Рис. 12. Схема полигонизации: а - хаотичное распределение краевых дислокаций в изогнутом кристалле; б - стенки из дислокаций после полигонизации

Теория дислокаций позволила объяснить механизм полигонизации. Остаточный изгиб кристалла связан с избытком краевых дислокаций одного знака (рис. 12, а). Соответствующие им неполные вертикальные атомные плоскости, выходящие на верхнюю грань кристалла, действуют как клинья, изгибающие кристалл. При отжиге дислокации одного знака перераспределяются и выстраиваются одна над другой в стенки (рис. 12, б). При этом под областью разрежения от одной дислокации оказывается область сгущения от другой дислокации, и поля упругих напряжений дислокаций в значительной мере взаимно компенсируются.Стенка из дислокаций не имеет далБнодействующего поля напряжений. Следовательно, образование дислокационных стенок - энергетически выгодный процесс, который должен идти самопроизвольно. Однако для его развития необходима термическая активация.

Дислокационные стенки в изогнутом кристалле образуются в результате сочетания процессов скольжения и переползания дислокаций. Из простого сопоставления рис. 12, с и б видно, что только скольжением в горизонтальных плоскостях дислокации не могут установиться одна наддругой в виде вертикальной стенки. Для этого необходимо переползание, а оно состоит в достраивании или растворении кромок неполных атомных плоскостей и. обеспечивается медленным диффузионным процессом. Скорость переползания - наиболее медленного процесса - определяет скорость выстраивания дислокаций в стенки.

Стенка из дислокаций одного знака является .малоугловой границей, разделяющей соседние субзерна с небольшой разорнен-тировкой решеток. Таким образом, при возврате субзерна с полигональными границами возникают вследствие выстраивания дислокаций в стенки - малоугловые границы.- Нагревание здесь не-S6

обходимо, чтобы активировать переползание большого числа дислокаций. Температура отжига для полигонизации должна быть выше, чем только для отдыха.

Простые границы наклона, состоящие из одних краевых дислокаций, и соответствующие им субзерна в виде параллельных пластинок, проходящих через весь кристалл, наблюдают обычно только при отжиге после деформации, когда действует одна система скольжения. В поликристаллических металлах при средней и большой пластической деформации всегда происходит турбулентное течение, скольжение идет по разным системам, Поэтому в них при отжиге образуются субзеренные границы, состоящие из смешанных дислокаций. Такие границы образуются в результате простого и поперечного скольжения и переползания дислокаций, причем самым медленным является переползание.

Субзерна, образующиеся при отжиге после холодной деформации поликристаллического металла, обычно более или менее равноосны, но имеют криволинейные границы. Угловая разориенти-ровка соседних субзерен и в этом случае обусловлена избытком в субгранице дислокаций одного знака. Тело субзерен свободно или почти свободно от дислокаций. Несмотря на отсутствие границ в виде правильных многоугольников, образование таких субзерен при отжиге также называют полигонизацией. Следовательно, термин полигонизация утратил свой первоначальный смысл. Теперь полигонизацией называют образование разделенных малоугловыми границами субзерен путем перераспределения дислокаций. При этом переползание является ведущим процессом.

Если при пластической деформации возникла ячеистая структура (см. рис. 9), то полигонизация при отжиге состоит не в формировании субзерен из хаотично расположенных дислокаций, а в развитии имеющейся ячеистой структуры. Размытые, плохо оформленные ячейки полностью окружаются границами, объемные стенки ячеек становятся более узкими, плоскими, тело ячеек еще больше очищается от дислокаций и ячейки постепенно превращаются в хорошо оформленные субзерна.

Подобрав травитель, можно металлографически выявить границы субзерен. Под микроскопом они обнаруживаются в виде цепочек ямок травления, каждая из которых соответствует месту выхода на поверхность шлифа дислокации внутри малоугловой границы. Чаще всего субзеренные границы видны на шлифах в виде сетки тонких линий внутри зерен, границы которых выявляются в виде более толстых линий.

Субзерна, образовавшиеся при полигонизации, с увеличением времени и повышением температуры отжига стремятся укрупниться. Экспериментально установлены два механизма этого укрупнения- миграция субграниц и коалесценция субзерен.

На рис. 13 схематично изображен Y-образный стык трех субзерен, разделенных границами Р, Р и Р . Две близко расположенные одна к другой дислокационные стенки Р и Р срастаются,

р продолжая стенку Р (тройной стык смещается вверх). 1 При слиянии субграниц и перемещении тройного. 1 стыка два субзерна растут за счет третьего, а разо- риентировка субзерен около образующейся границы равна сумме разорнентировок около исходных суб-граииц. Движущей силой этого процесса является стремление кристалла уменьшить энергию субграниц в расчете на одну дислокацию.

На рис. 13 стрелками показаны направления, по которым должны смещаться дислокации, участвующие в процессе слияния границ Р и Р . Ясно, что это слияние наступает в результате сочетания скольжения и переползания. Одно скольжение не может привести к равномерному распределению дислокаций после слияния стенок. Следовательно, в укрупнении субзерен миграцией субграниц, как и. в их формировании на первых этапах полигонизации, переползание - самый медленный процесс - играет ведущую роль. Укрупнение субзерен путем коалесценции наблюдали при отжиге фольги непосредственно в колонне электронного микроскопа. Прямые наблюдения выявили постепенное размывание субграниц и исчезновение контраста между субзернами. А это значит, что субзерна приобретают одинаковую кристаллографическую ориентацию.

Стадии коалесценции двух субзерен показаны на рис. J4. Совершенно очевидно, что исчезновение субграницы должно сопровождаться некоторым поворотом решетки одного (рис. 14, б)

1 J. 1 X

Рис. 13. Схема срастания соседник малоугловых границ, приводящего к укрупнению субзерея

, Р н е. 1 i. Сгадии коалесценции двух субзерен (сх ма Ли): а- структура.до коалесценции; 6 - поворот одного субзерна; к - структура сразу же после коалесценции; г - конечная структура после выпрям-s яения-субгранвд вследствие миграции