Рассеяние микротекстуры и его связь с формированием микроструктуры

При обсуждении природы локальной текстуры неизбежно встает вопрос о том, какая деформационная микроструктура стоит за данным распределением внутризеренных ориентаций. Известно (см. раздел 1.6), что при холодной деформации алюминия формируется характерная двухуровневая субструктура: относительно сильно разориентированные фрагменты — «блоки ячеек», состоящие из слабо разориентированных ячеек. Ячейки внутри блока в основном разориентированы на углы менее градуса. Разориентировки между блоками ячеек в алюминии варьируются в намного более широких пределах, например, при обжатии 10% - в интервале 0.6°, при 50% - 1°.22° [70]. В то же время, эти разориентировки как правило чередуются, но знаку, и потому поворот не накапливается в целом по зерну. В каждом зерне формируется специфическая по своей морфологии и кристаллогеометрии структура, особенности которой зависят от комбинации активных в данном зерне систем скольжения.

В настоящей работе исследовались поверхностные зерна. Очевидно, что близость свободной поверхности влияет на формирование микроструктуры, особенно при малых деформациях. В то же время, для рассматриваемых достаточно больших степеней деформации в работе [139] не было обнаружено существенных различий в разориентированной структуре поверхностных и внутренних зерен поликристаллического алюминия.

Как показано выше, микротекстура отдельного зерна представляет собой некоторое рассеяние ориентаций вокруг преимущественной. Ориентации, вероятность обнаружения которых в зерне составляет некоторую долю от максимальной, образуют замкнутую поверхность в пространстве вращений. Эту поверхность можно описать одним параметром — углом отклонения от преимущественной ориентации, 0. Среднее значение угла 0 для точек поверхности, соответствующей вероятности 'Л от максимальной, 0/" примем в качестве характеристики среднего разброса ориентаций.

На рис. 3.11 зависимость величины 0у_г от степени деформации представлена для исследованных зерен. Видно, что до деформации 50% разброс ориентаций возрастает сходным образом во всех зернах без признаков насыщения, достигая уровня 7. 10°. Аналогично можно ввести максимальный разброс,01/ю: среднее угловое отклонение ориентаций, встречающихся с вероятностью, равной одной десятой максимальной вероятности, от преимущественной ориентации зерна.

Рис. 3.11. Изменение среднего разброса ориентаций в исследованных зернах в зависимости от степени сжатия, выраженной в единицах истинной деформации.

Наличие взаимосвязи рассеяния микротекстуры и формирования микроструктуры вполне очевидна. Однако, желая сопоставить наши результаты с данными по разориснтировкам, полученными в [70], мы должны учитывать их особенности. Действительно, в [70] мы имеем дело с распределением разориентировок между соседними (ближайшими) микрообластями, а в нашем исследовании — распределение ориентировок всех микрообластей, составляющих деформационную субструктуру зерна. Эти распределения хотя и связаны, но опосредованным образом. Например, при наличии градиента ориентаций в масштабе зерна рассеяние ориентировок может быть большим (десятки градусов) даже при малой (порядка одного градуса) средней разориентации между ближайшими микрообластями. Нужно также учитывать, что упомянутые выше структурные данные [70] получены для случая прокатки алюминия. При том, что общий характер эволюции разориентированной микроструктуры, обнаруженный при прокатке, сохраняется и при сжатии, оправданным является сопоставление не абсолютных значений, а именно характера изменения параметров рассеяния текстуры и параметров разориентированной микроструктуры с ростом деформации.

Рис. 3.12. Разброс ориентаций, усредненный по исследованным зернам, а также средняя и максимальная разориентации между блоками ячеек согласно [12] в зависимости от степени истинной деформации.

На рис. 3.12 приведена величина среднего разброса ориентаций, но теперь усредненная по четырем исследованным зернам, и вместе с ней средняя разориентировка на границах блоков ячеек согласно [70]. Здесь же представлены величина максимального разброса, также усредненная по исследованным зернам, и максимальная разориентировка на границах блоков ячеек. На основании наблюдаемой корреляции в скорости изменения приведенных параметров можно предположить, что средний разброс ориентаций действительно отражает среднюю разориентированность внутризеренной микроструктуры.

С другой стороны, максимальный разброс ориентаций значительно превышает максимальную разориентировку на начальной стадии, но с ростом деформации увеличивается намного медленнее, чем максимальная разориентировка. Чтобы понять этот результат, рассмотрим механизм формирования разориентированной структуры. На начальной стадии этого процесса, при малых деформациях, внутризеренные повороты особенно неоднородны: повороты решетки приграничных областей существенно отличаются от поворота во внутреннем объеме зерна [115,120,121], по разному переориентируются области вблизи разных границ одного зерна [121]. Следовательно, на этом этапе основной вклад в рассеяние микротекстуры дают градиенты ориентации в масштабе зерна. Регулярная разориентированная субструктура внутри зерна еще только начинает развиваться: средняя разориентировка между блоками ячеек при е = 10…20% - порядка 1°.

При увеличении степени деформации фрагментация охватывает весь внутризеренный объем. В отдельных фрагментах (блоках ячеек) комбинации активных систем скольжения начинают различаться, что приводит не только к росту разориентировок на межфрагментных границах, но и к росту внутренних напряжений (см. главу 1). Снижению уровня напряжений способствует упорядочение деформаций и поворотов фрагментов, которое проявляется в чередование знака взаимного разворота микрообластей, в результате чего разориентировки в пределах зерна, как выше было отмечено, скомпенсированы. По мере увеличения разориентировок на чередующихся границах с ростом деформации вклад этой регулярной субструктуры в рассеяние микротекстуры должен увеличиваться, а вклад градиентов ориентации, соответственно, уменьшаться. В результате, как и видно из рис. 3.12, скорость увеличения разброса ориентаций, полученного из микротекстуры зерен, и скорость роста межфрагментных разориентировок выравниваются.