Effect of stacking-fault energy on the accumulation of dislocations during plastic deformation of copper-based polycrystalline alloys

Abstract

The transmission electron microscopy was used to investigate the dislocation structure and accumulation of dislocations during the plastic deformation in Cu-Al and Cu-Mn polycrystalline FCC solid solutions. Al content in Cu-Al alloys varied from 0.5 to 14 at.%, and Mn content in Cu-Mn alloys varied from 0.4 to 25 аt.%. The alloy samples with the grain size ranging from 20 to 240 μm were studied., They were subjected to tensile deformation at the strain rate of 2 · 10 -2 s -1 at temperatures 293 -673 K. Observations of the structure on thin foils were carried out on electron microscopes at 125 kV accelerating voltage. For different strains, the scalar dislocation density and other parameters of the defect structure such as the size of the dislocation cells, density of microtwins etc. were measured. The results show that the increased content of Mn and Al in alloys is accompanied by an increase in the dislocation density. In Cu-Al alloys the dislocation density depends on the stacking fault energy. With its decrease, the density of dislocations increases. An explanation of this behavior is given. In Cu-Mn alloys the increased Mn content does not modify the stacking fault energy, while in Cu-Al alloys the dislocation density increases with the increase in the deformation temperature due to the temperature effect on the stacking fault energy. In Cu-Mn alloys, the temperature reduces the dislocation density. The resistance to deformation both in Cu-Al and Cu-Mn alloys decreases with the temperature increase. Physical causes of the absence of the temperature anomaly of mechanical properties in Cu-Al alloys are discussed. -2 с -1 до разрушения при температурах 293 -673 K. Структура де-формированных до различных степеней деформации образцов изучали на фольгах на электронных микроскопах при ускоряющем напряжении 125 кВ. Для разных степеней деформации измерялась скалярная плотность дислока-ций и некоторые другие параметры дефектной структуры (размер дислокационных ячеек, плотность микродвойни-ков и др.). В результате исследований установлено, что увеличение содержания Mn и Al в сплавах сопровождается увеличением плотности дислокаций. При этом в сплавах Cu-Al плотность дислокаций зависит от энергии дефекта упаковки γ ДУ при снижении γ ДУ плотность дислокаций увеличивается. Дано объяснение этого явления. В сплавах Cu-Mn увеличение содержания Mn не изменяет γ ДУ , соответственно этот эффект отсутствует. В сплавах Cu-Al обна-ружено увеличение плотности дислокаций с повышением температуры деформации, что связано с влиянием тем-пературы на величину γ ДУ . В сплавах Cu-Mn увеличение температуры деформации снижает плотность дислокаций. Сопротивление деформированию как в сплавах Cu-Al, так и в сплавах с Mn с повышением температуры снижается. Обсуждаются физические причины отсутствия температурной аномалии механических свойств в сплавах Cu-Al.Ключевые слова: сплавы, деформация, плотность дислокаций, энергия дефекта упаковки.

Accumulation of Defects in Polycrystalline Copper–Aluminum Solid Solutions and the Role of Stacking Fault Energy

“…The values of ρ, ρ S , and ρ G depending on γ SF were measured using micrographs [13,14]. Experimental data for grain sizes of 20 and 240 μm deformed to ε true = 0.30 are presented in Fig.…”

Gradient dislocation substructures at fracture of polycrystalline Cu-Mn alloys

“…One can assume that the reason for this is related to the fact that in a low-alloyed material a misoriented cell DDS is developed more rapidly with the strain [19] and microcracks are formed along the cell boundaries of this structure. Due to a significant solid solution hardening in a high-concentrated alloy [20,21], the dislocation structure in such an alloy is fairly homogeneous up to higher strains and the cell DDS does not form. Microcracks form along the boundaries of microbands that are formed at larger strains than in the Cu + 0.4 at.…”

Influence of Plastic Deformation on the Accumulation of the Average Scalar Dislocation Density and Its Components pS and pG in Cu-Mn Alloys

“…Варьирование состава сплавов систем Cu-Mn может менять степень ближнего порядка и сопротивление движению дислокаций [1,2]. В то же время в сплавах системы Cu-Mn значение энергии дефекта упаковки (ЭДУ) незначительно зависит от концентрации легирующего компонента Mn [3]. Величина концентрации второго элемента в твердом растворе может приводить к изменению напряжения старта дислокаций и сил трения и, следовательно, к изменению сопротивления началу пластической деформации.…”