ПРЕРЫВИСТАЯ ТЕКУЧЕСТЬ: ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ, МАКРОФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

Аннотация


Скачкообразная деформация как проявление неустойчивости пластического деформиро- вания обнаруживается для широкого круга пластичных материалов в определенных температур- но-скоростных диапазонах деформирования. Известно, что температура и скорость деформации являются важнейшими параметрами процессов неупругого деформирования. Для большинства поликристаллов в условиях отсутствия фазовых переходов повышение температуры и уменьше- ние скорости деформации ведет к снижению напряжения сопротивления неупругой деформации. В то же время для значительной части сплавов существуют диапазоны температур и скоростей деформации, в которых обнаруживается обратный характер зависимости напряжения течения. Основной причиной указанного аномального поведения многие исследователи считают процессы диффузии и взаимодействия дислокаций с примесными атомами. В качестве одного из наиболее известных проявлений влияния диффузионных процессов на поведение деформируемого мате- риала является эффект Портевена-Ле Шателье. В настоящее время актуальной является про- блема установления диапазонов воздействий, в которых реализуется прерывистая текучесть, для их исключения в технологических режимах обработки металлических изделий.Наиболее предпочтительными для анализа прерывистой текучести, определения опти- мальных режимов обработки, проектирования новых материалов являются методы и подходы, основанные на математическом моделировании, так как экспериментальные методы исследова- ния рассматриваемого явления чрезвычайно ресурсоемки и применимы только для уже сущест- вующих материалов. Построение математических моделей, с достаточной степенью адекватно- сти отражающих исследуемые процессы, невозможно без тщательного изучения имеющейся эмпирической информации, установления лидирующих физических механизмов.В первой части обзора рассматриваются работы, посвященные описанию физических ме- ханизмов и экспериментальным исследованиям прерывистой пластичности. Основным механиз- мом считается закрепление дислокаций атомами примесей во время задержек движения дисло- каций барьерами различной природы. На основе имеющихся экспериментальных данных по од- ноосному нагружению выделяются три основных типа проявления эффекта Портевена-Ле Шателье, в реальных опытах могут наблюдаться различные сочетания этих трех типов. Для тео- ретического описания прерывистой пластичности используются различные подходы и модели (макрофеноменологические, структурно-механические, физические); в настоящем обзоре анали- зируются только феноменологические модели.

Об авторах

П В Трусов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: tpv@matmod.pstu.ac.ru
614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

Е А Чечулина

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: Zhenya-chechulina@yandex.ru
614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

Список литературы

  1. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируе-мых твердых тел. Ч.1. Малые деформации. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1984. - 600 с.
  2. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируе-мых твердых тел. Ч.2. Конечные деформации. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1984. - 432 с.
  3. Коновалов А.В., Смирнов А.С. Влияние динамического деформационного старения сплава АМг6 на сопротивление деформации// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. - 2011. - Т. 12. - С. 1-6.
  4. Криштал М.М. Неустойчивость и мезоскопическая неоднород-ность пластической деформации (аналитический обзор). Часть I. Феноменология зуба текучести и прерывистой текучести // Физи-ческая мезомеханика. - 2004. - Т. 7, № 5. - С. 5-29.
  5. Криштал М.М. Неустойчивость и мезоскопическая неодно-родность пластической деформации (аналитический обзор). Часть II. Теоретические представления о механизмах неустойчивости пласти¬ческой деформации // Физическая мезомеханика. - 2004. - Т. 7, № 5. - С. 31-45.
  6. Криштал М.М. Взаимосвязь неустойчивости и неодно¬род¬ности пластической деформации: Закономерности и особенности пре-рывистой текучести на примере Al-Mg сплавов: дис. … д-ра физ.-мат. наук; Тольят. гос. ун-т. - Тольятти, 2003. - 330 с.
  7. Лебедкин М.А. Самоорганизация и коллективные эффекты при неустойчивой пластической деформации кристаллов: дис. … д-ра физ.-мат. наук; Ин-т физики твердого тела РАН. - Черноголовка, 2002. - 248 с.
  8. Маркушев М.В., Мурашкин М.Ю. Структура и механическое по-ведение алюминиевого сплава АМгб после интенсивной пласти-чес¬кой деформации и отжига. 1. Особенности зеренной структу-ры и текстуры // ФММ. - 2001. - Т. 91, № 5. - С. 97-102.
  9. Маркушев М.В., Мурашкин М.Ю. Структура и механическое по-ведение алюминиевого сплава АМг6 после интенсивной пласти-чес¬кой деформации и отжига. 2. Механические свойства // ФММ. - 2001. - Т. 92, № 1. - С. 90-98.
  10. Надаи А.Н. Пластичность и разрушение твердых тел. Т. 2. - М.: Мир. 1969. - 863 с.
  11. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е. Мезомеханика формирования полосо-вых структур на мезо- и макромасштабных уровнях // ФММ. - 2003. - № 6. - С. 1-15.
  12. Томас Т. Пластическое течение и разрушение в твердых телах. - М.: Мир. 1964. - 308 с.
  13. Трусов П.В., Швейкин А.И. Теория пластичности: учеб. пособие. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. - 419 с.
  14. Фридель Ж. Дислокации. - М.: Мир. - 1967. - 644 с.
  15. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. - 2-е изд. пере-раб. и доп. - М.: Гос. изд-во оборон. пром-сти, 1952. - 555 c.
  16. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. - М.: Атомиздат. - 1972. - 600 с.
  17. Влияние состояния примесей на скачкообразную деформацию сплава АМг6 / А.А. Шибков, А.А. Мазилкин, С.Г. Протасова, Д.В. Мих¬лик, А.Е. Золотов, М.А. Желтов, А.В. Шуклинов // Деформация и разрушение материалов. - 2008. - № 5. - С. 24-32.
  18. Кинетика и морфология полос деформации на начальной стадии потери устойчивости пластического течения сплава АМг6 / А.А. Шибков, А.Е. Золотов, Д.В. Михлик, М.А. Желтов, А.В. Шуклинов, В.А. Аверков, А.А. Денисов // Деформация и разру-шение материалов. - 2009. - № 8. - С. 23-30.
  19. Anjabin N., Karimi Taheri A., Kim H.S. Crystal plasticity modeling of the effect of precipitate states on the workhardening and plastic anisotropy in an Al-Mg-Si alloy// Computational Materials Science. - 2014. - Vol. 83. - P. 78-85, available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.commatsci. 2013.09.031.
  20. Banerjee S., Naik U.M. Plastic instability in an omega forming Ti-15% Mo alloy// Acta Mater. - 1996. - Vol. 44. - No. 9. - P. 3667-3677.
  21. Dynamic strain aging and related instabilities: experimental, theoretical and numerical aspects / A. Benallal, T. Berstad, T. Børvik, A.H. Clau-sen, O.S. Hopperstad // Eur. J. Mechanics A/Solids. - 2006. - Vol. 25. - P. 397-424.
  22. An experimental and numerical investigation of the behaviour of AA5083 aluminium alloy in presence of the Portevin-Le Chatelier ef-fect / A. Benallal, T. Berstad, T. Børvik, O.S. Hopperstad, I. Koutiri, R. Nogueira de Codes // Int. J. Plasticity. - 2008. - Vol. 24. - P. 1916-1945.
  23. Modeling and Simulation of the Portevin-Le Chatelier Effect / A. Bertram, T. Böhlke, C. Brüggemann, Y. Estrin, M. Lebedkin // Proc. Appl. Math. Mech. - 2006. - Vol. 6. - P. 353-354. doi: 10.1002/pamm.200610158
  24. The hidden order behind jerky flow / M.S. Bharathi, M. Lebedkin, G. Ananthakrishna, C. Fressengeas, L.P. Kubin // Acta Materialia. - 2002. - Vol. 50. - P. 2813-2824.
  25. Geometrically non-linear modeling of the Portevin-Le Chatelier effect / T. Böhlke, G. Bondár, Y. Estrin, M.A. Lebedkin // Comput. Materi-als Science. - 2009. - Vol. 44. - P. 1076-1088.
  26. Brechet Y. and Estrin Y. Pseudo-Portevin-Le Chatelier effect in or-dered alloys // Scripta materialia. - 1996. - Vol. 35. - No. 2. - P. 217-223.
  27. Bross S., Hähner P., Steck E.A. Mesoscopic simulations of dislocation motion in dynamic strain ageing alloys // Computational Materials Science. - 2003. - Vol. 26. - Р. 46-55.
  28. Strain ageing and yield plateau phenomena in γ-TiAl based alloys containing boron / T.T. Cheng, P.S. Bate, R.R. Botten, H.A. Lipsitt // Scripta materialia. - 1999. - Vol. 40. - No. 3. - P. 283-288.
  29. Cheng X.-M., Morris J.G. The anisotropy of the Portevin-Le Chatelier effect in aluminum alloys // Scripta mater. - 2000. - Vol. 43. - P. 651-658.
  30. Cottrell A.H. A note on the Portevin-Le Chatelier effect. -Philosophical Magazine. Ser. 7. - 1953. -Vol. 44. - Iss. 355. - P. 829-832.
  31. The effects of macrolocalization of deformation in Al-based compo-sites with Al2O3 inclusions / Ye.Ye. Deryugin, V.E. Panin, S. Shmauder, E. Soppa // Fatigue Fract Engng Mater Struct, Blackwell Publishing Ltd. - 2003. - Vol. 26. - P. 295-304.
  32. Finite element simulations of dynamic strain ageing effects at V-notches and crack tips / S. Graff, S. Forest, J.-L. Strudel, C. Prioul, P. Pilvin, J.-L. Béchade // Scripta Materialia. - 2005. -Vol. 52. - P. 1181-1186.
  33. The characteristics of plastic flow and a physically-based model for 3003 Al-Mn alloy upon a wide range of strain rates and temperatures / W.G. Guo, X.Q. Zhang, J. Su, Y. Su, Z.Y. Zeng, X.J. Shao // Eur. J. Mechanics. A Solids. - 2010. DOI: 10.1016/ j.euromechsol.2010.09.001
  34. Hähner P. On the critical conditions of the Portevin-Le Chatelier ef-fect // Acta mater. - 1997. - Vol. 45. - No. 9. - P. 3695-3707.
  35. Hähner P., Zaiser M. From mesoscopic heterogeneity of slip to mac-roscopic fluctuations of stress and strain // Acta mater. - 1997. - Vol. 45. - No. 3. - P. 1067-1075.
  36. Hörnqvist M., Karlsson B. Dynamic strain ageing and dynamic precip-itation in AA7030 during cyclic deformation // Procedia Engineering. - 2010. - Vol. 2. - P. 265-273.
  37. Effect of solutes on dislocation motion - a phase-field simulation / S.Y. Hu, Y.L. Li, Y.X. Zheng, L.Q. Chen // Int. J. Plasticity. - 2004. - Vol. 20. - P. 403-425.
  38. Three types of Portevin-Le Chatelier effects: Experiment and model-ing / J. Huifeng, Z. Qingchuan, Ch. Xuedong, Ch. Zhongjia, J. Zhenyu, W. Xiaoping, F. Jinghong // Acta Materialia. - 2007. - Vol. 55. - P. 2219-2228.
  39. Effect of nitrogen on the dynamic strain ageing behaviour of type 316L stainless steel / D.W. Kim, W.-S. Ryu, J.H. Hong, S.-K. Choi // J. Mater. Sci. - 1998. - Vol. 33. - Р. 675-679.
  40. Klueh R.L., King J.F., Unusual creep behavior in a commercial nickel-chromium alloy // Scripta Metallurgica. - 1979. - Vol. 13. - P. 205-209.
  41. Klueh R.L., King J.F., Creep and creep rupture of ERNiCr-3 weld metal // J. of Nuclear Materials. - 1981. - Vol. 98. - P. 173-189.
  42. Klueh R.L., Discontinuous creep in short-range order alloys // Mater. Sci. and Engineer. - 1982. - Vol. 54. - P. 65-80.
  43. Portevin-Le Châtelier type plastic instabilities in depth sensing macro-indentation / Zs. Kovács, N.Q. Chinh, J. Lendvai, G. Vörös // Mat. Sci. and Engineering. - 2002. - Vol. A325. - P. 255-260.
  44. Kubin L.P., Estrin Y. Evolution of dislocation densities and the critical conditions for the Portevin-Le Chatelier effect // Acta metall. mater. - 1990. - Vol. 38. - P. 697-708.
  45. Larsson R., Nilsson L. On the modelling of strain ageing in a meta-stable austenitic stainless steel // Journal of Materials Processing Technology. - 2012. - Vol. 212. - Р. 46-58. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2011.08.003
  46. Statistical behaviour and strain localization patterns in the Portevin-Le Chatelier effect / M. Lebedkin, Y. Brechetz, Y. Estrin, L. Kubin // Aсta mater. - 1996. - Vol. 44. - No. II. - P. 4531-4541.
  47. Lennon A.M., Ramesh K.T. The influence of crystal structure on the dynamic behavior of materials at high temperatures // Int. J. Plasticity. - 2004. - Vol. 20. - P. 269-290.
  48. Van Liempt P., Sietsma J. A reviesed criterion for the Portevin-Le Chatelier effect based on the strain-rate sensitivity of the work-hardening rate // Metallurgical and Materials transactions A. - 2011. - Vol. 42 A. - P. 4008-4014. doi: 10.1007/s11661-011-0850-5
  49. Masson A. Sur elasticite des corps solides // Annales de Chimie et de Physique. Troisieme serie. - 1841. - Vol. 3. - P. 451-462.
  50. Numerical aspects in the finite element simulation of the Portevin-Le Chatelier effect / M. Mazière, J. Besson, S. Forest, B. Tanguy, H. Chalons, F. Vogel // Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. - 2010. - Vol. 199. - P. 734-754.
  51. Mazière M., Forest S. Strain gradient plasticity modeling and finite el-ement simulation of Lüders band formation and propagation // Con-tinuum Mech. Thermodyn. - 2013. doi: 10.1007/s00161-013-0331-8
  52. McReynolds A.W. Plastic deformation waves in aluminum // Me¬tals Transact. - 1949. - No. 1. - Р. 32-45.
  53. Mesarovic S. Dj. Dynamic strain aging and plastic instabilities // J. Meeh Phys. Solids. - 1995. -Vol. 43. - No. 5. - P. 671-700.
  54. Spatio-temporal characteristics of propagative plasticinstabilities in a rare earth containing magnesium alloy / J. Min, Jr. L.G. Hector, J. Lin, J.T. Carter, A.K. Sachdev // Int. J. Plasticity. - 2014. - Vol. 57. - P. 52-76.
  55. Montheillet F., Cohen M., Jonas J.J. Axial stresses and texture devel-opment during the torsion testing of Al, Cu, a-Fe // Acta Metallurgica. - 1984. - Vol. 32. - P. 2077-2089.
  56. Morris M.A., Lipe T., Morris D.G. Strain-ageing, strain-rate sensitivi-ty, and flow stress variations at intermediate temperatures in a two-phase Ti-Al alloy // Scripta materialia. - 1996. - Vol. 34. - No. 8. - P.1337-1343.
  57. Nortmann A., Schwink Ch. Characteristics of dynamic strain ageing in binary f.с.c. copper alloys - I. Results on solid solutions of CuAl // Acta mater. - 1997. - Vol. 45. - No. 5. - P. 2043-2050.
  58. Nortmann A., Schwink Ch. Characteristics of dynamic strain ageing in binary f.с.c. copper alloys - II. Comparison and analysis of experi-ments on CuAl and CuMn // Acta mater. -1997. - Vol. 45. - No. 5. - P. 2051-2058.
  59. Perlovich Yu. and Isaenkova M.Effects of dynamical deformation ageing on structureand texture of hot-rolled sheetsfrom alloyed bcc metals // Int. J. Mater. Form. - 2010. - Vol. 3. - Iss. 1 supplement. - Р. 1143-1146. doi: 10.1007/s12289-010-0974-y
  60. Portevin-Le Chatelier instabilities and stoichiometric effects in B2 ti-tanium aluminides / F. Popille, L.P. Kubin, J. Douin, S. Naka // Scripta materialia. - 1996. - Vol. 34. - No. 6. - P. 977-984.
  61. Portevin A., Le Chatelier F. Sur un phenomene observe lors de l’essai de traction d’alliages en cours de transfor-mation // Compt. Rend. Acad. Sci. Paris. - 1923. - Vol. 176. - P. 507-510.
  62. Rizzi E., Hähner P. On the Portevin-Le Chatelier effect: theoretical modeling and numerical results // Int. J. Plasticity. - 2004. - Vol. 20. - Р. 121-165. doi: 10.1016/S0749-6419(03)00035-4
  63. Rusinek A., Rodríguez-Martínez J.A. Thermo-viscoplastic constitutive relation for aluminium alloys, modeling of negative strain rate sensi-tivity and viscous drag effects // Materials and Design. - 2009. - Vol. 30. - P. 4377-4390.
  64. Sandhya R., K. Bhanu Sankara Rao and Mannan S.L. The effect of temperature on the low cycle fatigue properties of a 15Cr-15Ni, Ti modified austenitic stainless steel// Scripta materialia. - 1999. - Vol. 41. - No. 9. - P. 921-927.
  65. Savart F. Recherches sur les vibration longitudinales // Ann. Chim. Phys. - 1837. - Vol. 65. - P. 337-402.
  66. Shi M.X., Huang Y., Hwang K.C. Plastic flow localization in mecha-nism-based strain gradient plasticity // Int. J. Mech. Sciences. - 2000. - Vol. 42. - P. 2115-2131.
  67. The influence of dynamic strain ageing on stress response and strain-life relationship in low cycle fatigue of 316L(N) stainless steel / V.S. Srinivasan, R. Sandhya, M. Valsan, K. Bhanu Sankara Rao, S.L. Mannan, D.H. Sastry // Scripta materialia. - 1997. - Vol. 37. - No. 10. - P. 1593-1598.
  68. Starling J., Saimoto S., Boyd J.D. Strengthening of low-interstitial steels by strain-ageing treatments // Scripta materialia. - 1998. - Vol. 39. - No. 4/5. - P. 487-492.
  69. Sun L., Zhang Q., Jiang H. Effect of solute concentration on Portevin-Le Chateliereffect in Al-Cu alloys // Front. Mater. Sci. China. - 2007. - Vol. 1(2). - P. 173-176. doi: 10.1007/s11706-007-0031-z
  70. Varadhan S., Beaudoin A.J., Fressengeas C. Lattice incompatibility and strain-aging in single crystals // J. Mech. Phys. Solids. - 2009. - Vol. 57. - P. 1733-1748.
  71. Voyiadjis G.Z., Abed F.H. Microstructural based models for b.c.c. and f.c.c. metals with temperature and strain rate dependency // Mechanics of Materials. - 2005. - Vol. 37. - P. 355-378.
  72. Voyiadjis G.Z., Abed F.H. A coupled temperature and strain rate de-pendent yield function for dynamic deformations of b.c.c. metals // Int. J. Plasticity. - 2006. - Vol. 22. - P. 1398-1431.
  73. Voyiadjis G.Z., Almasri A.H. A physically based constitutive model for f.c.c. metals with applications to dynamic hardness // Mechanics of Materials. - 2008. - Vol. 40. - Р. 549-563.
  74. Wang C., Xu Y., Han E. Portevin-Le Chatelier effect of LA41 mag-nesium alloys // Front. Mater. Sci. China. - 2007. - Vol. 1. - Iss. 1. - P. 105-108. doi: 10.1007/s11706-007-0019-8
  75. Strain ageing in heavily drawn eutectoid steel wires / P. Watté, J. Van Humbeeck, E. Aernoudt, I. Lefever // Scripta materialia. - 1996. - Vol. 34. - No. 1. - P. 89-95.
  76. Yang S.-Y., Tong W. A perturbation analysis of the unstable plastic flow pattern evolution in an aluminum alloy // Int. J. Solids and Structures. - 2006. - Vol. 43. - P. 5931-5952. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2005.07.041
  77. Yoshinaga H., Morozumi S. A Portevin-Le Chatelier effect expected from solute atmosphere dragging // Philosophical Magazine. - 1971. - Vol. 23. - Iss. 186. - P. 1351-1366. doi: 10.1080/14786437108217007.
  78. Thermo-viscoplastic modeling incorporating dynamic strain aging ef-fecton the uniaxial behavior of Z2CND18.12N stainless steel / D. Yu, X. Chen, W. Yu, G. Chen // Int. J. Plasticity. - 2012. - Vol. 37. - P. 119-139, available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijplas.2012.05.001.
  79. Zbib H.M., Aifantis E.C. On the gradient-dependent theory of plasticity and shear banding // Acta Mechanica. - 1992. - Vol. 92. - P. 209-225.
  80. Zeghloul A., Mliha-Touati M., Bakir S. Propagation mode of Portevin-Le Chatelier plastic instabilities in an aluminium - magnesium alloy // Scripta materialia. - 1996. - Vol. 35. - No. 9. - P. 1083-1087.
  81. Zhang J., Jiang Y. Lüders bands propagation of 1045 steel under mul-tiaxial stress state // Int. J. Plasticity. - 2005. - Vol. 21. - P.651-670.
  82. Zhang S., McCormick P.G., Estrin Y. The morphology of Portevin-Le Chatelier bands:finite element simulation for Al-Mg-Si // Acta mater. - 2001. - Vol. 49. - P. 1087-1094.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 237

PDF (Russian) - 454

Cited-By


PlumX


© Трусов П.В., Чечулина Е.А., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах