Published January 1982 | Version v1
Journal article

The Snoek-Koester relaxation in niobium and tantalum containing oxygen

  • 1. Stuttgart Univ. (TH) (Germany, F.R.). Inst. fuer Theoretische und Angewandte Physik
  • 2. Max-Planck-Institut fuer Metallforschung, Stuttgart (Germany, F.R.). Inst. fuer Physik
  • 3. Max-Planck-Institut fuer Metallforschung, Stuttgart (Germany, F.R.). Inst. fuer Werkstoffwissenschaften
  • 4. Academia Sinica, Shenyang (China). Inst. of Metal Research
  • 5. Zhongshan Univ., Guangzhou (China)
  • 6. Academia Sinica, Hefei (China). Inst. of Solid State Physics

Description

The relaxation phenomena in oxygen-doped high-purity niobium and tantalum after plastic deformation are investigated by means of internal-friction and mechanical after-effect measurements. It is shown that there may be two distinct Snoek-Koester (or 'cold-work') relaxations associated with interstitially dissolved oxygen, namely 'peak (1)' occurring at lower temperatures but possessing the higher activation enthalpy, and 'peak (2)' at higher temperatures but with the lower activation enthalpy. Peak (1) is much less stable against annealing than peak (2), which in the present work is studied in considerable detail. Its excess width is found to be due to a distribution in the pre-exponential factors of the relaxation times and not in the activation enthalpies, and its relaxation strength to be independent of temperature. The observations are quantitatively accounted for by a theory attributing the Snoek-Koester relaxation to the thermally activated formation of kink pairs on screw dislocations in the presence of foreign interstitial atoms. The expression for the activation enthalpy of the Snoek-Koester relaxation involves, in combinations that depend on the experimental conditions, the migration enthalpy of the foreign interstitial atoms, the kink-formation enthalpy, and the enthalpy of binding of the foreign interstitial atoms to screw dislocations, Hsup(B)sub(d). Comparison between theory and experiment gives us 0.23 eV <= Hsup(B)sub(d) <= 0.31 eV for Nb and 0.33 eV approx. <= Hsup(B)sub(d) approx. <= 0.55 eV for Ta. (orig.)

Abstract (German)

Die nach plastischer Verformung in sauerstoffbeladenem hochreinem Niob und Tantal auftretenden Relaxationserscheinungen werden mit Hilfe der inneren Reibung und der mechanischen Nachwirkung untersucht. Dabei ergibt sich, dass zwischen zwei verschiedenen Snoek-Koester-Relaxationen unterschieden werden muss, naemlich dem bei tiefer Temperatur, aber mit hoeherer Aktivierungsenthalpie auftretenden Prozess (1) und einem Prozess (2), der bei hoeherer Temperatur beobachtet wird und eine niedrigere Aktivierungsenthalpie aufweist. In der vorliegenden Arbeit wird der Prozess (2), der gegen Anlassen erheblich stabiler ist als der Prozess (1), besonders ausfuehrlich untersucht. Es wird gezeigt, dass bei ihm eine Verteilung der praeexponentiellen Faktoren der Relaxationszeit und nicht der Aktivierungsenergie vorliegt und dass die Realaxationsstaerke temperaturunabhaengig ist. Die Beobachtungen lassen sich quantitativ auf Grund der Vorstellung erklaeren, dass die Snoek-Koester-Relaxation durch die thermisch aktivierte Bildung von Kinkenpaaren in Schraubenversetzungen in der Gegenwart von interstitiellen Fremdatomen kontrolliert wird. Der Ausdruck fuer die Aktivierungsenthalpie enthaelt in einer von den experimentellen Bedingungen abhaengenden Art und Weise die Wanderungsenthalpie der Fremdatome, die Bildungsenthalpie der Kinken sowie die Enthalpie Hsup(B)sub(d) der Bindung der Fremdatome an die Schraubenversetzungen. Der Vergleich zwischen Experiment und Theorie ergibt 0,23 eV <= Hsup(B)sub(d) <= 0,31 eV fuer Niob und 0,33 eV approx. <= Hsup(B)sub(d) approx. <= 0,55 eV fuer Ta. (orig.)

Additional details

Publishing Information

Journal Title
Z. Metallkd.
Journal Volume
73
Journal Issue
1
Series
Z. Metallkd.
Journal Page Range
1-20
ISSN
0044-3093