ОРИЕНТАЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО СПЛАВА FeNiCoCrAl0.3
|
РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Механизмы пластической деформации высокоэнтропийных ГЦК металлов и сплавов 7
1.1 Основные сведения о высокоэнтропийных сплавах 7
1.2 Упрочнение твердого раствора 10
1.3 Скольжение в ГЦК металлах и сплавах 11
1.4 Двойникование в ГЦК металлах и сплавах 15
1.5 Влияние поля внешних напряжений на тонкую структуру дислокации 17
1.5 Критическое приведённое напряжение сдвига для скольжения. Закон Боаса-Шмида .. 19
1.6 Стадии пластической деформации ГЦК моно- и поликристаллов 22
2 Постановка задач и методика эксперимента 25
2.1 Постановка задач 25
2.2 Методика эксперимента 26
3 Результаты эксперимента и обсуждение 28
3.1 Температурная и ориентационная зависимость критических скалывающих
напряжений 28
3.2 Ориентационная зависимость коэффициента деформационного упрочнения и
пластичности 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Механизмы пластической деформации высокоэнтропийных ГЦК металлов и сплавов 7
1.1 Основные сведения о высокоэнтропийных сплавах 7
1.2 Упрочнение твердого раствора 10
1.3 Скольжение в ГЦК металлах и сплавах 11
1.4 Двойникование в ГЦК металлах и сплавах 15
1.5 Влияние поля внешних напряжений на тонкую структуру дислокации 17
1.5 Критическое приведённое напряжение сдвига для скольжения. Закон Боаса-Шмида .. 19
1.6 Стадии пластической деформации ГЦК моно- и поликристаллов 22
2 Постановка задач и методика эксперимента 25
2.1 Постановка задач 25
2.2 Методика эксперимента 26
3 Результаты эксперимента и обсуждение 28
3.1 Температурная и ориентационная зависимость критических скалывающих
напряжений 28
3.2 Ориентационная зависимость коэффициента деформационного упрочнения и
пластичности 33
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) сегодня вызывают интерес у учёных по всему миру. Как правило, они включают в себя примерно в равных пропорциях пять и более компонентов. Сам термин «высокоэнтропийные сплавы» существует с 2004 года, а исследования в этой области ведутся лишь последние пять-семь лет. При наличии минимум пяти элементов с близкими атомными радиусами эти сплавы с составом близкому к эквиатомному способны образовывать фазы на основе твердых растворов замещения с ГЦК или ОЦК кристаллической структурой и отличаются благоприятным набором свойств (таких, как прочность, твердость, пластичность, жаропрочность и термическая устойчивость метастабильных дисперсионно упрочненных структурных состояний).
Актуальность работы. ВЭС представляют собой эквиатомные или близкие к ним многоэлементные системы, которые могут кристаллизоваться в виде одной фазы, несмотря на наличие нескольких элементов с различными кристаллическими структурами. Обоснованием этого является то, что связь конфигурационной энтропии с полной свободной энергией в сплавах с пятью и более элементами может стабилизировать состояние твердого раствора относительно многофазных микроструктур. ВЭС обладают исключительной устойчивостью к повреждениям, высокими значениями прочности и вязким характером разрушения. Кроме того, повышение прочности в ВЭС сопровождается увеличением пластичности при растяжении с понижением температуры испытания, что противоречит большинству других материалов, где прочность и пластичность являются взаимоисключающими величинами. Однако, на сегодняшний день физическая причина сильного деформационного упрочнения и вязкого разрушения при низких температурах испытания ВЭС остается до конца не изученной. И поэтому необходимы исследования механического поведения этих сплавов на монокристаллах.
В данной работе представлены исследования механизмов твердорастворного и деформационного упрочнения на монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) при деформации растяжением в зависимости от ориентации кристалла и температуры испытания. Исследования на монокристаллах позволяют глубже понять особенности их механического поведения в отсутствии границ зерен.
Целью выпускной квалификационной работы бакалавра является исследование механизмов твердорастворного и деформационного упрочнения на монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) при деформации растяжением.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучить зависимость критических скалывающих напряжений от ориентации
кристаллов при деформации растяжением;
2. Исследовать вид о(в)- кривых, пластичность и коэффициент деформационного упрочнения в зависимости от ориентации кристалла при деформации растяжением в широком температурном интервале;
3. Провести анализ оптической поверхности деформированных монокристаллов;
4. Исследовать дислокационную структуру на ранних стадиях пластической деформации.
Научная новизна работы. На монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 при деформации растяжением впервые:
- Установлено отсутствие ориентационной зависимости критических скалывающих напряжений тст и выполнение закона Боаса-Шмида.
- Показано, что вид о(в)- кривых течения, коэффициент деформационного упрочнения 9II и пластичность обладают ориентационной зависимостью, [ 111]- кристаллы характеризуются наибольшим значением 9II при всех температурах испытания, максимальная пластичность наблюдается в [011]- кристаллах.
- Показано, что дислокационная структура на ранних стадиях пластической деформации не зависит от ориентации оси кристалла. Во всех ориентациях наблюдается планарная дислокационная структура, состоящая из плоских скоплений нерасщепленных дислокаций.
Научно-практическая значимость работы. Обнаруженные в кристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 закономерности влияния ориентации кристалла на уровень критических скалывающих напряжений тст, вид о(в)- кривых течения, величину коэффициента деформационного упрочнения 9II, уровень напряжений перед разрушением, пластичность и дислокационную структуру могут быть использованы для развития теории пластической деформации новых ГЦК ВЭС.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Отсутствие ориентационной зависимости критических скалывающих напряжений в монокристаллах высокоэнтропийного сплава FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) в широком температурном интервале и выполнение закона Боаса-Шмида при деформации растяжением. Планарный характер дислокационной структуры, содержащей плоские скопления нерасщепленных дислокаций, и отсутствие ее ориентационной зависимости на ранних стадиях пластической деформации скольжением до 5 %.
2. Экспериментально обнаруженная ориентационная и температурная зависимость коэффициента деформационного упрочнения 9II на линейной стадии и пластичности в, что определяется развитием различного числа систем сдвига.
Апробация работы. Материалы выпускной квалификационной работы бакалавра были представлены на конференциях различного уровня: XIV Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2017), Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Современные технологии и материалы новых поколений» (Томск, 2017), IV Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (Томск, 2017), Двадцать четвертой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Томск, 2018), XVI Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела» (Томск, 2018).
Публикации. По материалам выпускной квалификационной работы бакалавра опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в базу Web of Science и Scopus, 7 тезисов в сборниках трудов и материалов международных и всероссийских научных конференций.
Актуальность работы. ВЭС представляют собой эквиатомные или близкие к ним многоэлементные системы, которые могут кристаллизоваться в виде одной фазы, несмотря на наличие нескольких элементов с различными кристаллическими структурами. Обоснованием этого является то, что связь конфигурационной энтропии с полной свободной энергией в сплавах с пятью и более элементами может стабилизировать состояние твердого раствора относительно многофазных микроструктур. ВЭС обладают исключительной устойчивостью к повреждениям, высокими значениями прочности и вязким характером разрушения. Кроме того, повышение прочности в ВЭС сопровождается увеличением пластичности при растяжении с понижением температуры испытания, что противоречит большинству других материалов, где прочность и пластичность являются взаимоисключающими величинами. Однако, на сегодняшний день физическая причина сильного деформационного упрочнения и вязкого разрушения при низких температурах испытания ВЭС остается до конца не изученной. И поэтому необходимы исследования механического поведения этих сплавов на монокристаллах.
В данной работе представлены исследования механизмов твердорастворного и деформационного упрочнения на монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) при деформации растяжением в зависимости от ориентации кристалла и температуры испытания. Исследования на монокристаллах позволяют глубже понять особенности их механического поведения в отсутствии границ зерен.
Целью выпускной квалификационной работы бакалавра является исследование механизмов твердорастворного и деформационного упрочнения на монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) при деформации растяжением.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Изучить зависимость критических скалывающих напряжений от ориентации
кристаллов при деформации растяжением;
2. Исследовать вид о(в)- кривых, пластичность и коэффициент деформационного упрочнения в зависимости от ориентации кристалла при деформации растяжением в широком температурном интервале;
3. Провести анализ оптической поверхности деформированных монокристаллов;
4. Исследовать дислокационную структуру на ранних стадиях пластической деформации.
Научная новизна работы. На монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 при деформации растяжением впервые:
- Установлено отсутствие ориентационной зависимости критических скалывающих напряжений тст и выполнение закона Боаса-Шмида.
- Показано, что вид о(в)- кривых течения, коэффициент деформационного упрочнения 9II и пластичность обладают ориентационной зависимостью, [ 111]- кристаллы характеризуются наибольшим значением 9II при всех температурах испытания, максимальная пластичность наблюдается в [011]- кристаллах.
- Показано, что дислокационная структура на ранних стадиях пластической деформации не зависит от ориентации оси кристалла. Во всех ориентациях наблюдается планарная дислокационная структура, состоящая из плоских скоплений нерасщепленных дислокаций.
Научно-практическая значимость работы. Обнаруженные в кристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 закономерности влияния ориентации кристалла на уровень критических скалывающих напряжений тст, вид о(в)- кривых течения, величину коэффициента деформационного упрочнения 9II, уровень напряжений перед разрушением, пластичность и дислокационную структуру могут быть использованы для развития теории пластической деформации новых ГЦК ВЭС.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Отсутствие ориентационной зависимости критических скалывающих напряжений в монокристаллах высокоэнтропийного сплава FeNiCoCrAlo.3 (ат. %) в широком температурном интервале и выполнение закона Боаса-Шмида при деформации растяжением. Планарный характер дислокационной структуры, содержащей плоские скопления нерасщепленных дислокаций, и отсутствие ее ориентационной зависимости на ранних стадиях пластической деформации скольжением до 5 %.
2. Экспериментально обнаруженная ориентационная и температурная зависимость коэффициента деформационного упрочнения 9II на линейной стадии и пластичности в, что определяется развитием различного числа систем сдвига.
Апробация работы. Материалы выпускной квалификационной работы бакалавра были представлены на конференциях различного уровня: XIV Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2017), Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Современные технологии и материалы новых поколений» (Томск, 2017), IV Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Молодежь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (Томск, 2017), Двадцать четвертой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Томск, 2018), XVI Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела» (Томск, 2018).
Публикации. По материалам выпускной квалификационной работы бакалавра опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в базу Web of Science и Scopus, 7 тезисов в сборниках трудов и материалов международных и всероссийских научных конференций.
Экспериментальные исследования на монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 при деформации растяжением с высокой энергией дефекта упаковки позволяют сделать следующие выводы:
1. При деформации растяжением критические скалывающие напряжения не зависят от ориентации кристалла во всем исследованном интервале температур, и для них выполняется закон Боаса-Шмида.
2. Установлено, что после небольшой деформации скольжением 5 % в широком температурном интервале в монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 развивается планарная дислокационная структура с плоскими скоплениями дислокаций, не зависящая от ориентации кристалла и температуры испытания.
3. На стадии линейного упрочнения коэффициент деформационного упрочнения 9II и пластичность зависят от ориентации кристалла и температуры испытания. Максимальная величина коэффициента деформационного упрочнения 9II обнаружена в
[ 1 11]- кристаллах, что связано с взаимодействием скольжения и дефектов упаковки. Максимальная пластичность наблюдается в [011]- кристаллах, что обусловлено развитием скольжения преимущественно в одной системе.
1. При деформации растяжением критические скалывающие напряжения не зависят от ориентации кристалла во всем исследованном интервале температур, и для них выполняется закон Боаса-Шмида.
2. Установлено, что после небольшой деформации скольжением 5 % в широком температурном интервале в монокристаллах ВЭС FeNiCoCrAl0.3 развивается планарная дислокационная структура с плоскими скоплениями дислокаций, не зависящая от ориентации кристалла и температуры испытания.
3. На стадии линейного упрочнения коэффициент деформационного упрочнения 9II и пластичность зависят от ориентации кристалла и температуры испытания. Максимальная величина коэффициента деформационного упрочнения 9II обнаружена в
[ 1 11]- кристаллах, что связано с взаимодействием скольжения и дефектов упаковки. Максимальная пластичность наблюдается в [011]- кристаллах, что обусловлено развитием скольжения преимущественно в одной системе.
