Низкотемпературная пластическая деформация ультрамелкозернистого алюминия

Abstract

Микроструктура и механические свойства ультрамелкозернистого (УМЗ) Al технической чистоты, полученного методом равноканального углового прессования (РКУП), изучены в интервале температур 4,2–295 К. Методами трансмиссионной электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии показано, что с ростом числа проходов средний размер зерна уменьшается, его форма стремится к равноосной, изменяются плотность дислокаций внутри зерна и характер межзеренных границ. Увеличение области когерентного рассеяния и уменьшение уровня микродеформаций указывают на уменьшение в результате прессования общей плотности несовершенств кристаллического строения внутри зерен. По мере понижения температуры предел текучести, пластичность и скорость деформационного упрочнения УМЗ и крупнозернистых поликристаллов существенно увеличиваются. При температуре 4,2 К деформация УМЗ поликристаллов становится нестабильной (скачкообразной). Изучены температурные зависимости предела текучести σy(Т) УМЗ и крупнозернистых поликристаллов, которые имеют вид, характерный для термоактивированного открепления дислокаций от короткодействующих потенциальных барьеров. Отличия, наблюдаемые на зависимостях σy(Т) в случае УМЗ поликристаллов, объясняются изменением природы таких барьеров и механизма их преодоления скользящими дислокациями. Получены зависимости предела текучести y и коэффициента деформационного упрочнения ɵ от размера зерна d. Установлено, что в интервале температур 4,2–295 К зависимость σy(d) описывается соотношением Холла–Петча. Коэффициент Холла–Петча возрастает с понижением температуры. При 295 и 77 К зависимость ɵ(d) — монотонно убывающая, однако при 4,2 К коэффициент не зависит от d. Экспериментальные данные обсуждаются в рамках существующих представлений о влиянии микроструктуры, создаваемой РКУП, на эволюцию плотности дислокаций при последующей деформации.

Мікроструктура й механічні властивості ультрадрібнозернистого (УДЗ) Al технічної чистоти, отриманого методом рівноканального кутового пресування (РККП), вивчені в інтервалі температур 4,2–295 К. Методами трансмісійної електронної мікроскопії та рентгенівської діфрактометрії показано, що з ростом числа проходів середній розмір зерна зменшується, його форма прагне до рівновісної, змінюються густина дислокацій усередині зерна й характер міжзерених границь. Збільшення області когерентного розсіювання й зменшення рівня мікродеформацій указують на зменшення в результаті пресування загальної щільності недосконалостей кристалічної будови усередині зерен. В міру зниження температури границя плинності, пластичність і швидкість деформаційного зміцнення УДЗ і крупнозернистих полікристалів істотно збільшуються. При температурі 4,2 К деформація УДЗ пол ікристалів стає нестабільною (стрибкоподібною). Вивчено температурні залежності границі плинност і σy(Т) УДЗ і крупнозернистих полікристалів, які мають вигляд, характерний для термоактивац ійного відкріплення дислокацій від короткодіючих потенційних бар’єрів. Відмінності, що спостерігаються на залежностях σy(Т) у випадку УДЗ полікристалів, пояснюються зміною природи таких бар’єрів та механізму їхнього подолання ковзними дислокаціями. Отримано залежності границі плинності y і коефіцієнта деформаційного зміцнення від розміру зерна d. Встановлено, що в інтервал і температур 4,2–295 К залежність σy(d) описується співвідношенням Хола–Петча. Коефіцієнт Хола– Петча зростає зі зниженням температури. При 295 та 77 К залежність ɵ(d) монотонно зменшу ється, однак при 4,2 К коефіцієнт ɵ не залежить від d. Експериментальні дані обговорюються в рамках існуючих уяв про вплив мікроструктури, яку створює РККП, на еволюцію густини дислокацій при наступній деформації.

The microstructure and mechanical properties of ultrafine-grained (UFG) commercial Al processed by ECAP were investigated in the temperature range 4.2–295 K. It has been detected by the TEM and XRD techniques that as a number of pressing passes increase the grain size decreases, its form tends to an equiaxial one and the dislocation density and the nature of grain boundaries are changed. The extended coherent-scattering region and the reduced level of microdeformations under ECAP processing specify a decrease in the density of structural imperfections inside the grains. As deformation temperature is decreased, yield stress, ductility and work hardening rate of UFG and CG polycrystals increase. In contrast to CG the plastic deformation of UFG aluminum at 4.2 K becomes serrated. The temperature dependences of yield stress σy(T) for UFG and CG samples are measured. They are found to be of the form typical of thermally activated overcoming of short-ranged barriers by dislocations. The features in the σ(T) dependences for UFG polycrystals may be due to the enhanced strength of such barriers and the changes in the dislocation glide mechanism. The dependences of σy and the work hardening rate on mean grain size d were studied. In the temperature range 4.2–295 K σy(d)-dependence is described by the Hall–Petch law and the Hall–Petch coefficient increases with decreasing temperature. The ɵ(d) dependence is found to decrease monotonically at 295 and 77 K but to be independent of d at 4.2 K. The experimental data are discussed within the current concepts of the effect of the ECAP-formed microstructure on the evolution of dislocation density at subsequent deformation.