Autowave mechanics of metal plasticity

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The model is proposed for the development of a localized plastic flow in solids. It is based on the representation of an interaction between plasticity carriers and acoustic emission signals in the course of elementary plasticity acts. It is shown that the plastic flow localization is a common feature of all deformation processes and can be observed throughout the process. Specific localization pictures, i.e. patterns of the localized plastic flow, are autowaves that are generated in a deformed medium by ordering its defect structure. Localized plasticity patterns correlate with the work hardening stages revealed in mechanical tests. A two-component model of the development of the localized deformation was proposed and analyzed to take into account the interaction of the elastic and plastic deformation components. This model describes the generation of localized plasticity autowaves in a number of materials. General regularities of the development of the localized plastic flow at different stages of work hardening are found. An elastic-plastic strain invariant is introduced to relate the elastic and plastic properties of materials. It is shown that basic properties of deformed media result from this invariant. Among consequences of the elastic-plastic strain invariant are the dependence of the velocity of the localized deformation of autowaves on the work hardening coefficient, the dispersion equation for autowaves, the scale effect of deformation localization, the dependence of autowave parameters on the grain size, the equation of the localized deformation autowave, the work hardening coefficient, the Taylor-Orowan equation of dislocation dynamics, the Hall-Petch relation, and the dependence of the mobile dislocation density on the strain.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L B Zuev

Institute of Strength Physics and Materials Science

S A Barannikova

Institute of Strength Physics and Materials Science

References

  1. Pelleg J. Mechanical Properties of Materials. - Dordrecht: Springer, 2013. - 634 p.
  2. Messerschmidt U. Dislocation Dynamics during Plastic Deformation. - Berlin: Springer, 2010. - 503 p.
  3. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. - Новосибирск: Наука, 2008. - 327 с.
  4. Зуев Л.Б. Автоволновая пластичность. Локализация и коллективные моды. - М.: Физматлит, 2018. - 207 с.
  5. Seeger A., Frank W. Structure formation by dissipative processes in crystals with high defect densities // Non-Linear Phenomena in Materials Science. Eds. L.P. Kubin and G. Martin. - New York: Trans Tech Publications, 1987. - P. 125-138.
  6. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. - М.: URSS, 2014. - 317 с.
  7. Скотт Э. Нелинейная наука. Рождение и развитие когерентных структур. - М.: Физматлит, 2007. - 559 с.
  8. Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Лунев А.Г. Упругопластический инвариант деформации в металлах // Успехи физики металлов. - 2018. - Т. 18, № 4. - С. 379-481.
  9. Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Семухин Б.С. Кинетика развития паттернов макролокализации пластического течения металлов // ФТТ. - 2018. - № 7. - С. 1358-1364.
  10. Hähner P. Theory of solitary plastic waves // Appl. Phys. - 1994. - Vol. A58. - No. 1. - Р. 41-58.
  11. Кольский Г. Волны напряжений в твердых телах. - М.: ИЛ, 1955. - 192 c.
  12. Шестопалов Л.М. Деформация металлов и волны пластичности в них. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1958. - 268 с.
  13. Климонтович Ю.Л. Введение в физику открытых систем. - М.: Янус-К, 2002. - 284 с.
  14. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. - М.: Наука, 1987. - 240 с.
  15. Хилл Р. Математическая теория пластичности. - М.: ГИТТЛ, 1956. - 407 с.
  16. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. - М.: Наука, 1986. - 736 с.
  17. Пустовалов В.В. Скачкообразная деформация металлов и сплавов при низких температурах // Физ. низк. темп. - 2008. - Т. 34, № 9. - С. 871-913.
  18. Упругопластический переход в железе: структурные и термодинамические особенности / О.А. Плехов, О.Б. Наймарк, N. Saintier, T. Palin-Luc // ЖТФ. - 2009. - Т. 7, № 8. - С. 56-61.
  19. Третьякова Т.В., Вильдеман В.Э. Пространственно-временная неоднородность процессов неупругого деформирования металлов. - М.: Физматлит, 2016. - 118 с.
  20. Природа упругопластического инварианта деформации / Л.Б. Зуев, В.И. Данилов, С.А. Баранникова, Н.А. Плосков // ЖТФ. - 2018. - Т. 88, № 6. - С. 858-862.
  21. Reyne B., Manach P.-Y., Moes N. Macroscpoic consequences of Poibert-Luders and Portevin-Le Chatelier bands during tensile Deformation in Al-Mg alloys // Mat. Sci. Eng. A. - 2019. - Vol. 746. - P. 187-196.
  22. Kobelev N.P., Lebyodkin M.A., Lebedkina T.A. Role of self-organization of dislocations in the onset and kinetics of macroscopic plastic instability // Met. Mat. Trans. A: Phys. Met. Mat. Sci. - 2017. - Vol. 48(3). - P. 965-974.
  23. Taupin V., Chevy J., Fressengeas C. Effects of grain-to-grain interactions on shear strain localization in Al-Cu-Li rolled sheets // Int. J. Sol. Str. - 2016. - Vol. 99. - P. 71-81.
  24. Tretyakova T., Wildemann V. Study of spatial-time inhomogeneity of inelastic deformation and failure in bodies with concentrators by using the digital image correlation and infrared analysis // Proc. Str. Integ. - 2017. - Vol. 5. - P. 318-324.
  25. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. - М.: Наука, 1977. - 552 с.
  26. Слуцкер А.И., Гиляров В.Л., Лукьяненко А.С. Особенности энергетики адиабатически нагружаемого ангармонического осциллятора // ФТТ. - 2006. - Т. 48, № 10. - С. 1832-1837.
  27. Gilman J.J. Micromechanics of plastic flow at a constant stress // J. Appl. Phys. - 1965. - Vol. 36. - No. 9. - Р. 2772-2777.
  28. Al’shits V.I., Indenbom V.L. Mechanism of dislocation drag // Dislocations in Solids. - Vol. 7. - Amsterdam: Elsevier, 1986. - Р. 43-111.
  29. Williams R.V. Acoustic Emission. - Bristol: Adam Hilger, 1980. - 412 p.
  30. Malygin G.A. Acoustic-plastic effect and mechanism of stress superposition // Solids State Phys. - 2000. - Vol. 42. - No. 1. - P. 69-75.
  31. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. - М.: Ред. УФН, 1997. - 399 с.
  32. Caillard D., Martin J.L. Thermally Activated Mechanisms in Crystal Plasticity. - Oxford: Elsevier, 2003. - 452 p.
  33. Tokuoka T., Iwashimizu Yu. Acoustical birefringence of ultrasound waves in deformed isotropic elastic materials // Int. J. Solids Structures. - 1968. - Vol. 4. - No. 2. - Р. 383-389.
  34. Основные соотношения автоволновой модели пластического течения / Л.Б. Зуев, С.А. Баранникова, А.Г. Лунев, С.В. Колосов, А.М. Жармухамбетова // Известия вузов. Физика. - 2018. - Т. 61, № 9. - С. 142-148.

Copyright (c) 2021 Zuev L.B., Barannikova S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies