На правах рукописи КИРИЛЛОВ Алексей Михайлович

На правах рукописи
КИРИЛЛОВ Алексей Михайлович
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДВОЙНИКОВАНИЯ
ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОЦК СПЛАВА Fe-Si В
ШИРОКОМ ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР И СКОРОСТЕЙ
НАГРУЖЕНИЯ
Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Белгород – 2010
Работа выполнена в Тамбовском государственном университете имени
Г.Р. Державина
Научный руководитель:
Заслуженный деятель науки РФ,
доктор физико-математических наук,
профессор Фёдоров В.А.
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук,
профессор Камышанченко Н.В.;
кандидат физико-математических
наук, профессор Иванов В.М.
Ведущая организация:
Сибирский государственный
индустриальный университет
(г. Новокузнецк)
Защита диссертации состоится «19» ноября 2010 г. в 1600 на заседании
диссертационного совета Д.212.015.04 при Белгородском государственном
университете по адресу: 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85.
С диссертацией можно ознакомиться
Белгородского государственного университета.
в
научной
библиотеке
Автореферат разослан «___» октября 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. физ.-мат. наук, доцент
Беленко В.А.
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Интенсивное развитие металлоемких отраслей промышленности, таких
как станкостроение, ракетостроение, производство космической и авиационной техники, а также разработка современных технологий потребовали создания новых конструкционных материалов для работы в экстремальных условиях воздействия высоких или низких температур, больших статических и
динамических нагрузок, глубокого вакуума, проникающих излучений, воздействия вибраций и т.д.
Основой для создания большинства конструкционных материалов являются металлы и сплавы с ОЦК решеткой. Как правило, эти материалы находятся в поликристаллическом состоянии с определенным распределением
зерен по размерам. Состояние границ зерен и собственно размеры зерен
влияют на механические свойства. Одной из наиболее значимых задач материаловедения является увеличение низкотемпературной пластичности ОЦК
металлов и сплавов, т.к. работа деталей и конструкций в условиях низких
температур нередко сопровождается совместным разрушением и двойникованием, в связи с этим выяснение механизмов деформации и разрушения поликристаллических ОЦК материалов является актуальной задачей.
Развитие криогенной техники, внедрение новых технологических процессов обработки металлов (таких, как штамповка взрывом), а также расширение класса конструкционных материалов приводит к необходимости углубления знаний о закономерностях пластической деформации, протекающей в металлах и сплавах с ОЦК решеткой преимущественно двойникованием, в том числе и в поликристаллах.
При деформации материалов двойникованием и пересечении двойников
имеет место вторичные деформационные процессы. Анализ процессов микропластичности и разрушения в рамках дислокационных представлений, учет
кристаллографических особенностей двойникующихся материалов, аналитическое рассмотрение дислокационных моделей исследуемых процессов создают предпосылки для проведения исследований, направленных на выявление и разделение причин, условий и факторов, делающих двойники либо
опасными с точки зрения зарождения хрупкого разрушения, либо способствующими проявлению материалом пластичности. Эта задача также актуальна
не только в научном плане, но и в практическом аспекте.
Цель работы. Экспериментальное и аналитическое исследование закономерностей двойникования поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si при
различных температурах и скоростях деформирования, а также определение
влияния размера зерна на исследуемые процессы.
4
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Установить количественные характеристики интенсивности двойникования поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si в интервале температур 77
 500 K при различных скоростях деформирования.
2. Оценить вклад двойникования в деформацию сплава при низких
температурах за счет формирования зон локализованной пластичности.
3. Определить влияние размера зерна поликристаллического сплава FeSi на основные характеристики двойникования.
4. Установить взаимосвязь между скачком напряжения на диаграмме
нагружения, скоростью деформирования и количественными характеристиками двойникования.
5. Предложить метод определения кристаллографических характеристик двойников в поликристаллическом сплаве на основе взаимосвязи геометрических параметров двойниковых структур с направлением оси нагружения и плоскостью наблюдения.
6. Провести в рамках дислокационных представлений анализ локализованных зон пластичности, образующихся при пересечении двойников и установить пластифицирующую роль вторичных деформационных процессов.
7. Предложить метод определения вероятности совместного развития
двойников различных систем в зерне на основе сопоставления фигур пространственного распределения величин факторов Шмида.
Научная новизна:
1. Установлена функциональная зависимость между температурой и
размером зерна в поликристаллическом сплаве Fe-Si, по достижении которого процесс двойникования прекращается. Вид зависимости T  f (d ) аналогичен зависимости закона Холла-Петча, в котором в роли напряжений выступает температура.
2. Определены количественные характеристики двойникования поликристаллического сплава Fe-Si. Зависимость числа образующихся при постоянной скорости деформирования двойников имеет максимум при определенной температуре, которая возрастает по мере увеличения размера зерна и
скорости деформирования.
3. Оценен вклад двойникования в общую деформацию образца в области низких температур, связанный с формированием зон локализованной пластичности, в частности, при пересечении двойников.
4. Показано, что для поликристаллического сплава существуют “критические” скорости деформирования, зависящие от общего распределения зерен по размерам, при которых двойникование не наблюдается.
5
5. Показано, что в поликристаллическом сплаве максимальное количество двойников наблюдается в зернах, средний размер которых превышает
среднестатистический, характерный для рассматриваемого распределения
зерен по размерам.
6. Установлена связь между видом скачка напряжения на диаграммах
нагружения, скоростью деформирования, размером зерна и числом образовавшихся двойников в поликристаллическом Fe-Si сплаве.
7. Выполнен кристаллографический и дислокационный анализ вторичных деформационных процессов при пересечении двойников в ОЦК решетке.
С энергетических позиций определены и систематизированы возможные
дислокационные взаимодействия, отвечающие критерию Франка и максимальным значениям фактора Шмида. Оценена пластифицирующая эффективность вторичных деформационных процессов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Закономерности двойникования поликристаллического ОЦК-сплава
Fe-Si в интервале температур 77  500 K при различных скоростях деформирования.
2. Закономерности влияния размера зерна на интенсивность двойникования, критические скорости деформирования для зарождения двойников и
температуру максимального проявления двойникования.
3. Механизмы образования локализованных зон микропластичности,
дающих вклад в общую деформацию образца при низких температурах, сопоставимый с вкладом двойникования.
4. Закономерности изменения вида скачка напряжения на диаграммах
нагружения, обусловленные скоростью деформации, количеством образующихся двойников и размером зерна.
5. Метод определения кристаллографических характеристик двойникования, основанный на измерении геометрических параметров двойниковых
структур и их связи с направлением приложения нагрузки и поверхностью
наблюдения.
6. Кристаллографический и дислокационный анализ зон локализованной микропластичности в участках пересечения двойников и метод энергетического обоснования дислокационных реакций, обеспечивающих пластифицирующее действие двойникования при низких температурах.
Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе экспериментальных данных подтверждается их воспроизводимостью
при стандартных условиях эксперимента. Все научные положения и выводы,
сформулированные в диссертации, аргументированы собственными теоретическими рассуждениями, логикой научного анализа диссертанта, тщательно
6
проиллюстрированы значительным по объему экспериментальным материалом, не противоречащим физическим теориям и результатам других исследователей.
Практическая значимость Внедрение результатов в металлоемкие отрасли промышленности (станкостроение, производство нефтепроводов, газопроводов, судостроение и т.д.) позволит повысить надежность и долговечность деталей и конструкций, работающих при низких температурах, сложном напряженном состоянии и высоких скоростях нагружения.
Полученные в ходе выполнения работы результаты могут быть использованы в учебном процессе при изучении курсов “Механические свойства
материалов”, “Нанотехнологии и наноматериалы” и “Металловедение”, а
также, внести определенный вклад в развитие теории прочности и пластичности твердых тел.
Личный вклад автора состоит в планировании, разработке и проведении эксперимента: подготовке образцов для исследования, разработке экспериментального комплекса для проведения опытов и методов определения
закономерностей двойникования, участии в обсуждении полученных результатов, написании статей, а также в формулировании основных результатов и
выводов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на региональных, российских и международных конференциях:
1 Международном форуме (6 Международной конференции) «Актуальные
проблемы современной науки», 2005, Самара; 44, 45, 47, 48 Международных
конференциях «Актуальные проблемы прочности», 2005, 2006, 2008, 2009,
Вологда, Белгород, Нижний Новгород, Тольятти; III Российской научнотехнической конференции «Физические свойства металлов и сплавов», 2005,
Екатеринбург; XVIII и XIX Уральских школах металловедов-термистов “Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов”, 2006,
2008, Тольятти, Екатеринбург; XVI-XIX Петербургских чтениях по проблемам прочности, 2006-2010, Санкт-Петербург; III-V Евразийских научнопрактических конференциях «Прочность неоднородных структур»,
2006-2010, Москва; IV, V Международных конференциях «Фазовые превращения и прочность кристаллов», 2006, 2008, Черноголовка; I, III Международных конференциях «Деформация и разрушение материалов», 2006, 2009,
Москва; IV, V Международных школах-конференциях «Микромеханизмы
пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», 2007, 2010, Тамбов;
VIII Международной научно-технической Уральской школе-семинаре металловедов - молодых ученых, 2007, Екатеринбург; XIV, XV Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ-14» и
7
«ВНКСФ-15», 2008, 2009, Уфа, Кемерово-Томск; Всероссийской школесеминаре молодых ученых и преподавателей «Функциональные и конструкционные наноматериалы», 2008, Белгород; Международном семинаре МНТX «Структурные основы модифицирования материалов методами нетрадиционных технологий», 2009, Обнинск; XVII Международной конференции
«Физика прочности и пластичности материалов», 2009, Самара; Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии», 2009, Витебск, Беларусь; Бернштейновских чтениях по термомеханической обработке
металлических материалов, 2009, Москва; Первых Московских чтениях по
проблемам прочности материалов, 2009, Москва; Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике, 2010, Владивосток;
научных
конференциях
преподавателей
и
сотрудников
ТГУ
им. Г.Р. Державина «Державинские чтения», 2006-2010, Тамбов.
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 40 работах. Из
них 8 статей опубликовано в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ.
Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, обзора
литературы, 3 глав, общих выводов и списка литературы. Объем диссертации
составляет 150 страниц машинописного текста, включающих 49 рисунков, 7
таблиц и библиографический список, содержащий 217 наименований работ
отечественных и зарубежных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, научная новизна, представлены положения, выносимые на защиту.
Первая глава носит обзорный характер. В ней приведены литературные
данные, отражающие современные представления о двойниковании в физике
деформации и разрушения. В первой части обзора выделено три направления
исследований по двойникованию: 1) исследования направленные на установление роли двойникования и скольжения в процессе разрушения; 2) изучение
фазовых переходов, в частности, мартенситного превращения и его взаимосвязи с двойникованием; 3) исследования влияния магнито- и электропластического эффектов на механические свойства деформируемых материалов.
Вторая часть обзорной главы посвящена проблеме исследования разрушения поликристаллов, в большей части которой рассматриваются наноразмерные кристаллические материалы, являющиеся новыми и востребованными. Рассмотрены работы, посвященные размерным эффектам поликристаллов и основным видам их разрушения.
8
Вторая глава посвящена исследованию закономерностей двойникования поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si при различных скоростях нагружения в интервале температур 77  500 K и сопоставлению его характеристик с двойникованием монокристаллических образцов.
Для проведения исследований использовали ОЦК сплав Fe-Si. В экспериментах в качестве монокристаллов использовали крупнозернистый сплав
(размер зерна до 50  60 мм в диаметре). Образцы отжигали при 1073 
1173 K в течение 4  5 часов в вакууме (10-4  10-5 мм рт. ст.). Размер монокристальной рабочей зоны составлял 25  13  0,35 мм.
В качестве поликристаллов использовали мелкозернистый сплав (размер
зерна 0,05  1,4 мм). Размер поликристаллической рабочей зоны составлял
40  12  0,35 мм.
Растяжение монокристаллических образцов проводили в направлениях
[001] и [ 1 10]. Моно- и поликристаллические образцы деформировали с различными скоростями:  1 = 8·10-4 c-1;  2 = 4·10-2 c-1;  3 = 8·10-1 c-1;  4 =
2·101 c-1. Для охлаждения образцов до низких температур использовали жидкий азот, смесь жидкого азота с этиловым спиртом и сухой лед. Нагрев образцов осуществлялся электроспиралью.
Обнаружено, что для моно- и поликристаллических образцов зависимости Nдв(Т) имеют максимумы. Экстремальный характер зависимости Nдв(T)
сохраняется для всех рассмотренных в эксперименте скоростей деформирования. При увеличении скорости нагружения максимум смещается в область
больших температур и числа двойников, как для монокристаллических, так и
для поликристаллических образцов. Максимум числа двойников зависимости
Nдв(T), соответствующий поликристаллическому состоянию, находится правее на температурной шкале максимума аналогичной зависимости для монокристаллов (при одинаковой  ). Такой характер двойникования осуществляется соотношением напряжений скольжения и двойникования, которые зависят от температуры.
Отмечено, что при температурах < 250 K в монокристаллических образцах общая деформация складывается только из деформации двойникованием.
Тогда как при этих же температурах в поликристаллах: а) двойникование
заметно интенсивнее, чем в монокристаллах; б) наряду с двойникованием
развивается скольжение, обусловленное, прежде всего наличием границ зерен, на которых локализуется скольжение при взаимодействии с ними двойников.
Доля, вносимая двойниками в общее удлинение монокристаллических
образцов, оказывается существенной вплоть до 473 K. Ограниченность двойникования в низкотемпературной области (77  200 K) объясняется, с одной
9
стороны, затрудненностью образования винтовых скользящих дислокаций в
{112} плоскостях - источников микродвойников. С другой - быстрой блокировкой начавшегося двойникования разрушением. В поликристаллах двойникование дает существенный вклад в общее удлинение в интервале температур 100  300 K, достигающий 50%. При этом различие температурных
границ проявления двойникования в моно- и поликристаллах достигает 100
 150 K.
Установлена функциональная зависимость между температурой Т и
«критическим» размером зерна d, по достижении которого в поликристалле
начинает проявляться двойникование. Взаимосвязь температуры с размером
зерна подобна зависимости закона Холла-Петча, в котором в роли напряжений выступает температура. В координатах: температура Т и 1/ d , где d «критический» размер зерна, зависимость T(d) с хорошей степенью точности
аппроксимируется прямой. При увеличении скорости нагружения угол наклона с осью абсцисс уменьшается. Экстраполируя прямые в область более
высоких температур, до пересечения, получили «веер» прямых с общим полюсом. Значения координат полюса можно интерпретировать следующим
образом: в данном материале при температуре Т  500 K зерно с размером
 1 мм является «критическим» при любых скоростях нагружения, т.е. в нем
невозможно двойникование.
Одной из причин исчезновения механического двойникования при температуре ~500 K может быть полиморфное превращение исследуемого сплава. Твердый раствор Si в  Fe существует в трех полиморфных модификациях: неупорядоченной (  ) и упорядоченных (  1 и  2). С ростом температуры упорядоченные растворы (  1 и  2) преобразуются в неупорядоченную
модификацию (  ). Этот переход сопровождается изменением межатомных
расстояний, а, следовательно, и пластических характеристик материала.
Отличительной особенностью двойникования поликристаллического
сплава Fe-Si, является образование зон локализованной пластичности при
зарождении и распространении двойников в наиболее активных системах.
Это является дополнительным резервом повышения величины работы разрушения и, как следствие, приводит к понижению температуры хрупковязкого перехода, в сравнении с монокристаллическим состоянием.
Установлены основные механизмы образования зон локализации скольжения и механизмы трещинообразования, обусловленные развитием двойникования в поликристаллическом ОЦК сплаве Fe-Si.
10
В третьей главе проведены исследования по влиянию размеров зерен
поликристаллического сплава Fe-Si на процесс механического двойникования в широком температурно-скоростном интервале деформирования.
Исследовано три группы поликристаллических образцов ОЦК сплава
Fe-Si с различными распределениями по размеру зерен и соответствующими
среднестатистическими размерами зерен: dср1  3,55 мм; dср2  1,42 мм;
dср3  0,127 мм. Растяжение проводилось на маятниковом копре БКМ-5 и
разрывной машине Instron-5565 в интервале температур 183  393 K и скоростей относительной деформации 2·10-3  6,6·10-1 c-1.
В рассматриваемом интервале скоростей при температуре 290 K количество двойников возрастает с увеличением скорости деформирования. Установлены минимальные критические скорости относительной деформации
(например, при T = 290 K:  кр1  2·10-2 с-1 и  кр 2  3·10-3 с-1, для I-ой и II-ой
групп образцов соответственно). При деформировании с    кр двойникование в образцах с отмеченным набором зерен не наблюдается. Это связано с
динамической устойчивостью зародышей двойникования, формирующихся
по механизму Пристнера-Лесли. При малых скоростях деформирования зародыши диссоциируют на скользящие дислокации, тогда как при больших
скоростях деформирования релаксация напряженного состояния происходит
преимущественно двойникованием, т.к. мал промежуток времени деформирования в сравнении с инкубационным периодом активации диссоциации
зародыша двойника.
На образцах со среднестатистическим размером зерна dср3 = 0,127 мм не
установлено какой-либо характерной зависимости общего числа двойников в
образце от скорости деформации и температуры эксперимента. В силу этого
обстоятельства количественной характеристикой двойникования считали не
общее число двойников в образце, как для всех ранее исследуемых сплавов, а
среднее число двойников в отдельном зерне.
Для этого сплава обнаружена "характерная" температура ~273 K, при
которой число двойников в максимально сдвойникованном зерне постоянно
во всем исследованном интервале скоростей деформирования, а максимум
распределения сдвойникованных зерен по размерам смещен в сторону увеличения зерна относительно общего распределения (рис. 1).
Установлено, что при постоянной температуре и скорости нагружения
интенсивность двойникования в поликристаллическом ОЦК сплаве Fe-Si зависит от размера зерна. При увеличении размера зерна интенсивность двойникования в нем возрастает и пропорциональна корню квадратному из его
размера.
11
Рис. 1. Гистограммы распределения:
частоты зерна по размерам зерен –
1, сдвойникованных зерен – 2.
Крестиком отмечен dср
Рис. 2. Зависимость величины и знака
скачка напряжения от скорости деформирования образца
При проведении испытаний на растяжение образцов I-ой и II-ой группы
в случаях развития двойникования на диаграммах () при разных скоростях
и температурах испытаний отмечалось наличие скачка напряжений, как на
стадии упругой деформации, так и в области упругопластического перехода.
Появление скачков напряжений на диаграмме () связанно с двойникованием материала. Величина и знак скачка напряжений (  ) зависят от
скорости деформирования  . При скоростях   0,04 с-1 значение  = 0
(рис. 2). Т.е. при   0,04 с-1 скорость сброса нагрузки в скачке напряжения
за счет двойникования и скорость деформирования совпадают. Число образующихся двойников и величина вызванной ими деформации связаны линейной зависимостью для любых  при T = const.
В сплавах III-ей группы с размером зерна dср3 = 0,127 мм отсутствуют
видимые скачки напряжения при возникновении двойников. В мелкокристаллическом материале мало время роста двойников в зерне, за счет высокой скорости их развития. При этом на диаграммах () скачков напряжений, для заданных скоростей нагружения, не образуется.
Проведены исследования, которые позволили определить в зернах поликристаллического сплава Fe-Si кристаллографические параметры двойниковых структур1. Определены размеры двойниковых прослоек и зон аккомодации. Показано, что величина напряжений последних может достигать величин, сопоставимых с пределом текучести и в последующем вызывать
двойникование по другим системам. Установлена разориентировка зерен по-
1
Исследования проведены на базе центра коллективного пользования «Диагностика
структуры и свойств наноматериалов» Белгородского государственного университета.
12
ликристалла, а также ориентация двойников в них. Исследование морфологии и кристаллографических параметров механических двойников показало,
что двойникование поликристаллического ОЦК-сплава Fe-Si наблюдается
максимум по четырем системам {112}<111> из двенадцати возможных. Установлено также, что число двойников, наблюдаемых на поверхности, зависит от угла их наклона к направлению оси растяжения (рис. 3, кривая 1). Для
объяснения этой зависимости был предложен метод аналитического определения индексов систем двойникования в поликристаллическом сплаве, основанный на двух положениях: 1) зерна поликристаллического образца равномерно разориентированы в пространстве; 2) поверхность наблюдения это
плоскость (011). Последнее обусловлено
текстурой, наблюдаемой в сплаве экспериментально.
Рис. 3. Зависимости числа двойников на
плоскости наблюдения (1) и максимальных значений факторов Шмида
для всех систем двойникования (2) от
угла наклона линии пересечения плоскостей двойникования и наблюдения к
направлению растяжения
При реализации метода получена система двух уравнений, содержащих
индексы систем двойникования, плоскости наблюдения и направления растяжения, решение которой с последующей выборкой, выявило зависимость
величины фактора Шмида от угла наклона плоскости двойникования к оси
нагружения (рис. 3, кривая 2). Это подтверждает достоверность результатов,
полученных предложенным методом, по крайней мере, для углов наклона в
интервале 0  70°.
Задавая индексы направления нагружения и плоскости наблюдения, находили все возможные углы наклона двойников к оси нагружения. Сопоставляя эти результаты с результатами, полученными в эксперименте, определяли
индексы систем двойникования.
В четвертой главе на основе дислокационного и кристаллографического анализов установлены пять неэквивалентных вариантов пересечения
двойников. Рассмотрены процессы микропластичности и разрушения в зонах
пересечения двойников в кристаллах с ОЦК решеткой и определены системы
вторичного двойникования и скольжения. В качестве критерия активности
систем использовались величины факторов Шмида.
На основе полученных значений факторов Шмида для каждого варианта
13
пересечения двойников были составлены дислокационные реакции взаимодействия дислокаций: 1) полных с полными; 2) полных с двойникующими; 3)
двойникующих с двойникующими. Возможность протекания дислокационных реакций ставили в зависимость от выполнения критерия Франка и от
возможности образования зоны рекомбинации реагирующими дислокациями.
Предложен метод определения преимущественного варианта пересечения двойников в ОЦК решетке, основанный на сопоставлении фигур пространственного распределения величин факторов Шмида для различных систем двойникования и нахождении максимального коэффициента их перекрытия (  ).
Таблица 1.
Характеристики вариантов пересечения двойников
Вариант пересечения двойников
1
2
3
4
5
Фактор повторяемости - k
12
6
12
12
24
Максимальный коэффициент перекрытия -  0,494 0,943 0,969 0,696 0,591
Установлено, что из 12-ти систем двойникования {112}<111> в кристалле активными одновременно являются только четыре, что совпадает с экспериментом. Пересечение двойников происходит по двум из пяти возможных
вариантов (табл. 1) - это варианты 2 и 3. Для этих вариантов пересечения
двойников рассмотрены реакции взаимодействия дислокаций во вторичных
системах скольжения и двойникования.
По величинам зон рекомбинации (  ), образующихся сидячих
дислокаций a<100>, и сопоставление
соответствующих им погонных энергий с величиной kT (рис. 4) показано,
что все дислокации a<100>, величины зон рекомбинации которых
 <  кр а энергия меньше kT будут
диссоциировать на скользящие с образованием зон микропластичности.
Рис. 4. Зависимость энергии образовавшихся дислокаций от относитель- Из приведенного анализа следует,
ной величины зон рекомбинации что пересечение вторичных плоскостей скольжения и двойникования в двойниковой прослойке носит преимущественно пластифицирующий характер.
14
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Экспериментально установлена зависимость числа двойников, образующихся при деформации поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si от температуры, имеющая максимум, который с увеличением скорости деформирования смещается в область более высоких температур и чисел двойников.
При постоянной температуре и скорости деформирования интенсивность
двойникования зависит от размера зерна и возрастает пропорционально корню квадратному из его размера.
2. Двойникование поликристаллического сплава Fe-Si, сопровождается
при низких температурах образованием зон локализованной пластичности,
что приводит к повышению величины работы разрушения и, как следствие,
сопровождается снижением температуры хрупко-вязкого перехода, в сравнении с монокристаллическим состоянием. Установлены основные механизмы
образования зон локализации скольжения, обусловленные развитием двойникования, дающие при низких температурах вклад в общую деформацию
образца соизмеримый с вкладом от двойникования.
3. Показано, что в интервале температур 183  393 K при постоянной
скорости относительной деформации среднее число двойников в отдельном
зерне увеличивается с уменьшением температуры испытаний. На образцах с
различным распределением по размерам зерен в интервале температур 293 
373 K определены минимальные критические скорости деформирования
(  кр ), при которых двойникование не наблюдается. Показано, что при    кр
в поликристаллах ОЦК сплава Fe-Si разрушение не следует связывать с
двойникованием.
4. Показано, что для поликристаллического сплава существует характерная температура, при которой число двойников в зерне постоянно при
любых скоростях нагружения. При уменьшении температуры и увеличении
скорости деформирования число двойников уменьшается. При одновременном увеличении температуры и скорости деформирования число двойников
возрастает.
5. Установлено, что величина и знак скачка напряжений (  ) на диаграммах () при двойниковании зависит от скорости деформирования, размера зерна и числа двойников. Показано существование характерной скорости деформирования, при которой величина  = 0. Число образующихся
двойников и величина вызванной ими деформации связаны линейной зависимостью для любых скоростей нагружения.
6. Предложен аналитический метод определения кристаллографических индексов двойников в зернах поликристалла, основанный на установлении геометрических параметров двойников и их связи с направлением оси
нагружения и плоскостью наблюдения. На основе кристаллографического
анализа определены пять независимых вариантов пересечения двойников в
ОЦК решетке, и системы развития вторичных деформационных процессов.
15
7. Предложен метод определения варианта пересечения двойников в
кристалле, основанный на сопоставлении фигур пространственного распределения величин факторов Шмида, выявлены наиболее вероятные варианты
пересечения двойников. Показано, что при деформации поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si действует только 4 системы двойникования, пересекающиеся по двум вариантам.
8. При взаимодействии двойников рассмотрены дислокационные реакции, протекающие в статическом двойнике, записанные с учетом выполнения
критерия Франка и возможности образования зон рекомбинации. По величине зон рекомбинации и соответствующих им значениях погонной энергии
оценена степень устойчивости к распаду сидячих дислокаций a<100>, что
определяет пластифицирующий характер процессов пересечения двойников.
ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ
1. Федоров, В.А. Влияние температуры и скорости нагружения на количественные характеристики сопутствующего двойникования в поликристалле
Fe+3,25%Si
/
В.А. Федоров,
С.Н. Плужников,
Т.Н. Плужникова,
С.П. Дудаков, А.М. Кириллов // Деформация и разрушение материалов. –
2007. - № 7. - С. 13-16.
2. Федоров, В.А.
Влияние
размера
зерна
поликристаллического
Fe+3,25%Si на двойникование в широком температурно-скоростном интервале нагружения / В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов,
Д.Е. Долгих // Известия вузов. Черная металлургия. - 2009. - № 6. – С. 60-63.
3. Кириллов, А.М. Влияние размера зерна, температуры и скорости испытаний на двойникование поликристаллического сплава Fe-Si /
А.М. Кириллов, Т.Н. Плужникова, А.С. Лобанов, В.А. Федоров // Вестник
Тамбовского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. –2008. - Том. 13. - Вып. 1. – С. 60-61.
4. Плужникова, Т.Н. Плотность двойникования в поликристаллах сплава
Fe+3,25%Si / Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов, Д.Е. Долгих, В.А. Федоров //
Вестник Тамбовского государственного университета. Сер. Естественные и
технические науки. – 2009. - Том. 14. - Вып. 1. – С. 209-210.
5. Кириллов, А.М. Особенности двойникования в зернах поликристаллического сплава Fe+3,25%Si / А.М. Кириллов, Т.Н. Плужникова, Д.Е. Долгих,
В.А. Федоров // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и
технические науки. - 2010. - Т. 15. - Вып. 1. - С. 245-246.
6. Кириллов, А.М. Двойникование на диаграммах напряжение-деформация
в поликристаллах Fe-Si / А.М. Кириллов, С.Н. Плужников, Т.Н. Плужникова,
Е.В. Зингер, В.А. Федоров // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и технические науки. - 2010. - Т. 15. - Вып. 3. – Часть 1. - С.
937-938.
16
7. Кириллов, А.М. Количественные характеристики двойникования поликристалла Fe-Si / А.М. Кириллов, С.Н. Плужников, Т.Н. Плужникова,
Е.В. Зингер, В.А. Федоров // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и технические науки. - 2010. - Т. 15. - Вып. 3. – Часть 1. - С.
939-940.
8. Кириллов, А.М. Особенности двойникования поликристаллического
ОЦК сплава Fe-Si / А.М. Кириллов, С.Н. Плужников, Т.Н. Плужникова,
Е.В. Зингер, В.А. Федоров // Вестник Тамбовского Университета. Сер. Естественные и технические науки. - 2010. - Т. 15. - Вып. 3. - Часть 2. - С.
1213-1215.
В других изданиях
9. Федоров, В.А. Закономерности двойникования сопутствующего разрушению поликристаллического ОЦК сплава Fe+3,25%Si / В.А. Федоров,
Т.Н. Плужникова, С.Н. Плужников, А.М. Кириллов // Прочность неоднородных структур: тезисы докладов III-ей Евразийской научно-практической
конференции. – М.: Изд-во МИСиС, 2006. – С. 47.
10. Федоров, В.А. Влияние размера зерна поликристаллического сплава
Fe+3,25%Si на количественные характеристики двойникования /
В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов // Деформация и разрушение
материалов: сб. статей по материалам первой Международной конференции.
– М.: Изд-во Интерконтакт Наука, 2006. - Том. 1. – С. 113-114.
11. Плужникова, Т.Н. Влияние условий деформирования на характеристики
двойникования поликристаллического сплава Fe+3,25%Si / Т.Н. Плужникова,
А.М. Кириллов, В.А. Федоров, А.Г. Косякин // Сб. материалов XVII Петербургских чтений по проблемам прочности посвященных 90-летию со дня рождения профессора А.Н. Орлова. - СПб: Изд-во «СОЛО», 2007. - Часть I. - С.
70-71.
12. Федоров, В.А. Деформация двойникованием в мелкокристаллическом
ОЦК сплаве Fe-Si / В.А. Федоров, С.Н. Плужников, А.М. Кириллов,
А.С. Лобанов // Прочность неоднородных структур: тезисы докладов IV-ой
Евразийской научно-практической конференции. – М.: Изд-во МИСиС, 2008.
– С. 128.
13. Федоров, В.А. Влияние на двойникование размера зерна поликристаллического ОЦК сплава Fe-Si при различных температурах и скоростях деформирования
/
В.А. Федоров,
А.М. Кириллов,
Т.Н. Плужникова,
А.С. Лобанов // Актуальные проблемы прочности: сб. материалов 47 Международной конференции. – Н. Новгород: ООО ИД «Диалог Культур», 2008. Часть 1. – С. 64-65.
14. Плужникова, Т.Н. Интенсивность двойникования поликристаллического
ОЦК сплава Fe+3,25%Si / Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов, В.А. Федоров,
А.С. Лобанов // Фазовые превращения и прочность кристаллов: сб. тезисов V
17
Международной конференции, посвященной памяти Г.В. Курдюмова. – Черноголовка, 2008. – С. 53-54.
15. Федоров, В.А. Влияние скорости деформирования и температуры на
плотность двойников в зерне поликристаллического сплава Fe+3,25%Si /
В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов, Д.Е. Долгих // Физика
прочности и пластичности материалов: сб. тезисов XVII Международной
конференции. – Самара: Изд-во СамГТУ, 2009. – С. 60-61.
16. Кириллов, А.М. Влияние температуры и размера зерна поликристалла
Fe+3,25%Si на зависимость числа двойников в зерне при различных скоростях деформирования / А.М. Кириллов, В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова,
Д.Е. Долгих // Актуальные проблемы прочности: сб. трудов XLVIII Международной конференции, посвященной памяти М.А. Криштала. – Тольятти:
Изд-во ТГУ, 2009. – С. 73-74.
17. Федоров, В.А. Роль размера зерна поликристалла Fe+3,25%Si в процессе
деформации двойникованием в широком температурно-скоростном интервале деформирования / В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов,
Д.Е. Долгих // Деформация и разрушение материалов и наноматериалов: сб.
материалов III Международной конференции. – М.: Интерконтакт Наука,
2009. - Том. 1. - С. 381-382.
18. Федоров, В.А. Анализ распределения количества двойников ОЦК решетки от угла их наклона к оси деформации по величинам фактора Шмида /
В.А. Федоров, Т.Н. Плужникова, А.М. Кириллов, Д.Е. Долгих // Первые Московские чтения по проблемам прочности материалов, посвященные 85-летию
со дня рождения профессора В.Л. Инденбома и 90-летию со дня рождения
профессора Л.М. Утевского: сб. тезисов-докладов. – М.: ООО «Лекс+», 2009.
- С. 155.