Блокировка дислокаций без помощи внешнего напряжения: эксперимент и теория

Б. А. Гринберг$^{1}$, М. А. Иванов$^{2}$, О. В. Антонова$^{1}$, А. М. Пацелов$^{1}$, А. В. Плотникова$^{1}$, А. М. Власова$^{1}$

$^1$Институт физики металлов УрО РАН, ул. С. Ковалевской, 18, 620990, Екатеринбург, РФ
$^2$Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 14.02.2013. Скачать: PDF

Приведены результаты исследования эффекта автоблокировки, представляющего собой превращения скользящих дислокаций в заблокированные при нулевом внешнем напряжении. Эффект был предсказан теоретически на основе простой модели, рассматривающей сверхдислокацию как скопление, в котором одна из дислокаций содействует блокировке другой, а в результате оказываются заблокированными обе. Доказательства существования эффекта, состоящие в наблюдении вытягивания дислокаций вдоль выделенного направления, были получены с помощью экспериментов, включающих пластическую деформацию и последующий нагрев без нагрузки. Для объяснения совокупности экспериментальных результатов была развита новая концепция, состоящая в том, что при двухдолинном потенциальном рельефе дислокации возникает эффективная сила, пропорциональная разности в глубине долин, которая вызывает превращение дислокации в неразрушаемый барьер. В результате два эффекта, — температурная аномалия предела текучести и автоблокировка, — имеют единую природу — двухдолинный потенциальный рельеф дислокации. Оба этих эффекта наблюдались в интерметаллидах типа Ni$_{3}$Al и TiAl, а из чистых металлов — в Mg.

Ключевые слова: автоблокировка дислокаций, сверхдислокации, скольжение, предел текучести, термомеханическая обработка.

PACS: 61.72.Bb, 61.72.Ff, 61.72.Hh, 61.72.Lk, 62.20.fg, 62.40.+i, 81.40.Lm

Citation: B. A. Greenberg, M. O. Ivanov, O. V. Antonova, A. M. Patselov, A. V. Plotnikov, and A. M. Vlasova, Locking of Dislocations without the Application of an External Stress: Experiment and Theory, Usp. Fiz. Met., 14, No. 2: 107—227 (2013) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.14.02.107


Цитированная литература (78)  
  1. B. Escaig, J. Phys. C, 7, No. 35: 151 (1974).
  2. M. Yamaguchi and Y. Umakoshi, Prog. Mater. Sci., 34, No. 1: 1 (1990). Crossref
  3. F. R. N. Nabarro, Solid State Phenomena, 35–36: 19 (1994). Crossref
  4. P. Veyssier and G. Saada, Dislocations in Solids (Eds. F. R. N. Nabarro and M. Duesbery) (Amsterdam: Elsevier: 1996), vol. 10, p. 113.
  5. B. Viguer, J. L. Martin, and J. Bonneville, Dislocations in Solids (Eds. F. R. N. Nabarro and M. S. Duesbery) (Amsterdam: Elsevier: 2002), vol. 11, p. 460.
  6. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение (Екатеринбург: УрО РАН: 2002).
  7. B. A. Greenberg and M. A. Ivanov, Usp. Fiz. Met., 1, No. 1: 9 (2000). Crossref
  8. P. Lukac and Z. Trojanova, Magnesium Alloys—Design, Processing and Properties (Eds. F. Czerwinski) (Rijeka: InTech: 2011), p.1.
  9. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Физ. мет. металловед., 102, № 1: 68 (2006).
  10. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. М. Пацелов, А. В. Плотников, Известия РАН. Серия физич., 70: 1331 (2006).
  11. B. A. Greenberg, M. A. Ivanov, O. V. Antonova, A. M. Patselov and A. V. Plotnikov, Israel J. Chem., 47: 415 (2007). Crossref
  12. B. A. Greenberg, M. A. Ivanov, and A. M. Patselov, ‘TMS 2008’ Annual Meeting Supplemental Proceedings (March 9–13, 2008) (Louisiana, New Orleans: 2008), vol. 3, p. 165.
  13. M. S. Duesbery, Phil. Mag., 19, No. 159: 501 (1969). Crossref
  14. D. J. H. Cockayne and A. Hons, J. Phys., 40, No. 6: C6–11 (1979).
  15. C. B. Carter and I. L. F. Ray, Phil. Mag., 29: 1231 (1974). Crossref
  16. Б. А. Гринберг, О. В. Антонова, М. А. Иванов, А. М. Пацелов, А. В. Плотников, Физ. мет. металловед., 102, № 1: 77 (2006).
  17. А. М. Пацелов, О. В. Антонова, Б. А. Гринберг, М. А Иванов, А. В. Плотников, Физ. мет. металловед., 104, № 5: 534 (2007).
  18. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. М. Пацелов, А. В. Плотников, Особенности структуры и свойств перспективных материалов (Томск: НТЛ: 2006).
  19. B. A. Greenberg and M. A. Ivanov, ‘The Third International Conference on Computational Methods and Experiments in Materials Characterization’ (June 13–15, 2007) (Bologna, Italia: 2007), p. 51.
  20. А. В. Плотников, Б. А. Гринберг, А. М. Пацелов, Международная школа «Физическое материаловедение» (Тольятти: ТГУ: 2004), c. 10.
  21. C. Lall, S. Chin, and D. P. Pope, Metall. Trans. A., 10, No. 9: 1323 (1979). Crossref
  22. S. S. Ezz, D. P. Pope, and V. Paidar, Acta Metall., 30: 921 (1982). Crossref
  23. В. А. Старенченко, Ю. В. Соловьева, С. В. Старенченко, Т. А Ковалевская, Термическое и деформационное упрочнение монокристаллов сплавов со сверхструктурой L12 (Томск: НТЛ: 2006).
  24. D. M. Wee and T. Suzuki, Trans. JIM, 22, No. 3: 163 (1981). Crossref
  25. D. G. Morris, G. T. Brown, R. C. Piller, and R. E. Smallman, Acta Metall., 24: 21 (1976). Crossref
  26. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. В. Плотников, Н.А. Кругликов, А. М. Власова, Ю. В. Соловьева, Физ. мет. металловед., 111, № 4, c. 402 (2011).
  27. В. А. Старенченко, Ю. В. Соловьева, В. И. Николаев, В. В. Шпейзман, Б. И. Смирнов, Физ. твердого тела, 42, № 11: 2017 (2000).
  28. H-r. Pak, T. Saburi, and S. Nenno, Trans. JIM, 18: 617 (1977). Crossref
  29. K. Aoki and O. Izumi, J. Mater. Sci., 13: 2313 (1978). Crossref
  30. Б. А. Гринберг, О. В. Антонова, А. Ю. Волков, М. А. Иванов, Н. А. Кругликов, Ю. П. Кадникова, Физ. мет. металловед., 105, № 5: 523 (2008).
  31. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. М. Пацелов, Н. А. Кругликов, А. В. Плотников, Ю. П. Кадникова, Эволюция структуры и свойства металлических материалов (Томск: НТЛ: 2007).
  32. T. Kawabata, T. Abumiya, T. Kanai, and O. Izumi, Acta Metall. Mater., 38: 1381 (1990). Crossref
  33. T. Kawabata, T. Kanai, and O. Izumi, Acta Metall., 33: 1355 (1985). Crossref
  34. H. Inui, M. Matsumuro, D.-H. Wu, and M. Yamaguchi, Phil. Mag. A, 75: 395 (1997). Crossref
  35. B. A. Greenberg, O. V. Antonova, V. N. Indenbaum, L. E. Karkina, A. B. Notkin, M. V. Ponomarev, and L. V. Smirnov, Acta Metall. Mater., 39, No. 2: 233 (1991). Crossref
  36. B. A. Greenberg, O. V. Antonova, V. N. Indenbaum, L. E. Karkina, A. B. Notkin, M. V. Ponomarev, and L. V. Smirnov, Acta Metall. Mater., 39, No. 2: 243 (1991). Crossref
  37. B. A. Greenberg, O. V. Antonova, L. E. Karkina, A. B. Notkin, and M. V. Ponomarev, Acta Metall. Mater., 40, No. 4: 815 (1992). Crossref
  38. B. A. Greenberg, O. V. Antonova, L. E. Karkina, A. B. Notkin, and M. V. Ponomarev, Acta Metall. Mater., 40, No. 4: 823 (1992). Crossref
  39. M. A. Morris, Phil. Mag. A, 68: 237; M. A. Morris, Phil. Mag. A, 68: 259 (1993). Crossref
  40. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, Н. А. Кругликов, А. М. Пацелов, А. В. Плотников, Ю. П. Кадникова, Деформация и разрушение материалов, 12: 2 (2008).
  41. О. В. Антонова, Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Н. А. Кругликов, А. М. Пацелов, 47 Международная конференция «Актуальные проблемы прочности» (Июль 1–5, 2008) (Нижний Новгород: 2008), c. 77.
  42. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Н. А. Кругликов, О. В. Антонова, Физ. мет. металловед., 108, № 1: 93 (2009).
  43. J. R. Patel and L. C. Kimerling, J. Phys., 40, No. 6: 67 (1979).
  44. J. Rabier and A. George, Rev. Phys. Appl., 22, No. 9: 941 (1987). Crossref
  45. Г. А.Малыгин, Физ. твердого тела, 47, № 5: 870 (2005).
  46. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. М. Власова, Н. А. Кругликов, А. В. Плотников, Известия ВУЗов. Физика, 54, № 8: 58 (2011).
  47. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. М. Власова, Кристаллография, 57, № 4: 603 (2012).
  48. А. А. Предводителев, О. А. Троицкий, Дислокации и точечные дефекты в гексагональных металлах (Москва: Атомиздат: 1973).
  49. J. F. Stohr and J. P. Poirier, Phil. Mag., 25: 1313 (1972). Crossref
  50. T. Obara, H. Yoshinga, and S. Morozumi, Acta Metall., 21, No. 7: 845 (1973). Crossref
  51. S. Ando, N. Harada, M. Tsushida et al., Key Engineering Materials, 345–346: 101 (2007). Crossref
  52. A. Chapuis and J. H. Driver, Acta Mater., 59: 1986 (2011). Crossref
  53. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Физ. мет. металловед., 105, № 6: 587 (2008).
  54. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Кристаллография, 54, № 6: 1023 (2009).
  55. V. L. Indenbom, B. V. Petukhov, and J. Lothe, Elastic Strain Fields and Dislocation Mobility (Eds. V. L. Indenbom and J. Lothe) (Elsevier Science Publishers B.V.: 1992), p. 491.
  56. A. Seeger and P. Schiller, Acta Metall., 10, No. 4: 348 (1962). Crossref
  57. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Известия. ВУЗов. Физика, 9, № 2: 132 (2009).
  58. J. E. Dorn and S. Rajnak, Trans. AIME, 230, No. 8: 1052 (1964).
  59. B. A. Greenberg and M. A. Ivanov, ‘THERMEC’2003’ (Eds. T. Chandra et al.) (Zurich-Uetikon, Switzerland: Trans. Tech. Publ. Ltd.: 2003), vol. 3, p. 1849.
  60. B. V. Petukhov, Mater. Sci. Eng. A, 387–389: 98 (2004). Crossref
  61. Б. В. Петухов, Физ. твердого тела, 54, № 12: 2366 (2012).
  62. F. Louchet and B. Viguier, Phil. Mag., 71, No. 6: 1313 (1995). Crossref
  63. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, Металлофиз. новейшие технол., 31, № 1: 47 (2009).
  64. Б. А. Гринберг, О. В. Антонова, М. А. Иванов, А. М. Пацелов, А. В. Плотников, Физ. мет. металловед., 102, № 1: 77 (2006).
  65. А. М. Пацелов, О. В. Антонова, Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, А. В. Плотников, Физ. мет. металловед., 104, № 5: 534 (2007).
  66. B. A Greenberg and M. A. Ivanov, Mater. Sci. Eng. A, 239: 813 (1997). Crossref
  67. D. M. Wee, D.P. Pope, and V. Vitek, Acta Metall., 32, No. 6: 829 (1984). Crossref
  68. P. Veyssier and G. Saada, Dislocations in Solids, (Eds. M. Duesbery and F. R. N. Nabarro) (Amsterdam: Elsevier: 1996), vol. 10, p. 255.
  69. A. E. Staton-Bevan and R. D. Rawlings, phys. stat. sol. A, 29: 613 (1975).
  70. Y. Minonishy, S. Ishioka, M. Koiwa, and S.Morozumi, Phil. Mag. A, 45, No. 5: 835 (1982). Crossref
  71. M. H. Liang and D. J. Bacon, Phil. Mag. A, 53, No. 2: 181 (1986). Crossref
  72. J. R. Morris, K. M. Ho, K. Y. Chen, G. Rengarajan, and M. H. Yoo, Mod. Simul. Mater. Sci. Eng., 8: 25 (2000). Crossref
  73. B. A. Greenberg, V. I. Anisimov, Yu. N. Gornostirev, and G. G. Taluts, Scripta Metall., 22, No. 6: 859 (1988). Crossref
  74. M. Yamaguchi, Y. Umakoshi, and T. Yamane, Dislocations in Solids, 5: 77 (1985).
  75. C. Woodward and S. I. Rao, Phil. Mag., 84, Nos. 3–5: 401 (2004). Crossref
  76. V.Vitek, Phil. Mag., 84, Nos. 3–5: 415 (2004). Crossref
  77. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, А. В. Плотников, Кристаллография, 55, № 6: 1085 (2010).
  78. Б. А. Гринберг, М. А. Иванов, О. В. Антонова, А. В. Плотников, Н. А. Кругликов, А. М. Власова, Ю. В. Соловьева, Физ. мет. металловед., 112, № 2: 215 (2011).
Цитируется (1)
  1. A. V. Plotnikov, B. A. Greenberg, M. A. Ivanov, V. P. Pilyugin et al., Phys. Metals Metallogr. 118, 802 (2017).