëîêàëüíîå
1220 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
Ðèñ. 6. Îáùèé âèä îáðàçöà ïîñëå ñäâèãîâîãî ðàçðó-
øåíèÿ ïðè êâàçèñòàòè÷åñêîì îäíîîñíîì ñæàòèè: ÍÑ
òèòàí â ñîñòîÿíèè 3, äåôîðìàöèÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî
îñè ÐÊÓÏ ïðè 4,2 Ê (à); îáúåìíîå ìåòàëëè÷åñêîå
ñòåêëî Zr41,2Ti13,8Ni10Cu12,5Be22,5 [34,35], äåôîðìàöèÿ
ïðè 300 Ê (á).
òåïëîâûäåëåíèå èìååò áîëüøóþ âåëè÷èíó âñëåä-
ñòâèå îêîëîçâóêîâîé ñêîðîñòè ñäâèãà, âûñîêîãî
ðàçðóøàþùåãî íàïðÿæåíèÿ è ìàëîé òåïëîïðî-
âîäíîñòè ìàòåðèàëà [33–36]. Àíàëîãè÷íûå ôèçè-
÷åñêèå óñëîâèÿ â ïîëîñå ñäâèãà ðåàëèçóþòñÿ è â
ñëó÷àå ÍÑ òèòàíà: âûñîêîå ðàçðóøàþùåå íàïðÿ-
æåíèå, îêîëîçâóêîâàÿ ñêîðîñòü ïëàñòè÷åñêîãî
ñäâèãà, ìàëàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü ìàòåðèàëà. Ïî-
ýòîìó íàáëþäàåìûé «âåííûé» óçîð íà ïîâåðõíî-
ñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà ìîæíî
ðàññìàòðèâàòü êàê êîñâåííîå ñâèäåòåëüñòâî ñèëü-
íîãî ëîêàëüíîãî ðàçîãðåâà.
Îáíàðóæåííûé «âåííûé» óçîð íà ïîâåðõíî-
ñòÿõ ðàçðóøåíèÿ îáðàçöîâ ÍÑ òèòàíà îáëàäàåò
õàðàêòåðíûìè îñîáåííîñòÿìè, êîòîðûå öåëåñî-
îáðàçíî îáñóäèòü áîëåå ïîäðîáíî. Ïðåæäå âñåãî
íåîáõîäèìî îòìåòèòü íåîäíîðîäíîñòü íàáëþäàâ-
øåãîñÿ «âåííîãî» óçîðà: â îòäåëüíûõ îáëàñòÿõ
ïîâåðõíîñòè ðàçðóøåíèÿ «âåíû» ãëàäêèå, îíè
àíàëîãè÷íû íàáëþäàþùèìñÿ íà ïîâåðõíîñòè ðàç-
ðóøåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêîë (ðèñ. 7,à); â äðó-
ãèõ îáëàñòÿõ — âåíû ñ øåðîõîâàòîé ïîâåðõíî-
ñòüþ (ðèñ. 7,á).
Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå «âåí» ðàç-
ëè÷íî â îáðàçöàõ, îðèåíòèðîâàííûõ âäîëü è ïî-
ïåðåê îñè ÐÊÓÏ. Â [2] áûëî ïðîäåìîíñòðè-
ðîâàíî, ÷òî â ñòðóêòóðíîì ñîñòîÿíèè 3 ïîñëå
ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ïðè 77 Ê ðàñïðåäåëåíèå
«âåí» áîëåå îäíîðîäíî â îáðàçöàõ, îðèåíòè-
ðîâàííûõ âäîëü, ÷åì ïîïåðåê îñè ÐÊÓÏ. Òàêîé
ðåçóëüòàò ìîæåò áûòü ñëåäñòâèåì áîëåå îäíîðîä-
íîãî àäèàáàòè÷åñêîãî ðàçîãðåâà è áîëåå ðàâ-
íîìåðíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ êàòàñòðîôè÷åñêîãî
ñäâèãà â ïåðâîì ñëó÷àå (||) ïî ñðàâíåíèþ ñî âòî-
ðûì (�). Àíàëîãè÷íàÿ êàðòèíà íàáëþäàåòñÿ
è ïðè 300 Ê, íî ïðè ýòîì ïðîñòðàíñòâåííûå
íåîäíîðîäíîñòè èìåþò íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ
ìàñøòàáîâ: îò 0,3–0,1 ìì (ñì. ðèñ. 8,à,á) äî
0,01–0,005 ìì (ðèñ. 8,â). Ðàññìàòðèâàåìûå
íåîäíîðîäíîñòè ìîãóò áûòü ñëåäñòâèåì íåðàâíî-
ìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ìèêðîñòðóêòóðíûõ âíóò-
ðåííèõ íàïðÿæåíèé è îáóñëîâëåííîãî ýòîé íå-
îäíîðîäíîñòüþ ðàçáðîñà ñêîðîñòåé ëîêàëüíîãî
ñäâèãà è âåëè÷èíû ëîêàëüíîãî ðàçîãðåâà.
 îòëè÷èå îò îáúåìíûõ ìåòàëëè÷åñêèõ ñòåêîë
íà ïîâåðõíîñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòà-
íà íåò ñâèäåòåëüñòâ ëîêàëüíîãî ïëàâëåíèÿ, â ÷à-
ñòíîñòè, îòñóòñòâóþò çàòâåðäåâøèå êàïëè ðàñ-
ïëàâà. Ýòî îáóñëîâëåíî òåì, ÷òî òåìïåðàòóðà
ïëàâëåíèÿ òèòàíà (1668 �Ñ) çíà÷èòåëüíî âûøå,
÷åì òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ ìåòàëëè÷åñêèõ ñòå-
êîë. Ïîýòîìó ïëàâëåíèå íà ïîâåðõíîñòè ñäâèãî-
âîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà íå ïðîèñõîäèò.
Ïðè áîëüøèõ óâåëè÷åíèÿõ â îáëàñòÿõ ïîâåðõ-
íîñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ, ãäå âåíû èìåþò
øåðîõîâàòóþ ïîâåðõíîñòü (ðèñ. 7,á), óäàåòñÿ
íàáëþäàòü îòäåëüíûå çåðíà: òàêîå ðàññëîåíèå
ÍÑ òèòàíà íà îòäåëüíûå çåðíà ïîêàçàíî íà
ðèñ. 9,à,á. Ýòîò ýôôåêò ìîæåò áûòü âûçâàí âûñî-
êîòåìïåðàòóðíûì çåðíîãðàíè÷íûì ïðîñêàëüçû-
âàíèåì (ðàçâèâàþùèìñÿ ïðè 800–940 �C [41] è
ïðèâîäÿùèì ê ìèêðîçåðåííîé ñâåðõïëàñòè÷íîñòè
òèòàíà) èëè áûòü ñëåäñòâèåì ëîêàëüíîãî ðàçîãðå-
âà äî òåìïåðàòóðû �–� ôàçîâîãî ïðåâðàùåíèÿ
(882,5 �Ñ), êîãäà ïåðåõîä èç ÃÏÓ â ÎÖÊ ðåøåò-
êó ñîïðîâîæäàåòñÿ óìåíüøåíèåì óäåëüíîãî îáúå-
ìà òèòàíà [25] è ëîêàëèçîâàííûì ñäâèãîì â ýòîé
îáëàñòè òåìïåðàòóð. Ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ
ïðè òåìïåðàòóðå ýòîãî ïîëèìîðôíîãî ïðåâðàùå-
íèÿ äîëæíà ñîïðîâîæäàòüñÿ ðàçðûõëåíèåì ìàòå-
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1221
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
Ðèñ. 7. Ìîðôîëîãèÿ «âåííîãî» óçîðà íà ïîâåðõíîñòÿõ
ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà â ñîñòîÿíèè 3 ïðè
4,2 Ê: ãëàäêèå «âåíû» (à); «âåíû» ñ øåðîõîâàòîñòÿ-
ìè, îáóñëîâëåííûìè ðàññëîåíèåì ïî ãðàíèöàì çåðåí
(á).
ðèàëà, äàííîå ÿâëåíèå îáúÿñíÿåò ðàçäåëåíèå çå-
ðåí ïî èõ ãðàíèöàì â ïîëîñå êàòàñòðîôè÷åñêîãî
ñäâèãà. Îäíàêî ýòà ãèïîòåçà òðåáóåò äàëüíåéøåé
ïðîâåðêè â áóäóùåì.
Êà÷åñòâåííîå òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîòðåíèå
ïðîöåññà ðàñïðîñòðàíåíèÿ íåóñòîé÷èâîãî ïëàñ-
òè÷åñêîãî ñäâèãà â ÍÑ òèòàíå [32] ïîçâîëÿåò
ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðè áîëüøèõ ïëàñòè÷åñêèõ
äåôîðìàöèÿõ âîçìîæíî íåóñòîé÷èâîå ìàêðîñêî-
ïè÷åñêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ëîêàëèçîâàííîãî çåð-
íîãðàíè÷íîãî ñäâèãà ïóòåì âûñîêîñêîðîñòíîãî
äâèæåíèÿ çåðíîãðàíè÷íûõ äèñëîêàöèé; òàêîé
ïðîöåññ äîëæåí ïðèâîäèòü ê âÿçêîìó ñäâèãîâîìó
ðàçðóøåíèþ ÍÑ òèòàíà. Ìîæíî îæèäàòü, ÷òî ïî-
ñëåäóþùèé àíàëèç äèíàìè÷åñêîãî ïîâåäåíèÿ äèñ-
1222 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
Ðèñ. 9. Øåðîõîâàòîñòè «âåííîãî» óçîðà ÍÑ òèòàíà,
îáóñëîâëåííûå îòäåëüíûìè çåðíàìè (à). Îòäåëüíûå
çåðíà íà ïîâåðõíîñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ÍÑ òè-
òàíà, ïðîÿâèâøèåñÿ (ïðåäïîëîæèòåëüíî) âñëåäñòâèå
ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ ïðè ëîêàëüíîì íàãðåâå â îá-
ëàñòè òåìïåðàòóðû �–� ôàçîâîãî ïåðåõîäà (á).
Ðèñ. 8. Ðàçíûé ìàñøòàá íåîäíîðîäíîñòåé «âåííîãî»
óçîðà, íàáëþäàåìûõ íà ïîâåðõíîñòè ñäâèãîâîãî ðàç-
ðóøåíèÿ ÍÑ òèòàíà â ñîñòîÿíèè 3 ïðè ñæàòèè ïåð-
ïåíäèêóëÿðíî îñè ÐÊÓÏ ïðè 4,2 Ê: 0,3–0,1 ìì (à,á);
0,01–0,005 ìì (â).
ëîêàöèîííûõ àíñàìáëåé â ÍÑ òèòàíå ïîçâîëèò
ñâÿçàòü îáíàðóæåííóþ íåóñòîé÷èâîñòü ïëàñòè÷å-
ñêîãî ñäâèãà ñ îñîáåííîñòÿìè çåðíîãðàíè÷íîãî
ïðîñêàëüçûâàíèÿ.
Íåñòàáèëüíûé ïëàñòè÷åñêèé ñäâèã, ïðèâîäÿ-
ùèé ê ñäâèãîâîìó ðàçðóøåíèþ, íàáëþäàåòñÿ ïðè
êâàçèñòàòè÷åñêîì îäíîîñíîì ñæàòèè òîëüêî ÍÑ
òèòàíà è íå çàðåãèñòðèðîâàí ïðè ñæàòèè ÊÇ òèòà-
íà. Êà÷åñòâåííîå îáúÿñíåíèå òàêîãî ðàçëè÷èÿ äà-
þò ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé êðèòåðèé âîçíèêíîâåíèÿ
êàòàñòðîôè÷åñêîãî àäèàáàòè÷åñêîãî ðàçîãðåâà
ïðè äåôîðìàöèè [7] è çàðåãèñòðèðîâàííîå â íà-
øèõ ýêñïåðèìåíòàõ ðàçëè÷èå âåëè÷èí ïðîèçâîä-
íûõ �� �y/ T äëÿ ÊÇ è ÍÑ òèòàíà â îáëàñòè íèç-
êèõ òåìïåðàòóð (ñì. ðàçä. 3.2). Ñîãëàñíî [7], ïðè
ðàñòÿæåíèè êàòàñòðîôè÷åñêèé ñäâèã âîçíèêàåò
âñëåäñòâèå íàðàñòàþùåãî ëîêàëüíîãî ðàçîãðåâà
ïðè óñëîâèè
�
� � �
� �
�
�
�c
y
C
/ T
�
, (6)
ãäå Ñ – óäåëüíàÿ òåïëîåìêîñòü åäèíèöû îáúåìà,
�� � � / | � — êîýôôèöèåíò óïðî÷íåíèÿ â ôîð-
ìóëå (1). Åñëè ïðèìåíèòü ôåíîìåíîëîãè÷åñêèé
êðèòåðèé (6) ê ñëó÷àþ ñæàòèÿ, òî èç íåãî ñëåäó-
åò, ÷òî ñêëîííîñòü ê íåñòàáèëüíîìó ïëàñòè÷åñêî-
ìó ñäâèãó ïîâûøàåòñÿ ïðè ïåðåõîäå îò ÊÇ ê ÍÑ
òèòàíó âñëåäñòâèå âîçðàñòàíèÿ àáñîëþòíîé âåëè-
÷èíû �� � �� � y �
Âûâîäû
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâåäåíî ñèñòåìàòè÷å-
ñêîå èçó÷åíèå íèçêîòåìïåðàòóðíîé ïëàñòè÷íîñòè
è ðàçðóøåíèÿ óëüòðàìåëêîçåðíèñòîé ñòðóêòóð-
íîé ìîäèôèêàöèè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî òèòàíà
– òàê íàçûâàåìîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà, ïðè-
ãîòîâëåííîãî ìåòîäîì ðàâíîêàíàëüíîãî óãëîâîãî
ïðåññîâàíèÿ. Èñõîäíûì ìàòåðèàëîì äëÿ ïîëó÷å-
íèÿ ÍÑ òèòàíà áûë êðóïíîçåðíèñòûé ïîëèêðè-
ñòàëë. Çàäà÷àìè èññëåäîâàíèÿ ÿâëÿëîñü ñðàâíå-
íèå íèçêîòåìïåðàòóðíûõ âåëè÷èí ìåõàíè÷åñêèõ
ïàðàìåòðîâ ÊÇ è ÍÑ ìîäèôèêàöèé òèòàíà, à òàê-
æå óñòàíîâëåíèå åäèíñòâà è ðàçëè÷èÿ ìèêðîìåõà-
íèçìîâ äåôîðìàöèè è ðàçðóøåíèÿ ýòèõ ñòðóêòóð-
íûõ ñîñòîÿíèé â óñëîâèÿõ íèçêèõ òåìïåðàòóð.
Èçìåðåíèÿ âûïîëíåíû ìåòîäîì êâàçèñòàòè÷åñêî-
ãî îäíîîñíîãî ñæàòèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ 300, 77 è
4,2 Ê. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû è èõ àíàëèç ïî-
çâîëèëè ñäåëàòü ñëåäóþùèå îñíîâíûå âûâîäû:
— óìåíüøåíèå ðàçìåðà çåðíà ïðè ïåðåõîäå îò
ÊÇ ê ÍÑ òèòàíó ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíîìó ïîâû-
øåíèþ ïðåäåëà òåêó÷åñòè (â 1,5–2 ðàçà) è ïîíè-
æåíèþ ðåñóðñà ïëàñòè÷íîñòè âî âñåì èçó÷åííîì
èíòåðâàëå òåìïåðàòóð (300–4,2 Ê);
— êðèâàÿ äåôîðìàöèîííîãî óïðî÷íåíèÿ ÍÑ
òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ èìååò îäíó ëè-
íåéíóþ ñòàäèþ è ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ïà-
ðàáîëè÷åñêîé èëè ìíîãîñòàäèéíîé êðèâîé óïðî÷-
íåíèÿ ÊÇ òèòàíà;
— íàáëþäàåìûå çàêîíîìåðíîñòè ïëàñòè÷åñêî-
ãî òå÷åíèÿ ÍÑ òèòàíà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ
ñîîòâåòñòâóþò èñòî÷íèêîâîé ìîäåëè äåôîðìàöèè
è óïðî÷íåíèÿ, ñîãëàñíî êîòîðîé ïåðâè÷íûå ìèê-
ðîñêîïè÷åñêèå ïîëîñû ñêîëüæåíèÿ âîçíèêàþò
â îáúåìå ìàòåðèàëà ñòàòèñòè÷åñêè íåçàâèñèìî è
äàþò îäíîðàçîâûé («äèñêðåòíûé») âêëàä â äå-
ôîðìàöèþ;
— îáðàçöû ÍÑ òèòàíà, ïîëó÷åííûå ìåòîäîì
ÐÊÓÏ, èìåþò îïðåäåëåííóþ òåêñòóðó, ÷òî ïðî-
ÿâëÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè âåëè÷èíû ïðåäåëà òåêó-
÷åñòè îò îðèåíòàöèè îñè ñæàòèÿ ïî îòíîøåíèþ ê
îñè ÐÊÓÏ;
— çàâèñèìîñòè ïðåäåëà òåêó÷åñòè ÍÑ òèòàíà
îò ðàçìåðà çåðíà ñâèäåòåëüñòâóþò î ïðåèìóùåñò-
âåííîì âêëàäå âíóòðèçåðåííîãî ñêîëüæåíèÿ â äå-
ôîðìàöèþ íà ïðåäåëå òåêó÷åñòè, à íàáëþäàåìûå
îñîáåííîñòè îáóñëîâëåíû âîçìîæíîñòüþ ìèêðî-
äâîéíèêîâàíèÿ â íåêîòîðûõ óñëîâèÿõ;
— ïëàñòè÷åñêàÿ äåôîðìàöèÿ ÍÑ òèòàíà ïðè
íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ èìååò òåðìè÷åñêè àêòèâèðî-
âàííûé õàðàêòåð, ÷òî íàáëþäàåòñÿ è äëÿ ÊÇ òè-
òàíà, íî êîëè÷åñòâåííûå ðàçëè÷èÿ ïðåäåëîâ òå-
êó÷åñòè è òåìïåðàòóðíûõ ÷óâñòâèòåëüíîñòåé
äåôîðìèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïðèâîäÿò ê çàêëþ-
÷åíèþ î ðàçëè÷íûõ âêëàäàõ âíóòðèçåðåííîãî è
ìåæçåðåííîãî ñêîëüæåíèÿ, à òàêæå äâîéíèêîâà-
íèÿ â äåôîðìàöèþ ýòèõ ñòðóêòóðíûõ ìîäèôèêà-
öèé òèòàíà;
— â óñëîâèÿõ íèçêèõ òåìïåðàòóð ðàçðóøåíèå
ÍÑ òèòàíà ïðè îäíîîñíîì ñæàòèè ïðîèñõîäèò â
ðåçóëüòàòå ðàñïðîñòðàíåíèÿ íåóñòîé÷èâîãî ïëà-
ñòè÷åñêîãî ñäâèãà, êîòîðûé ñîïðîâîæäàåòñÿ ëî-
êàëüíûì àäèàáàòè÷åñêèì ðàçîãðåâîì ìàòåðèàëà;
— ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñêîå èçó÷åíèå
ìîðôîëîãèè ïîâåðõíîñòè ñäâèãîâîãî ðàçðóøåíèÿ
ÍÑ òèòàíà âûÿâëÿåò ñïåöèôè÷åñêèé «âåííûé»
óçîð, àíàëèç êîòîðîãî ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü îöåíêó
äëÿ òåìïåðàòóðû ëîêàëüíîãî ðàçîãðåâà ïîðÿäêà
èëè âûøå 800 �Ñ;
— ÿâëåíèå õëàäíîëîìêîñòè äëÿ ÍÑ òèòàíà íå
íàáëþäàëîñü âïëîòü äî òåìïåðàòóðû æèäêîãî ãå-
ëèÿ, à ñîîòíîøåíèå âåëè÷èí ïðåäåëà òåêó÷åñòè è
ðåñóðñà ïëàñòè÷íîñòè ïîçâîëÿåò îòíåñòè ÍÑ òè-
òàí ê ïåðñïåêòèâíûì êîíñòðóêöèîííûì ìàòåðèà-
ëàì êðèîãåííîé òåõíèêè.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1223
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
 çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî â íàñòîÿùåé ðàáî-
òå ìû èìåëè âîçìîæíîñòü èçìåðèòü íèçêîòåìïå-
ðàòóðíûå ìåõàíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÍÑ òèòà-
íà òîëüêî ïðè òðåõ çíà÷åíèÿõ òåìïåðàòóðû.
Äàííîå îáñòîÿòåëüñòâî íå ïîçâîëèëî ïðîâåñòè äå-
òàëüíûé òåðìîàêòèâàöèîííûé àíàëèç ïëàñòè÷íî-
ñòè è îäíîçíà÷íî óñòàíîâèòü ìèêðîñêîïè÷åñêèå
ìåõàíèçìû, îïðåäåëÿþùèå ïëàñòè÷åñêîå òå÷åíèå
ýòîãî ìàòåðèàëà: òèï äèñëîêàöèé, ìåõàíèçì èõ
çàðîæäåíèÿ, ïðèðîäó è ïàðàìåòðû áàðüåðîâ, òîð-
ìîçÿùèõ ñêîëüæåíèå è ò.ï. Òàêîå èññëåäîâàíèå
ïðåäïîëàãàåòñÿ âûïîëíèòü â äàëüíåéøåì. Ïðåä-
ïîëàãàåìûå ýêñïåðèìåíòû äîëæíû âêëþ÷àòü
â ñåáÿ äåòàëüíûå èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðíûõ çàâè-
ñèìîñòåé ïðåäåëà òåêó÷åñòè è ñêîðîñòíîé ÷óâñò-
âèòåëüíîñòè äåôîðìèðóþùåãî íàïðÿæåíèÿ, à
òàêæå òåðìîàêòèâàöèîííûé àíàëèç ýòèõ çàâèñè-
ìîñòåé ïî ñõåìå, ðàíåå ðåàëèçîâàííîé äëÿ ÊÇ òè-
òàíà [17]. Ïðåäïîëàãàåòñÿ òàêæå ýëåêòðîííî-ìèê-
ðîñêîïè÷åñêîå èññëåäîâàíèå äåôîðìèðîâàííîãî
ÍÑ òèòàíà ñ öåëüþ âûÿñíåíèÿ âîçìîæíîãî âîç-
íèêíîâåíèÿ ìèêðîäâîéíèêîâ.
Àâòîðû áëàãîäàðíû Â. Îöåëèêó, Â. Í. Êîâà-
ëåâîé, Â. À. Ìîñêàëåíêî è Ñ. Í. Ñìèðíîâó çà ñî-
äåéñòâèå ýòîé ðàáîòå è ïëîäîòâîðíûå îáñóæäåíèÿ
åå ðåçóëüòàòîâ, à òàêæå Î. È. Þçåôîâè÷ è Ñ. Â.
Áåíãóñó çà ïîìîùü â èçãîòîâëåíèè êîìïüþòåðíîé
âåðñèè ðèñóíêîâ.
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ÷àñòè÷-
íîé ïîääåðæêå ïðîåêòîâ INTAS-99-01741,
INTAS-2001-nano-320 è VEGA 2101.
Ïðèëîæåíèå
Ìèêðîñòðóêòóðíûå âíóòðåííèå íàïðÿæåíèÿ,
îáóñëîâëåííûå àíèçîòðîïèåé òåïëîâîãî
ðàñøèðåíèÿ çåðåí
 ïîëèêðèñòàëëàõ ìàòåðèàëîâ ñ íåêóáè÷åñêîé
ñèììåòðèåé ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû âîçíèêà-
þò ìèêðîñòðóêòóðíûå òåðìîóïðóãèå íàïðÿæåíèÿ,
îáóñëîâëåííûå àíèçîòðîïèåé òåïëîâîãî ðàñøèðå-
íèÿ îòäåëüíûõ çåðåí [26]. Ïîäðîáíûé êîëè÷åñò-
âåííûé àíàëèç ýòîãî ýôôåêòà âïåðâûå áûë âû-
ïîëíåí Ëèõà÷åâûì [27], êîòîðûé íàçâàë òàêèå
íàïðÿæåíèÿ âíóòðåííèìè íàïðÿæåíèÿìè òåð-
ìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè. Äëÿ îöåíêè âåëè÷èíû
êîìïîíåíò � ik
th òåíçîðà íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé
àíèçîòðîïèè Ëèõà÷åâ ðàññìîòðåë çàäà÷ó î òåðìî-
óïðóãèõ íàïðÿæåíèÿõ â àíèçîòðîïíîì çåðíå, ïî-
ãðóæåííîì â ýôôåêòèâíóþ èçîòðîïíóþ ñðåäó,
êîòîðàÿ ìîäåëèðóåò ïîëèêðèñòàëëè÷åñêóþ ìàò-
ðèöó, îêðóæàþùóþ çåðíî [27]. Â ðàáîòå [27] ðàñ-
ñìàòðèâàëè â îñíîâíîì âîïðîñ î íàïðÿæåíèÿõ
� ik
th , âîçíèêàþùèõ ïðè íàãðåâå ïîëèêðèñòàëëîâ
âûøå êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû, íî ïîëó÷åííûå
Ëèõà÷åâûì ðåçóëüòàòû ìîæíî èñïîëüçîâàòü ñ íå-
áîëüøèìè èçìåíåíèÿìè è äëÿ îöåíîê ìèêðî-
ñòðóêòóðíûõ íàïðÿæåíèé � ik
th , âîçíèêàþùèõ ïðè
îõëàæäåíèè ïîëèêðèñòàëëîâ òèòàíà îò êîìíàòíîé
òåìïåðàòóðû äî òåìïåðàòóð æèäêîãî àçîòà è ãå-
ëèÿ.
Äëÿ âû÷èñëåíèÿ êîìïîíåíò òåíçîðà íàïðÿæå-
íèé òåðìè÷åñêîé àíèçîòðîïèè â ñëó÷àå êðèñòàë-
ëîâ ãåêñàãîíàëüíîé ñèíãîíèè â [27] áûëà èñïîëü-
çîâàíà ïðÿìîóãîëüíàÿ (îðòîãåêñàãîíàëüíàÿ [42])
ñèñòåìà êîîðäèíàò ñ îñÿìè õ1 è õ2 , îðèåíòèðî-
âàííûìè âäîëü íàïðàâëåíèé [1 2 1 0, , , ] è [101 0, , ], à
îñü õ3 — âäîëü êðèñòàëëîãðàôè÷åñêîãî íàïðàâ-
ëåíèÿ [0,0,0,1] (îñü 6-ãî ïîðÿäêà). Â ýòèõ êîîð-
äèíàòàõ ïðèðàùåíèÿ äèàãîíàëüíûõ êîìïîíåíò
� ii
th , îáóñëîâëåííûå ìàëûìè ïðèðàùåíèÿìè òåì-
ïåðàòóðû T, èìåþò âèä
� �� �
� �
11 22
11 12 13 3 1
1
2 11 12
2
3 1
th th� �
�
� � �
� �
( )( )
[ (
c c c
c c � �c / c c
T
13 11
0
12
0) ( )]
,
( ) ( )
�
(Ï.1)
��
� �
33
13 33 3 1
1
2 11 12 13 11
0
4
3 1
th �
� �
� � �
( )( )
[ ( ) ( (
c c
c c c / c ) ( ))]� c
T
12
0
� .
(Ï.2)
Çäåñü c11, c12, c13 è c33 — óïðóãèå êîíñòàíòû
ÃÏÓ ìîíîêðèñòàëëà; c11
0( ) è c12
0( ) — óñðåäíåííûå
óïðóãèå êîíñòàíòû ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîé ñðåäû,
îêðóæàþùåé çåðíî; �3 è �1 – êîýôôèöèåíòû
òåïëîâîãî ðàñøèðåíèÿ ïàðàëëåëüíî è ïåðïåíäè-
êóëÿðíî îñè 6-ãî ïîðÿäêà.
Ïðè òåìïåðàòóðàõ âûøå êîìíàòíîé �3 è �1,
êàê ïðàâèëî, èçìåíÿþòñÿ ìàëî [43] è ðàçíîñòü
�3 – �1 ìîæíî ñ÷èòàòü ïîñòîÿííîé, îäíàêî íèæå
300 Ê �3 è �1 ñóùåñòâåííî çàâèñÿò îò òåìïåðà-
òóðû. Ïîýòîìó ïðè èñïîëüçîâàíèè âûðàæåíèé
(Ï.1) è (Ï.2) äëÿ âû÷èñëåíèÿ � ii Tth ( ) â ñëó÷àå
îõëàæäåíèÿ îò 300 Ê äî íåêîòîðîé òåìïåðàòóðû
Ò ïðèðàùåíèå (�3 – �1) T äîëæíî áûòü çàìåíåíî
íà èíòåãðàë
I T d
T
( ) [ ( ) ( )]� �� � � � � �3 1
300
. (Ï.3)
Èíòåãðàë I(T) äëÿ òèòàíà íàéäåí íàìè ÷èñëåííî
ïî äàííûì î çàâèñèìîñòè �(T) èç [15]. Åãî âåëè-
÷èíà ïðåòåðïåâàåò íàèáîëüøåå èçìåíåíèå â èí-
òåðâàëå òåìïåðàòóð 300–40 Ê, à ïðè äàëüíåéøåì
îõëàæäåíèè èçìåíÿåòñÿ ìàëî. Âåëè÷èíû I äëÿ 77
1224 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
è 4,2 Ê ïðèâåäåíû â òàáë. 3, ãäå óêàçàíû òàêæå
çíà÷åíèÿ óïðóãèõ êîíñòàíò òèòàíà (íàéäåííûå
ýêñòðàïîëÿöèåé äàííûõ [44] îò 73 è 4 Ê) è
c c11
0
12
0( ) ( )� [25] äëÿ ýôôåêòèâíîé èçîòðîïíîé ñðå-
äû. Çíà÷åíèÿ c c11
0
12
0( ) ( )� [25] ïîëó÷åíû ýêñòðàïî-
ëÿöèåé îò 300 Ê ñ èñïîëüçîâàíèåì òåìïåðàòóðíîé
çàâèñèìîñòè âåëè÷èíû c c11 12� [44].
Âû÷èñëåííûå ïî îïèñàííîé âûøå ñõåìå âåëè-
÷èíû ãëàâíûõ íàïðÿæåíèé òåðìè÷åñêîé àíèçî-
òðîïèè � �11 22
th th� è �33
th ïðè 77 è 4,2 Ê ïðèâåäåíû
â äâóõ ïîñëåäíèõ êîëîíêàõ òàáë. 3. Âèäíî, ÷òî
�33 0� , à �11 è �12 0� , ò.å. ïðè îõëàæäåíèè îò
êîìíàòíîé òåìïåðàòóðû êàæäîå çåðíî òèòàíà ïîä-
âåðãàåòñÿ ñæèìàþùèì íàïðÿæåíèÿì âäîëü îñè
6-ãî ïîðÿäêà è ðàñòÿãèâàþùèì íàïðÿæåíèÿì â
ïåðïåíäèêóëÿðíîì íàïðàâëåíèè. Íåîáõîäèìî îò-
ìåòèòü, ÷òî íàïðÿæåíèÿ �11
th è �33
th â òàáë. 3 âû-
÷èñëåíû â ïðåäïîëîæåíèè îòñóòñòâèÿ êðèñòàëëî-
ãðàôè÷åñêîé òåêñòóðû â ïîëèêðèñòàëëå. Ïðè
íàëè÷èè òåêñòóðû ýòè âåëè÷èíû â 2–3 ðàçà ìåíü-
øå [27].
1. Investigations and Applications of Severe Plastic
Deformation, T. C. Lowe and R. Z. Valiev (eds.),
NATO Science Ser. 3. High Technology 80, Kluwer
Academic Publishers, Dordrecht (2000), p. 394.
2. E. D. Tabachnikova, V. Z. Bengus, V. V. Sto-
lyarov, G. I. Raab, R. Z. Valiev, K. Csach, and
J. Miskuf, Mater. Sci. Eng. A309-310, 524 (2001).
3. D. Jia, Y. M. Wang, K. T. Ramesh, E. Ma, Y. T.
Zhu, and R. Z. Valiev, Appl. Phys. Lett. 79, 611
(2001).
4. E. W. Collings, The Physical Metallurgy of Tita-
nium Alloys. American Society for Metals, Metals
Park (1984), p. 223.
5. Ð. À. Óëüÿíîâ, Â. À. Ìîñêàëåíêî, Ìåòàëëî-
âåäåíèå è òåðìè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ìåòàëëîâ,
¹ 10, 48 (1966).
6. S. Nemat-Nasser, W. G. Guo, and J. Y. Cheng,
Acta Mater. 47, 3705 (1999).
7. M. R. Staker, Acta Metall. 29, 683 (1981).
8. Þ. Ð. Êîëîáîâ, Ð. Ç. Âàëèåâ, Ã. Ï. Ãðàáîâåöêàÿ,
À. Ï. Æèëÿåâ, Å. Ô. Äóäàðåâ, Ê. Â. Èâàíîâ,
Ì. Á. Èâàíîâ, Î. À. Êàøèí, Å. Â. Íàéäåíêèí,
Çåðíîãðàíè÷íàÿ äèôôóçèÿ è ñâîéñòâà íàíîñòðóê-
òóðíûõ ìàòåðèàëîâ, Íàóêà, Íîâîñèáèðñê (2001).
9. D. Jia, K. T. Ramesh, and E. Ma, Scripta Mater.
42, 73 (2000).
10. V. A. Moskalenko, V. I. Startsev, and V. N. Ko-
valeva, Cryogenics 20, 503 (1980).
11. Â. Í. Êîâàëåâà, Â. À. Ìîñêàëåíêî, Â. È. Ñòàð-
öåâ, ÔÌÌ 52, 391 (1981).
12. Â. È. Åðåìèí, Â. Í. Êîâàëåâà, Â. À. Ìîñêàëåíêî,
â êí.: Êðèîãåííûå ìàòåðèàëû è èõ ñâàðêà, Ê. À.
Þùåíêî, Ä. À. Âèãëè (ðåä.), Íàóêîâà äóìêà,
Êèåâ (1986), ñ. 74.
13. V. Z. Bengus, J. Phys. IV France 11, Pr5-237
(2001).
14. A. Vinogradov, Scripta Mater. 39, 797 (1998).
15. Â. È. Íèæàíêîâñêèé, Ì. È. Êàöíåëüñîí, Ã. Â.
Ïåñ÷àíñêèõ, À. Â. Òðåôèëîâ, Ïèñüìà â ÆÝÒÔ
59, 693 (1994).
16. V. N. Kovaleva and V. A. Moskalenko, Cryogenics
29, 1002 (1989).
17. V. N. Kovaleva, V. A. Moskalenko, and V. D.
Natsik, Philos. Mag. A70, 423 (1994).
18. E. D. Levine, Transactions of the Metallurgical So-
ciety of AIME 234, 1558 (1966).
19. M. Blicharski, S. Nonrbakhs, and J. Nutting, Me-
tal Science 13, 516 (1979).
20. Â. Â. Ðûáèí, Áîëüøèå ïëàñòè÷åñêèå äåôîðìàöèè
è ðàçðóøåíèå ìåòàëëîâ, Ìåòàëëóðãèÿ, Ìîñêâà
(1986).
21. J. Schiotz, T. Vegge, F. D. Di Tolla, and K. W.
Jacobsen, Phys. Rev. B60, 11971 (1999).
22. A. Í. Oðëoâ, Â. H. Ïåðåâåçåíöåâ, Â. Â. Ðûáèí,
Ãðàíèöû çåðåí â ìåòàëëàõ, Ìåòàëëóðãèÿ, Mocêâà
(1980).
23. I. Kim, W.-S. Jeong, J. Kim, K.-T. Park, and
D. H. Shin, Scripta Mater. 45, 575 (2001).
24. A. Ð. Êèëüìàìåòîâ, Â. Â. Ñìîëÿðîâ, Ë. Î. Øåñ-
òàêîâà, È. Â. Àëåêñàíäðîâ, â êí.: Ñòðóêòóðà è
ñâîéñòâà íàíîêðèñòàëëè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ, Ï. Ã.
Òàëóö, Í. È. Íîñêîâà (ðåä.), Óðî ÐÀÍ, Åêàòå-
ðèíáóðã (1999), ñ. 185.
25. U. Zwicker, Titan und Titanlegierungen, Sprin-
ger-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1974).
26. W. Boas and R. W. K. Honeycombe, Proc. R. Soc.
London 188, 427 (1947).
27. Â. À. Ëèõà÷åâ, ÔÒÒ 3, 1827 (1961).
28. Ì. Â. Êëàññåí-Íåêëþäîâà, Ìåõàíè÷åñêîå äâîé-
íèêîâàíèå êðèñòàëëîâ, Èçä-âî ÀÍ ÑÑÑÐ, Ìîñêâà
(1960).
29. M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, and T. G.
Langdon, in: Ultra Fine-Grained Materials Pre-
pared by Severe Plastic Deformation, R. Z. Valiev
(ed.), Ann. Chim. 21, 493 (1996).
30. R. Z. Valiev, in: Investigations and Applications of
Severe Plastic Deformations, T. C. Love and R. Z.
Valiev (eds.), NATO Science Ser. 3. High Tech-
nology 80, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht
(2000), p. 221.
31. G. T. Gray III, T. C. Lowe, C. M. Cady, R. Z.
Valiev, and I. V. Alexandrov, Nanostruct. Mater.
9, 477 (1997).
32. V. Z. Bengus, E. D. Tabachnikova, K. Csach,
J. Miskuf, V. V. Stolyarov, R. Z. Valiev, V. Ocelik,
and J. Th. M. De Hosson, in: Science of Metastable
and Nanocrystalline Alloys. Structure, Properties
and Modelling, A. R. Dinesen, and M. Eldrup
(eds.), Riso National Laboratory, Roskilde, Den-
mark (2001), p. 217.
33. Å. Ä. Òàáà÷íèêîâà, Â. Ç. Áåíãóñ, Â. Â. Ìîëî-
êàíîâ, Ò. Í. Ìèõàéëîâà, ÔÒÒ 36, 2335 (1994).
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11 1225
Íèçêîòåìïåðàòóðíàÿ äåôîðìàöèÿ è ðàçðóøåíèå îáúåìíîãî íàíîñòðóêòóðíîãî òèòàíà
34. E. Tabachnikova, V. Bengus, J. Miskuf, K. Csach,
V. Ocelik, W. Johnson, and V.Molokanov, Mate-
rials Science Forum 343-346, Proc. of ISMA-
NAM-99, Trans. Tech. Publications, Switzerland
(2000), ð. 197.
35. V. Z. Bengus, E. D. Tabachnikova, J. Miskuf,
K. Csach, V. Ocelik, W. L .Johnson, and V. V.
Molokanov, J. Mater. Science 35, 4449 (2000).
36. V. Z. Bengus, E. D. Tabachnikova, S. E. Shumilin,
Y. I. Golovin, M. V. Makarov, J. Miskuf,
K. Csach, and V. Ocelik, Int. J. Rapid Solidifica-
tion 8, 21 (1993).
37. A. S. Bakai, Topics in Applied Physics 72, Glassy
Metals III, H. Beck and H.-J. Gunterodt (eds.)
Springer, Berlin (1994), p. 209.
38. À. Ñ. Áàêàé, Ïîëèêëàñòåðíûå àìîðôíûå òåëà,
Ýíåðãîàòîìèçäàò, Ìîñêâà (1987).
39. A. Argon, Glass Science and Technology 5, 79
(1980).
40. V. Bengus, E. Tabachnikova, K. Csach, J. Miskuf,
and V. Ocelik, Scripta Metallurgica et Materialia
35, 781 (1996).
41. Á. À. Êîëà÷åâ, Â. À. Ëèâàíîâ, À. À. Áóõàíîâà,
Ìåõàíè÷åñêèå ñâîéñòâà òèòàíà è åãî ñïëàâîâ,
Ìåòàëëóðãèÿ, Ìîñêâà (1974).
42. ×. Ñ. Áàððåòò, Ñòðóêòóðà ìåòàëëîâ, Ìîñêâà,
Ìåòàëëóðãèçäàò (1948).
43. Ñ. È. Íîâèêîâà, Òåïëîâîå ðàñøèðåíèå òâåðäûõ
òåë, Íàóêà, Ìîñêâà (1974).
44. E. S. Fisher and C. J. Renken, Phys. Rev. 135,
A482 (1964).
Low temperature deformation and failure
of bulk nanostructured titanium processed
by severe plastic deformation through equal
channel angular pressing
V. Z. Bengus, Å. D. Òàbachnikova, V. D. Natsik,
J. Ìiskuf, Ê. Csach,
V. V. Stolyarov, and R. Z. Valiev
Low temperature plasticity and failure of
polycrystals of coarse-grained (CG) and
nanostructured (NS) titanium of commercial
purity are studied. The NS titanium was pre-
pared by equal channel angular pressing
(ECAP) and subsequent thermomechanical
treatment. Two structural modifications were
prepared which had 0,3 and 0,1 �m grains.
The measurements were made at 300, 77 and
4,2 K under uniaxial compression at the strain
rate of 4·10–4 s–1. The work-hardening «stress-
strain» curves were obtained; the macroscopic
yield stress and the plasticity resource were
measured for the samples compressed along
and across the ECAP axis. The yield stress in-
creased 1.5–2 times on changing from CG to
NS titanium and on cooling from 300 to 4.2
K. Plasticity anisotropy was also observed in
NS titanium when the compression axis orien-
tation was changed from parallel to perpen-
dicular – the yield stress increased 1.2–1.5
times. These changes in the sample structure
and the experimental conditions reduced the
plasticity resource systematically but the
pre-failure strain was still above 4%. No cold
brittleness was observed in NS titanium down
to liquid helium temperature, though at 4.2 K
the plastic flow became jump-like, as in CG
titanium. It is found that under low tempera-
ture uniaxial compression, the failure of NS ti-
tanium is caused by unstable plastic shear
leading to a local adiabatic heating-up of the
material. This is not characteristic of CG tita-
nium. Scanning electron microscopy of the
shear failure surface morphology detected the
characteristic «vein» pattern indicative of lo-
cal heating to 800 �C and over. The analysis
of the experimental results makes it possible
to suggest that at low temperatures the plastic
deformation in NS titanium is a thermally ac-
tivated process, the yield stress is influenced
significantly by the microstructural internal
stresses induced by thermal anisotropy and by
probable microtwinning.
1226 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 11
Â. Ç. Áåíãóñ è äð.
|