Низкотемпературная аномалия пластичности концентрированных ГЦК твердых растворов: система Pb–In

Abstract

Изучены закономерности пластической деформации монокристаллов твердых растворов системы Pb–In в условиях низких и очень низких температур 0,5 К < T < 30 К. Для сплавов Pb–5, 10 и 20 ат.% In измерены температурные зависимости предела текучести τ₀(T) и прироста деформирующего напряжения Δτ(T) после десятикратного увеличения скорости деформации. Выявлены специфические особенности (аномалии) этих зависимостей, которые не соответствуют представлениям о термически активированном движении дислокаций через примесные барьеры. Установлено, что характер аномалий существенно изменяется при изменении концентрации индия от умеренных значений (5 и 10 ат.%) до высокого (20 ат.%). Низкотемпературная аномалия пластичности умеренно концентрированных сплавов интерпретирована на основе представлений о термоинерционном и квантово-инерционном движении дислокаций через систему одиночных примесных атомов. В случае высококонцентрированного сплава для интерпретации аномалии использована модель негомогенного распределения примесей — наличие в сплаве малых кластеров, которые создают более мощные препятствия для движения дислокаций, чем одиночные примесные атомы. Высокий уровень эффективных деформирующих напряжений в условиях глубокого охлаждения приводит к динамическому режиму движения дислокаций через систему кластеров и одиночных примесей, при этом предел текучести сплава τ₀ определяется примесным торможением типа сухого трения, а скоростная чувствительность деформирующего напряжения Δτ — вязким торможением электронами и фононами. Атермичность примесного сухого трения и резкое уменьшение вязкого трения при охлаждении определяют характер аномалии в этом случае.

Вивчено закономірності пластичної деформації монокристалів твердих розчинів в системі Pb–In в умовах низьких і дуже низьких температур 0,5 К < T < 30 К. Для сплавів Pb–5; 10 і 20 ат.% In виміряно температурні залежності границі плинності τ₀(Т) і приросту деформуючої напруги Δτ(Т) після десятиразового збільшення швидкості деформації. Виявлено специфічні особливості (аномалії) цих залежностей, які не відповідають уявленням про термічно активований рух дислокацій через домішкові бар’єри. Встановлено, що характер аномалій істотно змінюється при переході від помірно концентрованих сплавів до висококонцентрованого сплаву Pb–20 ат.% In. Низькотемпературну аномалію пластичності помірно концентрованих сплавів інтерпретовано на основі уявлень про термоінерційний і квантово-інерційний рух дислокацій через систему одиночних домішкових бар’єрів. Для інтерпретації аномалії у випадку висококонцентрованого сплаву використано модель негомогенного розподілу домішок — присутністю у ньому малих кластерів, які створюють більш потужні перепони для руху дислокацій, ніж одиночні домішкові атоми. Високий рівень ефективних напружень в умовах глибокого охолодження призводить до динамічного режиму руху дислокацій через систему кластерів і одиничних домішок, при цьому границя плинності сплаву τ₀ визначається домішковим гальмуванням типу сухого тертя, а швидкісна чутливість деформуючої напруги — в’язким гальмуванням на електронах і фононах. Атермічність домішкового сухого тертя і різке зменшення в’язкого тертя при охолодженні обумовлює характер аномалії у цьому випадку.

The peculiarities of plastic deformation in single crystals Pb–In solid solutions at low and ultra low temperatures 0.5 K < Т < 30 K were studied. The investigated temperature dependences of the yield stress τ₀(Т) and the strain rate sensitivity of flow stress Δτ(Т) for Pb–5; 10 and 20 at.% In alloys were found to be anomalous and atypical for thermally activated motion of dislocations through the solute atoms. The character of the anomalies changes with increasing in concentration increase from moderate (5; 10 at.%) to high (20 at.%) values. The low temperature anomalies of moderately concentrated alloys is explained in terms of the termoinercial and quantum-inercial motion of dislocations through the single solute atoms. To explain the anomalies of the high concentrated alloy, an inhomogeneous impurity distribution model was used, namely, small impurity clusters as strong barriers for dislocations compared to the single atoms. The high effective flow stresses at ultra low temperatures lead to a dynamical mode of dislocation motion through a single solute atoms and clusters, and the yield stress τ₀ is determined by the impurity dry friction whereas the strain rate sensitivity Δτ — by electron and phonon drag. The athermal dry friction and the sharp decrease of drag with temperature decrease determine the character of anomaly in this case.