Роль рельефа Пайерлса в низкотемпературной пластичности чистого α-Ti

Abstract

Проведено детальное исследование низкотемпературной пластичности поликристаллического α-Ti повышенной чистоты (примесей внедрения O + N = 0,06 ат. %). Получены температурные зависимости предела текучести, эффективного напряжения, скоростной чувствительности деформирующего напряжения и активационного объема в интервале температур 0,5–450 К. Выполнен термоактивационный анализ экспериментальных данных в рамках модели активированного движения дислокационной струны в рельефа Пайерлса. Показано, что пластическое течение чистого α-Ti в области умеренно низких температур (7 К < T < 150 К) происходит в результате термически активированного преодоления барьеров Пайерлса по механизму зарождения, расширения и аннигиляции парных кинков. Получены эмпирические значения параметров теории для призматического скольжения {1010} 1120 в α-Ti при низких температурах: напряжение Пайерлса τР = 72 МПа и характерная энергия критического парного кинка Hc = 1,5·10⁻¹⁹ Дж = 0,96 эВ. При T < 7 К пластичность чистого -Ti имеет ярко выраженную аномалию, возможной причиной которой может быть переход при понижении температуры от термически активированного режима движения дислокаций к динамическому (надбарьерному). При повышенных температурах T > 150 К пластичность чистого α-Ti качественно сохраняет характерные особенности, соответствующие механизму термически активированного движения дислокаций в рельефе Пайерлса при малых значениях эффективных напряжений.

Проведено детальне дослідження низькотемпературної пластичності полікристалічного α–Ti підвищеної чистоти (домішки проникнення O + N = 0,06 ат. %). Одержано температурні залежності границі плинності, ефективної напруги, швидкісної чутливості деформуючої напруги і активаційного об’єму в інтервалі температур 0,5–450 К. Виконано термоактиваційний аналіз експериментальних даних в рамках моделі активованого руху дислокаційної струни у рельєфі Пайєрлса. Показано, що пластична течія чистого α-Ti в області помірно низьких температур (7 К < T < 150 К) відбувається в результаті термічно активованого подолання бар’єрів Пайєрлса за механізмом зародження, розширення та анігіляції парних кінків. Одержано емпіричні значення параметрів теорії для призматичного ковзання {1010} 1120 в α-Ti при низьких температурах: напруга Пайєрлса Р = 72 МПа і характерна енергія критичного парного кінку Hc = 1,5·10⁻¹⁹ Дж = 0,96 эВ. При Т < 7 К пластичність чистого α-Ti має яскраво виражену аномалію, можливою причиною якої може бути перехід зі зниженням температури від термічно активованого режиму руху дислокацій до динамічного (надбар’єрного). При підвищених температурах Т > 150 К пластичність чистого α-Ti в якісному відношенні зберігає характерні особливості, які відповідають механізму термічно активованого руху дислокацій у рельєфі Пайєрлса при малих значеннях ефективних напружень.

The low-temperature plasticity of pure (interstitial impurity O + N = 0.06 at.%) polycrystal α-Ti has been studied comprehensively. The temperature dependences of yield strength, effective stress, strain-rate sensitivity of deformation stress and activation volume have been measured in the interval 0.5–450 K. The thermoactivation analysis of the experimental results was performed using the model of activated motion of a dislocation string in the Peierls relief. It is shown that at moderate low-temperatures (7 K < T < 150 K) the plastic flow is caused by the thermally activated overcoming of the Peierls barriers through the mechanism of nucleation, extension and annihilation of kinks. Empiric parameters of the theory for the prismatic slip {1010} 1120 in α-Ti at low temperatures have been obtained: Peierls stress τP = 72 MPa, characteristic energy of the critical double kink Hc = 1,5·10⁻¹⁹ J = 0.96 eV. At T < 7 K the plasticity of pure α-Ti exhibits a distinct anomaly presumably caused by the transition from the thermally activated motion of dislocations to the dynamic (over-barrier) motion, which occurs at lowering temperature. At elevated temperatures, T > 150 K, the plasticity of pure α-Ti retains qualitatively the features corresponding to the thermally activated dislocation motion in the Peierls relief at low effective stresses.