Влияние магниторешеточных превращений на низкотемпературную пластичность и разрушение монокристаллов хрома

Abstract

Анализ литературных данных свидетельствует о взаимосвязи решеточной и магнитной подсистем хрома, что предопределило проведение исследований изменений низкотемпературной пластичности и разрушения хрома в результате магниторешеточных превращений при термоциклировании в режиме 373↔77 К. Для исходных микролегированных Eu монокристаллов Сr (содержание примесей Ci ≈ 10⁻³ мас.%) с ориентациями [110] и [112] вдоль оси сжатия наблюдался монотонный рост предела текучести в интервале температур от комнатной до T = Тх ≈ 170 К (Тх — температура вязко-хрупкого перехода). При понижении температуры в интервале Тх–4,2 К образцы разрушались хрупко, с уменьшением напряжения разрушения, что обусловлено ростом локальных напряжений, связанных с концентраторами. В результате термоциклирования, сопровождаемого многократными фазовыми превращениями из парамагнитного в антиферромагнитные АF₁ и АF₂ состояния и обратно, наблюдалось снижение Тх хрома на ≈ 20 К. Эффект связывается с протеканием релаксационных процессов вблизи концентраторов напряжений вследствие перемещения стенок доменных структур и циклических стрикционных деформаций, компенсирующих изменение объема, вызванное перегревами и переохлаждениями образца из-за быстрого изменения температуры.

Аналіз літературних даних свідчить про взаємозв’язок ґраткової та магнітної підсистем хрому, що зумовило проведення досліджень змін низькотемпературної пластичності та руйнування хрому в результаті магнітоґраткових перетворень при термоциклюванні в режимі 373↔77 К. Для вихідних мікролегованих Eu монокристалів Сr (вміст домішок Ci ≈ 10⁻³ мас.%) з орієнтаціями [110] та [112] уздовж осі стиснення спостерігалося монотонне зростання межі плинності в інтервалі температур від кімнатної до Т = Тх ≈ 170 К (Тх — температура в’язко-крихкого переходу). При зниженні температури в інтервалі Тх–4,2 К зразки руйнувалися крихко, зі зменшенням напруження руйнування, що обумовлено зростанням локальних напружень, пов’язаних з концентраторами. В результаті термоциклювання, що супроводжувалося багаторазовими фазовими перетвореннями з парамагнітного в антиферомагнітні АF₁ і АF₂ стани і навпаки, спостерігалося зниження Тх хрому на ≈ 20 К. Ефект пов’язується з протіканням релаксаційних процесів поблизу концентраторів напружень внаслідок переміщення стінок доменних структур та циклічних стрікційних деформацій, що компенсує зміну об’єму, яка викликана перегрівами та переохолодженням зразка внаслідок швидкої зміни температури.

Analysis of the literature data indicates the interconnection of the lattice and magnetic subsystems of chromium, which predetermined the study of changes in low-temperature plasticity and fracture of chromium as a result of magneto-lattice transformations during thermal cycling in the 373↔77 K regime. For the initial microalloyed Eu single crystals of Cr (the content of impurities Ci =10⁻³ wt.%) with orientations [110] and [112] along the compression axe, a monotonous growth of the yield point was observed in the temperature range from room temperature to T = Tx ≈ 170 K (Tx is the temperature of cold-brittleness or the temperature of viscous-brittle transition). When temperature was lowered in the interval Tx–4.2 K, the samples broke brittle, with a decrease in the fracture stress, which is due to the growth of local stresses at the concentrators. As a result of thermal cycling accompanied by multiple phase transformations from the paramagnetic to the antiferromagnetic АF₁ and АF₂ states and vice versa, a decrease in Tx value of chromium was observed by ≈ 20 K. The effect is related to the occurrence of relaxation processes near stress concentrators due to the displacement of the walls of domain structures and also cyclic striction deformations that compensate for the volume change caused by overheating and supercooling of the sample when a rapid change in temperature.