Mechanisms of Solid-Solution Hardening of Single-Phase Cu-Al and Cu-Mn Alloys with a Mesh Dislocation Substructure

УДК 534+541.1

  • L.I. Trishkina Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia) Email: trishkina.53@mail.ru
  • T.V. Cherkasova Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia) Email: cherkasova_tv@mail.tu
  • A.A. Klopotov Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia) Email: klopotovaa@tsuab.ru
  • A.I. Potekaev National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia) Email: potekaev@spti.tsu.ru
Keywords: alloys, solid-solution hardening, dislocation substructure, packing defect energy, dislocations

Abstract

The dislocation structure and dislocation accumulation during deformation of polycrystalline FCC solid solutions of Cu-Al and Cu-Mn systems are studied by transmission diffraction electron microscopy. The Al content in Cu-Al alloys varies from 0.5 to 14 at.%. The Mn content in Cu-Mn alloys varies in the range of 0.4 ÷ 25 at.%. Alloys with a grain size in the range of 20 ÷ 240 µm are studied. The alloy samples are deformed by stretching at a rate of 2×10-2c-1 to failure at 293 K. The structure of samples deformed to various degrees of deformation is studied on foils using electron microscopes at an accelerating voltage of 125 kV. For each degree of deformation, the scalar dislocation density and its components are measured: statistically stored dislocations ρS and geometrically necessary dislocations ρG and some other parameters of the defective structure.

The mechanisms and their contributions due to mesh and mesh-mesh dislocation substructures (DSS) are determined using the example of substructural and solid-solution hardening in polycrystalline Cu-Al and Cu-Mn alloys.

The relative role of various mechanisms in the formation of the resistance to deformation of alloys at different grain sizes is determined. The role of the packaging defect energy on the value of solid-solution hardening for different grain sizes is revealed. The average scalar dislocation density is considered and determined along with its components: statistically stored dislocations ρS and geometrically necessary dislocations ρG. The dependences of the flow stress on the square root of the densities of geometrically necessary dislocations and the densities of statistically stored dislocations are found.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

L.I. Trishkina, Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia)

доктор физико-математических наук, доцент, профессор

T.V. Cherkasova, Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia)

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент

A.A. Klopotov, Tomsk State University of Architecture and Building (Tomsk, Russia)

доктор физико-математических наук, профессор, профессор

A.I. Potekaev, National Research Tomsk State University (Tomsk, Russia)

доктор физико-математических наук, профессор, профессор

References

Механизмы упрочнения твердых тел / под ред. М.Л. Бернштейна. М., 1965.

Strengthening Methods in Crystals. London, 1971.

Конева Н.А., Козлов Э.В., Теплякова Л. А., Гаврилюк В. Г. Роль размера зерен и твердорастворного упрочнения в формировании дислокационных субструктур сплавов Cu-Mn при деформировании // Изв. вузов. Физика. 1996. № 3.

Козлов Э.В., Конева Н.А. Современная картина стадий пластической деформации // Изв. вузов. Физика. 2004. № 8.

Koneva N.A., Popova N.A., Fedorisheva M.V. Effect of grain size on defects density and internal stresses in submicrocrystals // Mat. Sci. Forum. 2010. Vоl. 633–634. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.633-634.605.

Малыгин Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллов // Успехи физических наук. 1999. Т. 169.

Бекофен В. Процессы деформации. М., 1977.

Тришкина Л.И., Черкасова Т.В., Клопотов А.А., Потекаев А.И., Кулагина В.В. Влияние состава на эволюцию дислокационной субструктуры в поликристаллических, находящихся в слабоустойчивом состоянии сплавах Cu-Al при пластической деформации // Известия Алт. гос. ун-та. Физика. 2021. № 1 (117). DOI: 10.14258/izvasu(2021)1-09.

Козлов Э.В., Конева Н.А. Современная картина стадий пластической деформации // Изв. вузов. Физика. 2004. № 8.

Kozlov E.V., Koneva N.A. Stages of plastic deformation in metallic nanocrystals //Materials Science Forum. 2011. Vol. 683. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.683.183.

Набаро Ф.Р.Н., Базинский В.С., Холт Д.Б. Пластичность чистых монокристаллов. М., 1967.

Конева Н.А., Козлов Э.В. Закономерности субструктурного упрочнения // Изв. вузов. Физика. 1991. № 3.

Конева Н.А., С.Ф. Киселева, Н.А. Попова, Э.В. Козлов Э.В. Эволюция пластических и упругих составляющих внутренних напряжений в деформированной поликристаллической аустенитной стали // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2016. Т. 13. № 1.

Конева Н.А., Тришкина Л.И., Потекаев А.И., Козлов Э.В. Структурно-фазовые превращения в слабоустойчивых состояниях металлических систем при термосиловом воздействии / под общ. ред. А.И. Потекаева. Томск, 2015.

Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М., 1970.

Конева Н.А. Черкасова Т.В., Тришкина Л.И., Попова Н.А., Громов В.Е., Аксенова К.В. Дислокационная структура и дислокационные субструктуры. Электронномикроскопические методы измерения их параметров. Новокузнецк, 2019.

Yuki. T., Takuro M., Toshihiro T., Setsuo T. Effect of dislocation on the yield stress in ferritic steel under identical dislocation density conditions // Scripta Materialia. 2020. 117.

Shiqi Zhang, Wei Liu, Jifang Wan, R.D.K. Misra, Qiang Wang, Chao Wang The grain size and orientation dependence of geometrically necessary dislocations in polycrystalline aluminum during monotonic deformation: Relationship to mechanical behavior // Materials Science & Engineering. 2020. A 775 DOI: 10.1016/j.msea.2020.138939.

Wang P., Yin T., Qu S. On the grain size dependent working hardening behaviors of severe plastic deformation processed metals // Scripta Materialia. 2020. Vol. 178. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.11.028.

Mishra A., Kad B.K., Gregori F., Meyers M.A. Microstructural evolution in copper subjected to severe plastic deformation: Experiments and analysis //Acta Mater. 2007. 55 (1). DOI: 10.1016/j.actamat.2006.07.008.

Dong J.L., Yoon E.Y., Ahn D.H., Park B.H., Park H.W., Park L.J., Estrin Y., Kim H.S. Dislocation density-based finite element analysis of large strain deformation behavior of copper under high-pressure torsion //Acta Mater. 2014. Vol. 76.DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.027.

Published
2021-09-10
How to Cite
Trishkina L., Cherkasova T., Klopotov A., Potekaev A. Mechanisms of Solid-Solution Hardening of Single-Phase Cu-Al and Cu-Mn Alloys with a Mesh Dislocation Substructure // Izvestiya of Altai State University, 2021, № 4(120). P. 59-65 DOI: 10.14258/izvasu(2021)4-09. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282021%294-09.