Исследование разномасштабных характеристик процессов пластической деформации в алюминии
УДК 538.951, 539.37, 539.382.2
Аннотация
Рассмотрены закономерности процессов макроскопической локализации пластического течения поликристаллического алюминия в условиях одноосного растяжения при комнатной температуре. Для исследования полей локальных деформаций была использована методика двухэкспозиционной спекл-фотографии. Вариации скорости ультразвуковых волн плоских образцов в процессе нагружения фиксировали автоциркуляционным методом. Установлено, что параметры распределений локальных деформаций и рэлеевских волн зависят от уровня общей деформации. Проведена оценка изменения плотности дислокаций в процессе пластической деформации. Установлена линейная корреляция между величинами приложенных внешних напряжений и внутренних напряжений, рассчитанных по закону Тейлора для деформационного упрочнения. Полученные в ходе исследования параметры акустических волн дают возможность оценить изменение микроструктурных характеристик деформируемого металла при квазистатическом нагружении. Показано, что зависимости скорости распространения рэлеев-ских волн могут быть использованы для расчетов деформационной кинетики в рамках автоволновой модели пластичности.
Скачивания
Литература
Фридель Ж. Дислокации. М.: Мир, 1967. 643 с.
Зегер А. Механизм скольжения и упрочнения в ГЦК и ГПУ металлах // Дислокации и механические свойства кристаллов. М.: ИИЛ, 1960. С. 179-267.
Хирш П., Хови А., Николсон Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. 574 с.
Taylor G. The Mechanism of Plastic Deformation of Crystals // Proceedings of Royal Society. 1934. Vol. A 145. No 3. P. 362-415.
Hull D. and Bacon D.J. Introduction in Dislocations. Oxford: Elsevier, 2011. 272 p.
Козлов Э.В., Старенченко В.А., Конева Н.А. Эволюция дислокационной субструктуры и термодинамика пластической деформации металлических материалов // Металлы. 1993. № 5. С. 152-161.
Князев С.Н., Кудря А.В., Комаровский Н.Ю. и др. Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы AIIIBV // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2022. № 25(4). С. 323-336. DOI: 10.17073/1609-35772022-4-323-336
Gilman J.J. Dislocation Motion in a Viscous Medium // Physical Review Letters. 1968. Vol. 20. P. 157. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.20.157
Сарафанов Г.Ф. Корреляционные эффекты в ансамбле краевых дислокаций // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 10. С. 1793-1799.
Малыгин Г.А. Механизм деформационного упрочнения и образования дислокационных структур в металлах при больших пластических деформациях // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. № 4. C. 651-657.
Малыгин Г.А. Процессы самоорганизации дислокаций и пластичность кристаллов // Успехи физический наук. 1999. T. 169. С. 979-1010. DOI: 10.3367/ UFNr.0169.199909c.0979
Asharia A., Beaudoin A., Miller R. New Perspectives in Plasticity Theory: Dislocation Nucleation, Waves, and Partial Continuity of Plastic Strain Rate // Mathematics and Mechanics of Solids. 2008. Vol. 13. № 2. P. 292-315. DOI: 10.1177/1081286507086903
Fressengeas C., Beaudoin A., Entemeyer D., et al. Dislocation Transport and Intermittency in the Plasticity of Crystalline Solids // Physical Review B. 2009. Vol. 79. P. 01410810. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.014108
Zirkle T., Zhu T., McDowell D.L. Micromechanical Crystal Plasticity Back Stress Evolution within FCC Dislocation Substructure // International Journal of Plasticity. 2021. Vol. 146. P. 103082. DOI: 10.1016/j.ijplas.2021.103082
Ananthakrishna G. Current Theoretical Approaches to Collective Behavior ofDislocations // Physics Reports. 2007. Vol. 440. No 4-6. P. 113-259. DOI: 10.1016/j.physrep.2006.10.003
Yasnikov I.S., Kaneko Y., Uchida M., et al. The Grain Size Effect on Strain Hardening and Necking Instability Revisited from the Dislocation Density Evolution Approach // Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 831. P. 142330. DOI: 10.1016/j.msea.2021.142330
Peng H., Hu L., Baker I. In-situ EBSD Study of the Active Slip Systems and Substructure Evolution in a Medium-entropy Alloy during Tensile Deformation // Materials Characterization. 2024. Vol. 217. P. 114405 DOI: 10.1016/j. matchar.2024.114405
Gruber B., Weifiensteiner I., Kremmer T., et al. Mechanism of Low Temperature Deformation in Aluminium Alloys // Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 795. P. 139935. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139935
Плехов О.А. Экспериментальное исследование термодинамики пластического деформирования методом инфракрасной термографии // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. № 2. С. 144-146.
Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. Новосибирск: Наука, 2008. 327 с.
Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Лунев А.Г. От макро-к микро-. Масштабы пластической деформации. Новосибирск: Наука, 2018. 130 с.
Зуев Л.Б. Автоволновая пластичность. Локализация и автоволновые моды. М.: Физматлит, 2018. 207 с.
Зуев Л.Б., Хон Ю.А., Горбатенко В.В. Физика неоднородного пластического течения. М.: Физматлит, 2024. 320 с.
Zuev L.B., Barannikova S.A., Maslova O.A. The Features of Localized Plasticity Autowaves in Solids // Materials Research. 2019. Vol. 22. No 4. P. 104-123. DOI: 10.1590/1980-5373-мр-2018-0694
Kocks U.F., Meking H. Physics and Phenomenology of Strain Hardening: the FCC Case // Progress in Materials Science. 2003. Vol. 48. P. 171-273. DOI: 10.1016/S0079-6425(02)00003-8
Исаев Н.В., Забродин П.А., Русакова А.В. Локализация пластической деформации в ультрамелкозернистых Al и Al-Li при температурах 4,2-350 К // Физика низких температур. 2012. Т. 38. № 10. С. 1230-1239.
Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Колосов С.В. Автовол-новое описание температурного эффекта при деформации ГЦК металлов // ЖТФ. 2022. Т. 92. № 12. DOI: 10.21883/ JTF.2022.12.53748.170-22
Муравьев В.В., Зуев Л.Б., К. Л. Комаров К.Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Наука, 1996. 184 с.
Баранникова С.А., Надежкин М.В., Исхакова П.В. Исследование механических и акустических свойств деформируемых сплавов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 2. С. 162-167. DOI 10.17073/0368-0797-2023-2-162-167
Khina B.B., Pokrovsky A.I., Zhang S.-H., et al. Effect of Strain Rate on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum Alloy AA2B06-O of the Al-Cu-Mg System // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. No 5. P. 545-553. DOI: 10.3103/S1067821221050060
Xu Y., Xia L., Abd Ei-Aty A., et al. Revealing the Dynamic Behavior and Micromechanisms of Enhancing the Formability of AA1060 Sheets under High Strain Rate Deformation // Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 28. P. 2402-2409. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.12.163
Андреев В.А., Асташинский В.М., Бабич В.Е. и др. Актуальные проблемы прочности. Минск: ИВЦ Минфина, 2024. 470 с.
Maurel A., Pagneux V., Barra F., et al. Wave Propagation through a Random Array of Pinned Dislocations: Velocity Change and Attenuation in a Generalized Granato and Lucke Theory // Physical Review B. 2005. Vol. 72. P. 174111. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.1741118
Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. 855 с.
References
Friedel J. Dislocations. M.: Mir, 1967. 643 p. (In Russ.).
Seeger A. Mechanism of Glide and Work-hardening in Face-Centered Cubic and Hexagonal Close Packed Metals. Dislocations and Mechanical Properties of Crystals. M.: IIL, 1960. P. 179-267. (In Russ.).
Hirsch P.B., Howie А., Nicholson A.O., et al. Electron Microscopy in Thin Crystals. London: Butterworths, 1965. 549 p. (In Russ.).
Taylor G. The Mechanism of Plastic Deformation of Crystals Proceedings of Royal Society. 1934. Vol. A 145. No 3. P. 362-415.
Hull D. and Bacon D.J. Introduction in Dislocations. Oxford: Elsevier, 2011. 272 p.
Kozlov E.V., Starenchenko V.A., Koneva N.A. Evolution of Dislocation Substructure and Thermodynamics of Plastic Deformation of Metallic Materials. Metals. 1993. No 5. P. 152-161. (In Russ.).
Knyazev S.N., Kudrya A.V, Komarovskiy N.Yu., et al. Methods of Dislocation Structure Characterization in AInBV Semiconductor Single Crystals. Materials of Electronics Engineering. 2022. Vol. 25(4). P. 323-336. (In Russ.) DOI: 10.17073/16093577-2022-4-323-336
Gilman J.J. Dislocation Motion in a Viscous Medium. Physical Review Letters. 1968. Vol. 20. P. 157. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.20.157
Sarafanov G.F. Correlation Effects in an Ensemble of Edge Dislocations. Solid State Physics. 2008. T. 50. No 10. P. 1793-1799. (In Russ.).
Malygin G.A. Mechanism of Strain Hardening and Formation of Dislocation Structures in Metals under Large Plastic Deformations. Solid State Physics. 2006. T. 48. No 4. P. 651-657. (In Russ.).
Malygin G.A. Processes of Self-organization of Dislocations and Plasticity of Crystals. Physics-Uspekhi. 1999. Vol. 169. P. 979-1010. (In Russ.). DOI: 10.3367/UFNr.0169.199909c.0979.
Asharia A., Beaudoin A., Miller R. New Perspectives in Plasticity Theory: Dislocation Nucleation, Waves, and Partial Continuity of Plastic Strain Rate. Mathematics and Mechanics of Solids. 2008. Vol. 13. № 2. P. 292-315. DOI: 10.1177/ 1081286507086903
Fressengeas C., Beaudoin A., Entemeyer D., et al. Dislocation Transport and Intermittency in the Plasticity of Crystalline Solids. Physical Review B. 2009. Vol. 79. P. 014108-10. DOI: 10.1103/PhysRevB.79.014108
Zirkle T., Zhu T., McDowell D.L. Micromechanical Crystal Plasticity Back Stress Evolution within FCC Dislocation Substructure. International Journal of Plasticity. 2021. Vol. 146. P. 103082. DOI: 10.1016/j.ijplas.2021.103082
Ananthakrishna G. Current Theoretical Approaches to Collective Behavior of Dislocations. Physics Reports. 2007. Vol. 440. No 4-6. P. 113-259. DOI: 10.1016/j.physrep.2006.10.003
Yasnikov I.S., Kaneko Y., Uchida M., et al. The Grain Size Effect on Strain Hardening and Necking Instability Revisited from the Dislocation Density Evolution Approach. Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 831. P. 142330. DOI: 10.1016/j.msea.2021.142330
Peng H., Hu L., Baker I. In-situ EBSD Study ofthe Active Slip Systems and Substructure Evolution in a Medium-entropy Alloy during Tensile Deformation. Materials Characterization. 2024. Vol. 217. P. 114405 DOI: 10.1016/j.matchar.2024.114405
Gruber B., Weifiensteiner I., Kremmer T., et al. Mechanism of Low Temperature Deformation in Aluminum Alloys. Materials Science and Engineering A. 2020. Vol. 795. P. 139935. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139935.
Plekhov O.A. Experimental Study of the Thermodynamics of Plastic Deformation Using Infrared Thermography. Journal of Technical Physics. 2011. T. 81. No 2. P. 144-146. (In Russ.).
Zuev L.B., Danilov VI., Barannikova S.A. Physics of Macrolocalization of Plastic Flow. Novosibirsk: Nauka, 2008. 327 p. (In Russ.).
Zuev L.B., Barannikova S.A., Lunev A.G. From Macro to Micro. Scales of Plastic Deformation. Novosibirsk: Nauka, 2018. 130 p. (In Russ.).
Zuev L.B. Autowave Plasticity. Localization and Autowave Modes. M.: Fizmatlit, 2018. 207 p. (In Russ.).
Zuev L.B., Khon Yu.A., Gorbatenko V.V. Physics of In-homogeneous Plastic Flow. M.: Fizmatlit, 2024. 320 p. (In Russ.).
Zuev L.B., Barannikova S.A., Maslova O.A. The Features of Localized Plasticity Autowaves in Solids. Materials Research. 2019. Vol. 22. No 4. P. 104-123. DOI: 10.1590/1980-5373-мр-2018-0694
Kocks U.F., H. Meking H., Physics and Phenomenology of Strain Hardening: the FCC Case. Progress in Materials Science. 2003. Vol. 48. P. 171-273. DOI: 10.1016/S0079-6425(02)00003-8
Isaev N.V., Zabrodin P.A., Rusakova A.V. Localization of Plastic Deformation in Ultrafine-grained Al and Al-Li at Temperatures of 4.2-350 K. Low Temperature Physics. 2012. T. 38. No 10. P. 1230-1239. (In Russ.).
Zuev L.B., Barannikova S.A., Kolosov S.V. Autowave Description of the Temperature Effect during Deformation of FCC Metals. Technical Physics. 2022. Vol. 67. No 12. P. 1575-1579. DOI: 10.21883/TP.2022.12.55192.170-22
Muravev V.V., Zuev L.B., Komarov K.L. Sound yeloci-ty and Structure of Steels and Alloys. Novosibirsk: Nauka, 1996. 184 p. (In Russ.).
Barannikova S.A., Nadezhkin M.V, Iskhakova P.V Mechanical and Acoustic Properties of Deformable Alloys. Iz-vestiya. Ferroys Metallurgy. 2023. Vol. 66. No 2. P. 162-167. DOI 10.17073/0368-0797-2023-2-162-167.
Khina B.B., Pokrovsky A.I., Zhang S.-H., et al. Effect of Strain Rate on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminum Alloy AA2B06-O of the Al-Cu-Mg System. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. No 5. P. 545-553. DOI: 10.3103/S1067821221050060
Xu Y., Xia L., Abd Ei-Aty A., et al. Revealing the Dynamic Behavior and Micromechanisms of Enhancing the Forma-bility of AA1060 Sheets under High Strain Rate Deformation. Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 28. P. 2402-2409. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.12.163
Andreev V.A., Astashinsky V.M., Babich V.E., et al. Actual Problems of Strength. Minsk: Information and Communication Center of the Ministry of Finance, 2024. 470 p. (In Russ.).
Maurel A., Pagneux V., Barra F., et al. Wave Propagation through a Random Array of Pinned Dislocations: Velocity Change and Attenuation in a Generalized Granato and Lucke Theory. Physical Review B. 2005. Vol. 72. P. 174111. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.174111
Born M., Wolf E. Fundamentals of Optics. Moscow: Nauka, 1970. 855 p. (In Russ.).
Copyright (c) 2025 Светлана Александровна Баранникова, Сергей Васильевич Колосов, Полина Валентиновна Исхакова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
