The Study of Multi-Scale Plastic Deformation Characteristics in Aluminum

УДК 538.951, 539.37, 539.382.2

  • Svetlana A. Barannikova Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia Email: bsa@ispms.ru
  • Sergey V. Kolosov Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia Email: svk@ispms.ru
  • Polina V. Iskhakova Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia Email: iskhakova@ispms.ru
Keywords: micro structure, plastic deformation, localization, aluminum

Abstract

The paper considers the regularities of processes of microscopic localization of polycrystalline aluminum plastic flow under uniaxial tension at room temperature. Fields of local deformations are investigated using the double-exposure speckle photography technique. Variations in velocities of ultrasound waves in flat samples under loading are recorded with the autocirculation method. The parameters of local deformation distributions and Rayleigh waves were found to be dependent on the level of total deformation. The variation in dislocation density during plastic deformation was estimated. There is a linear correlation found between the values of applied external stresses and internal stresses, calculated using the Taylor strain hardening model. The acoustic wave parameters obtained during the study help estimate the microstructural characteristics of metals deformed under quasi-static loading. It is shown that the dependences of Rayleigh wave propagation velocities can be used to calculate deformation kinetics within the scope of the autowave model of plastic flow.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Svetlana A. Barannikova, Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia

Doctor of Sciences in Physics and Mathematics, Leading Researcher at the Laboratory of Strength Physics

Sergey V. Kolosov, Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia

Candidate of Sciences in Physics and Mathematics, Researcher at the Laboratory of Strength Physics

Polina V. Iskhakova, Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS, Tomsk, Russia

Postgraduate Student, Engineer at the Laboratory of Strength Physics

References

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.

Published
2025-04-02
How to Cite
Barannikova S. A., Kolosov S. V., Iskhakova P. V. The Study of Multi-Scale Plastic Deformation Characteristics in Aluminum // Izvestiya of Altai State University, 2025, № 1(141). P. 11-20 DOI: 10.14258/izvasu(2025)1-01. URL: https://izvestiya.asu.ru/article/view/%282025%291-01.