Структура границ зерен в металлах. Перев. с польского. Изд-во «Металлургия», 1972, с. 160.
В монографии изложены современные (дислокационные) представления о структуре и свойствах границ зерен в однофазных металлах. Расмотрена термодинамика границ, их геометрия, дислокационные модели и модели высокоугловых границ (Смолуковского, ядер дислокаций, мест соответствия, островная), а также взаимодействие границ со свободными дефектами. Подробно рассмотрен вопрос перемещения границ зерен в зависимости от содержания примесей, разориентации и приложенных напряжений. Приведена обширная библиография по рассматриваемому вопросу.
Книга предназначена для инженеров и научных работников, работающих в области металловедения, а также для студентов высших учебных заведений. Илл. 67. Табл. 6. Библ. 216 назв.
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Большинство металлических материалов, применяемых в технике, имеет поликристаллическую структуру, поэтому особое внимание уделяют роли границ зерен в поведении металлов при воздействии на них внешних
факторов.
В настоящее время известно, что собственная граница зерна представляет весьма тонкий слой (порядка двух-трех атомных промежутков) с искаженным строением. Приграничные объемы — также искаженные зоны, но имеющие протяженность в глубь стыкующихся по данной границе зерен на многие тысячи ангстрем.
Эти приграничные объемы оказывают значительное влияние на многие важные свойства металлов и сплавов. Неоднородность по составу (сегрегация примесей), преимущественное скольжение в этих объемах при определенных условиях деформирования, образование несплош-ностей, инициирование фазовых превращений и одновременно приостановление их, когда процесс доходит до соседнего зерна, процессы диффузии, рекристаллизации, роста зерен — эти и многие другие явления, обусловленные влиянием приграничных зон, определяют их большую роль в процессах структурообразования и в формировании структурно чувствительных свойств.
Степень влияния приграничных объемов определяется особенностями их собственного строения, распределением в них дислокаций, общим характером созданных искажений. Строение приграничных объемов определяется углом разориентировки стыкующихся зерен.
Таким образом, очевидно, что правильные представления о природе границ зерен (вернее, приграничных объемов) являются необходимыми для изучения природы металлов и происходящих в них превращений.
Между тем в литературе до сих пор не имеется систематизированных, данных о природе границ зерен, -в связи с чем инженеры не полностью осведомлены о достижениях металлофизики по этой важной проблеме
науки о металлах.
Предлагаемая советскому читателю книга М. Граб-
5
ского восполняет этот пробел. Она написана на совре менном уровне и относится к той литературе, ознакомле ние с которой окажется весьма полезным для инженеров металловедов, занимающихся в самых широких аспек тах изучением строения и свойств металлов и сплавов Автор в сжатой и доступной форме излагает резуль таты основополагающих работ по изучению границ зе рен, описывает основные дислокационные модели строения границ, некоторые экспериментальные методы исследования. Приведен интересный материал о роли границ зерен в процессах рекристаллизации, сегрегации элементов, сопротивления пластической деформации.
Книга М. Грабского, в которой наряду с теоретическими разработками можно найти и ряд важных рекомендаций для практического металловедения, является, несомненно, полезной для советского читателя.
ВВЕДЕНИЕ
Старая теория, основоположником которой был Ро-зенгайн [180], предполагает, что граница зерен образова* на из бесструктурного вещества, называемого фазой Билби1. Эта модель границ построена на основе наблюдений, связанных с пластической деформацией металлов при повышенных температурах, из которых следовало, что выше определенной температуры (называемой экви-когезивной или температурой равносвязи) граница становится менее прочной, чем сами кристаллические зерна, и тогда по границам начинается так называемое «вязкое течение». При таком подходе свойства границ не должны зависеть от разницы в ориентации образующих их зерен. Кроме ряда других, самое основное противоречие в указанной модели — это несоответствие между большой толщиной границы (около ста межатомных расстояний), необходимой для объяснения деформации, протекающей по границам при высоких температурах, и концепцией «кристаллических групп»2, являющейся интегральной частью модели, из которой следует, что граница очень тонка (два — три межатомных расстояния). В 1929 г. Харгривс и Хилл [118], порвав со взглядами, основывающимися на бесструктурности границ зерен, опубликовали так называемую теорию переходной решетки, в которой за основу приняли энергетический критерий. Они предположили, что при определенной разнице в ориентации соседних кристаллов между ними существует определенное расположение атомов, отвечающее минимальной, в данном случае потенциальной, энергии. Толщина границ был а в этом случае ограничена несколькими межатомными расстояниями. Хотя указанная теория и не могла удовлетворительно объяснить пластическую деформацию по границам зерен3, все же на ее
1 Интересное и подробное описание различных (в том числе и этой) теорий границ зерен можно найти в работах Кинга и Чал-мерса [8, 4], а также Мак Лина [12].
2 Под выражением «кристаллическая группа» подразумевают минимальную группу атомов, которая может образовать кристаллическое состояние.
3 Так как граница действительно имеет протяжение около двух-трех межатомных расстояний, то, когда говорят о свойствах или развитии деформации, имеют в виду процессы, протекающие в при-
7
ОГЛАВЛЕНИЕ
Сто.
От редактора перевода ............... 5
Введение ..................... 7
Общие представления о границах зерен......... 13
Термодинамика границ зерен............. 16
Энергетическое состояние границ........... 16
Определение энергии границ зерен .......... 21
Дислокационная модель малоугловых границ....... 25
Геометрия дислокационных границ.......... 25
Симметричные границы наклона........... 28
Несимметричные границы наклона.......... 31
Границы кручения (чистые и смешанные)....... 35
Поле напряжений вокруг дислокационных границ .... 40
Поле напряжений вокруг границ наклона....... 40
Поле напряжений вокруг чистых границ кручения .... 46
Поле упругих деформаций вокруг границ наклона .... 48
Энергия дислокационных границ........... 51
Высокоугловые границы............... 59
Модель Смолуховского.............. 64
Модель ядер дислокаций.............. 67
Модель мест совпадения.............. 71
Модель Кронберга—Вильсона........... 74
Модель Брендона................ 76
Двойниковые границы.............. 83
Островная модель Джифкинса............ 87
Минимум энергии высокоугловых границ ....... 72
Взаимодействие границ зерен с дефектами........ 97
Взаимодействие дислокационных границ с дислокациями 97 Взаимодействие между стенкой дислокаций и параллельными подвижными дислокациями.......... 99
Взаимодействие между стенкой дислокаций и непараллельными подвижными дислокациями.......... 104
Взаимодействие границ зерен с точечными дефектами . . . Ю5
Взаимодействие границ зерен с вакансиями....... Ю8
Взаимодействие границ зерен с примесными атомами ... Ц2
Перемещение границ зерен.............. 119
Упругие границы................. 120
Диффузионное перемещение границ зерен....... 122
Подвижность диффузионных границ в чистых металлах . . 123
Миграция границ при наличии примесей........ 133
Зависимость'миграции границ от движущей силы..... 141
Зависимость миграции от разориентации по границе ... 150
Литература.................... 154
Цена: 100руб.
