Энергия разрыва упаковки

энергия дефекта упаковки (SFE) - это свойство материала в очень малом масштабе. Обозначается как γ SFE в единицах энергии на площадь.

A дефект упаковки - это нарушение нормальной последовательности упаковки атомных плоскостей в плотноупакованной кристаллической структуре. Эти прерывания несут определенную энергию дефекта упаковки. Ширина дефекта упаковки является следствием баланса между силой отталкивания между двумя частичными дислокациями с одной стороны и силой притяжения из-за поверхностного натяжения дефекта упаковки с другой. рука. Таким образом, равновесная ширина частично определяется энергией дефекта упаковки. Когда ЭДУ высока, диссоциация полной дислокации на две части является энергетически невыгодной, и материал может деформироваться за счет скольжения дислокации или поперечного скольжения. Материалы с более низким SFE демонстрируют более широкие дефекты упаковки и больше затрудняют поперечное скольжение. SFE изменяет способность дислокации в кристалле скользить по пересекающейся плоскости скольжения . При низком ЭДУ подвижность дислокаций в материале снижается.

Материал	Латунь	Нержавеющая сталь	Ag (Серебро )	Au	Si (Кремний )	Ni (Никель )	Cu (Медь )	Mg (Магний )	Al (Алюминий )
SFE (мДж м)	<10	<10	25	75	>42	90	70-78	125	160-250

• 1 Неисправности штабелирования и энергия разломов штабелирования
• 2 Влияние на энергию разломов штабелирования
  • 2.1 Влияние легирующих элементов на SFE
  • 2.2 Соотношение e / a
• 3 Влияние энергии разломов штабелирования на деформацию и текстуру
  • 3.1 Высокое Материалы SFE
  • 3.2 Материалы с низким SFE
• 4 Примечания

A ошибка упаковки - это нарушение в плоской последовательности укладки атомов в кристалле - в металлах FCC нормальное Последовательность укладки - это ABCABC и т. д., но если возникает ошибка укладки, она может вносить нарушения, такие как ABCBCABC, в нормальную последовательность укладки. Эти нарушения несут сертификат Эта энергия называется энергией дефекта упаковки.

График того, как SFE быстро уменьшается с увеличением содержания сплава цинка. Данные взяты из. График того, как SFE быстро уменьшается с содержанием сплава алюминия. Данные взяты из.

Энергия дефекта упаковки в значительной степени зависит от нескольких основных факторов, в частности, основного металла, легирующих металлов, процентного содержания легированных металлов и отношения валентных электронов к атомам.

Влияние легирующих элементов на SFE

Давно установлено, что добавление легирующих элементов значительно снижает ЭПЭ большинства металлов. Какой элемент и в каком количестве будет добавлен, существенно влияет на SFE материала. На рисунках справа показано, как ЭПД меди снижается при добавлении двух различных легирующих элементов; цинк и алюминий. В обоих случаях ЭДУ латуни уменьшается с увеличением содержания сплава. Однако ЭДУ сплава Cu-Al уменьшается быстрее и достигает более низкого минимума.

соотношение e / a

Еще одним фактором, который оказывает значительное влияние на ЭДУ материала и очень взаимосвязан с содержанием сплава, является соотношение e / a, или отношение валентных электронов к атомы. Торнтон продемонстрировал это в 1962 году, построив график отношения e / a в зависимости от SFE для нескольких сплавов на основе меди. Он обнаружил, что отношение валентных электронов к атомам является хорошим предиктором энергии дефекта упаковки, даже когда легирующий элемент изменяется. Это напрямую поддерживает графики справа. Цинк является более тяжелым элементом и имеет только два валентных электрона, тогда как алюминий легче и имеет три валентных электрона. Таким образом, каждый весовой процент алюминия оказывает гораздо большее влияние на ЭДУ сплава на основе меди, чем цинк.

Двумя основными методами деформации металлов являются скольжение и двойникование. Скольжение происходит за счет скольжения винтовой или краевой дислокации в плоскости скольжения. Скольжение - самый распространенный механизм. Двойникование встречается реже, но при некоторых обстоятельствах возникает легко.

Двойникование происходит, когда не хватает систем скольжения для компенсации деформации и / или когда материал имеет очень низкую SFE. Двойники в изобилии присутствуют во многих металлах с низкой ЭУ, таких как медные сплавы, но редко встречаются в металлах с высокой ЭП, таких как алюминий.

Чтобы выдержать большие деформации без разрушения, должно быть по крайней мере пять независимых и активных систем скольжения. Когда часто возникает поперечное скольжение и соблюдаются некоторые другие критерии, иногда необходимы только три независимые системы скольжения для приспособления к большим деформациям.

Из-за различных механизмов деформации в материалах с высокой и низкой ЭПС они имеют разные текстуры.

Материалы с высоким КПД

Материалы с высоким КПД деформируются за счет скольжения полных дислокаций. Поскольку дефектов упаковки нет, винтовые дислокации могут скользить поперек. Смоллмен обнаружил, что поперечное скольжение происходит при низком напряжении для материалов с высокой ЭУ, таких как алюминий (1964). Это придает металлу дополнительную пластичность, потому что при поперечном скольжении требуется всего три других активных системы скольжения, чтобы выдерживать большие деформации. Это верно даже тогда, когда кристалл ориентирован не идеально.

Таким образом, материалы с высокой ЭПР не нуждаются в изменении ориентации, чтобы выдерживать большие деформации из-за поперечного скольжения. Некоторая переориентация и развитие текстуры будут происходить по мере движения зерен во время деформации. Большое поперечное скольжение из-за большой деформации также вызывает некоторое вращение зерен. Однако такая переориентация зерен в материалах с высоким SFE гораздо менее распространена, чем в материалах с низким SFE.

Материалы с низким значением SFE

Материалы с низким значением SFE образуют двойные дислокации. Вместо винтовых дислокаций образуются частички. Существующие винты не могут проскальзывать через дефекты упаковки даже при высоких нагрузках. Пять или более систем скольжения должны быть активными, чтобы возникли большие деформации из-за отсутствия поперечного скольжения. Для обоих направлений исуществует шесть и восемь различных систем скольжения соответственно. Если нагрузка не применяется вблизи одного из этих направлений, могут быть активны пять систем скольжения. В этом случае также должны быть задействованы другие механизмы, способные выдерживать большие нагрузки.

Материалы с низкой ЭПЭ также деформируются при деформации. Если деформационное двойникование сочетается с регулярной деформацией сдвига, зерна в конечном итоге выравниваются в сторону более предпочтительной ориентации. Когда много разных зерен выравниваются, создается сильно анизотропная текстура.

1. ^А. Келли и К. М. Ноулз, Кристаллография и кристаллические дефекты, John Wiley Sons, Ltd, Чичестер, 2-е изд., 2012 г., гл. 9. С. 269–304.
2. ^ Герцберг, Ричард В.; Винчи, Ричард П.; Герцберг, Джейсон Л. (2013). Механика деформирования и разрушения конструкционных материалов. John Wiley Sons, Inc. стр. 80. ISBN 978-0-470-52780-1.
3. ^Люк Реми. Кандидатская диссертация, Парижский университет, Орсе, Франция, 1975 г.
4. ^Венабль, Дж. А. (1964). Электронная микроскопия деформационного двойникования. Журнал физики и химии твердого тела, 25, 685-690.
5. ^Чжао, Ю.Х., Ляо, Ю.Ю., Чжу, Ю.Т. (2005). Влияние энергии дефекта упаковки на наноструктуру при кручении под высоким давлением. Материаловедение и инженерия A, 410-411, 188-193.
6. ^Н.В. Рави Кумар и др., Уменьшение зерен в магниевом сплаве AZ91 во время термомеханической обработки, Материалы и инженерия A359 (2003), 150-157.
7. ^Лоуренс Э. Мурр. Межфазные явления в металлах и сплавах. Аддисон-Уэсли Паб. Co., 1975.
8. ^Рохатги, А., Веккио, К., Грей, Г., (2001). Влияние энергии дефекта упаковки на механическое поведение Cu и сплава Cu-Al: деформационное двойникование, наклеп и динамическое восстановление. Металлургические операции и операции с материалами A 32A, 135-145.
9. ^Чжао, Ю.Х., Ляо, Ю.Ю., Чжу, Ю.Т. (2005). Влияние энергии дефекта упаковки на наноструктуру при кручении под высоким давлением. Материаловедение и инженерия A, 410-411, 188-193.
10. ^Рохатги, А., Веккьо, К., Грей, Г. (2001). Влияние энергии дефекта упаковки на механическое поведение Cu и сплава Cu-Al: деформационное двойникование, наклеп и динамическое восстановление. Металлургические операции и операции с материалами A 32A, 135-145.
11. ^Венейблс, Дж. А. (1964). Электронная микроскопия деформационного двойникования. Журнал физики и химии твердого тела, 25, 685-690.
12. ^Джохари, О., Томас, Г., (1964). Подложки из взрыво-деформированных сплавов Cu и CU-Al. Acta Metallurgica 12, (10), 1153-1159.
13. ^Торнтон, П. Р., Митчелл, Т. Э., Хирш, П. Б., (1962). Зависимость поперечного скольжения от энергии дефекта упаковки в металлах и сплавах гранецентрированной кубической формы. Философский журнал, 7, (80), 1349-1369.
14. ^Венейблс, Дж. А. (1964). Электронная микроскопия деформационного двойникования. Журнал физики и химии твердого тела, 25, 685-690.
15. ^Торнтон, П. Р., Митчелл, Т. Э., Хирш, П. Б., (1962). Зависимость поперечного скольжения от энергии дефекта упаковки в металлах и сплавах гранецентрированной кубической формы. Философский журнал, 7, (80), 1349-1369.
16. ^Эль-Данаф, Э., (2012). Механические свойства, микроструктура и эволюция микротекстуры для 1050AA, деформированного равноканальным угловым прессованием (РКУП) и сжатием плоской деформации после РКУП с использованием двух схем нагружения. Материалы и дизайн, 34, 793-807.
17. ^Рохатги, А., Веккьо, К., Грей, Г. (2001). Влияние энергии дефекта упаковки на механическое поведение Cu и сплава Cu-Al: деформационное двойникование, наклеп и динамическое восстановление. Металлургические операции и операции с материалами A 32A, 135-145.
18. ^Венейблс, Дж. А. (1964). Электронная микроскопия деформационного двойникования. Журнал физики и химии твердого тела, 25, 685-690.
19. ^Джохари О., Томас Г. (1964). Подложки из взрыво-деформированных сплавов Cu и CU-Al. Acta Metallurgica 12, (10), 1153-1159.
20. ^Чжао, Ю.Х., Ляо, Ю.Ю., Чжу, Ю.Т., (2005). Влияние энергии дефекта упаковки на формирование наноструктур при кручении под высоким давлением. Материаловедение и инженерия A, 410-411, 188-193.
21. ^Дилламор, И., Батлер, Э., Грин, Д. (1968). Вращения кристаллов в условиях наложенной деформации и влияния двойникования и поперечного скольжения. Metal Science Journal, 2 (1), 161-167.
22. ^Гровс, Г., Келли, А., (1963). Независимые системы скольжения в кристаллах. Философский журнал, 8 (89), 877-887.
23. ^Дилламор, И., Батлер, Э., Грин, Д. (1968). Вращения кристаллов в условиях наложенной деформации и влияния двойникования и поперечного скольжения. Metal Science Journal, 2 (1), 161-167.
24. ^Гровс, Г., Келли, А., (1963). Независимые системы скольжения в кристаллах. Философский журнал, 8 (89), 877-887.
25. ^Смоллмен Р., Грин Д. (1964). Зависимость текстуры прокатки от энергии дефекта упаковки. Acta Metallurgica, 12 (2), 145-154.
26. ^Смоллмен Р., Грин Д. (1964). Зависимость текстуры прокатки от энергии дефекта упаковки. Acta Metallurgica, 12 (2), 145-154.
27. <111>^ Дилламор, И., Батлер, Э., Грин, Д. (1968). Вращения кристаллов в условиях наложенной деформации и влияния двойникования и поперечного скольжения. Metal Science Journal, 2 (1), 161-167.
28. ^Хей, В., Вассерманн, Г. (1966). Механическое двойникование в холоднокатаных кристаллах серебра. Physica Status Solidi, 18 (2), K107-K111.