Ledge structure and the mechanism of θ′ precipitate growth in AlCu

Abstract

A model of precipitate plate growth developed for the PtC interstitial alloy system is extended to substitutional systems and compared with observations on θ′ precipitation from Al–4% Cu. By analogy, simple basic units of ledge growth involving conservative and non-conservative partial dislocation propagation on {001} planes are predicted for θ′ formation directly from solid solution. In contrast to current models for Al–Cu that assume a/n[001] dislocations at ledges, single ledges (one θ′ unit cell high), are necessarily associated with partial dislocations whose shear component is 1/2[100] or 1/2[010] analogous to the 1/6〈112〉 Shockley partials in the nucleation of γ′ plates on {111} planes in AlAg. This is shown to be a direct outcome of a simple lattice correspondence between the f.c.c. matrix and the b.c.t. precipitate. In general, however, double ledges (1.16 nm high) with opposite, cancelling, shears form to minimize shape change. Superledges (2.03 nm high) which are frequently observed, in addition minimize volume change. Accommodation of misfit in the broad faces of the precipitate also arises naturally in the model from epitaxial dislocations formed by combinations of growth partials. When θ′ forms from θ″ the vacancy super-saturation provided by dissolving dislocation loops is thought to initiate the transformation. A commonality of behavior found for PtC, AlCu, and AlAg suggests a wider validity for the proposed model. Ein Modell für das Wachstum plättchenförmiger Ausscheidungen, entwickelt für das interstitielle Legierungssystem Pt–C, wird auf substitutionelle Systeme übertragen und mit Beobachtungen von θ′-Ausscheidungen in Al–4% Cu verglichen. Einfache Grundeinheiten des Stufenwachstums, die die konservative und nichtkonservative Ausbreitung von Partialversetzungen auf {001}-Ebenen erfordern, werden für θ′-Bildung aus dem übersättigten Mischkristall vorhergesagt. Im Gegensatz zu üblichen Modellen für Al–Cu, die a/n[001] Versetzungen an Stufen annehmen, sind Einzelstufen (eine θ′-Einheitszelle hoch) notwendigerweise mit einer Partialversetzung verbunden, deren Scherkomponente 1/2[100] oder 1/2[010] beträgt, analog zu den 1/6〈112〉 Shockley-Partialversetzungen in der Keimbildung von γ′-Platten auf {111}-Ebenen in Al–Ag. Es wird gezeigt, daß dies das direkte Ergebnis eines einfachen Gitterzusammenhangs zwischen der k.f.z.-Matrix und der t.r.z.-Ausscheidung ist. Im Allgemeinen werden jedoch Doppelstufen (1,16 nm hoch) mit entgegengesetzten, sich gegenseitig aufhebenden Scherkomponenten gebildet, um die Formänderung zu minimieren. Superstufen (2,03 nm hoch), die oft beobachtet werden, gleichen zusätzlich die Volumenänderung aus. Fehlpassung auf den flachen Seiten der Ausscheidungen wird durch epitaktische Versetzungen ausgeglichen, die durch Kombination von Wachstums-Partialversetzungen entstehen. Wenn θ′ sich aus θ″ bildet wird vermutet, daß die Leerstellenübersättigung aus sich auflösenden Versetzungsringen die Umwandlung beginnt. Die Ähnlichkeit im Verhalten von PtC, AlCu und AlAg deutet auf eine allgemeinere Anwendungsmöglichkeit des Modells hin.