Discontinuousp lasticity at extremely low temperatures

• Autorzy: Skoczeń B.

Warianty tytułu

PL

Nieciągłe płynięcie plastyczne w ekstremalnie niskich temperaturach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Evolution of scientific instruments based on the principle of superconductivity generates ever increasing interest in development and mathematical description of materials suitable for extremely low temperatures. Fcc metals and alloys are frequently used in cryogenic applications, nearly down to the temperature of absolute zero, because of their excellent physical and mechanical properties including ductility. Many of these materials undergo at low temperatures three essentially different dissipative phenomena: discontinuous plastic flow (serrated yielding), plastic strain induced transformation from the parent phase ([gamma]) to the secondary phase ([alfa]') as well as evolution of micro-damage. All three phenomena lead to irreversible degradation of lattice and accelerate the process of material failure. Discontinuous yielding belongs to the class of dissipative phenomena often termed plastic flow instabilities. It is characteristic both of low and high stacking fault energy materials loaded beyond the yield point at very low temperatures. Serrated yielding represents oscillatory mode of deformation and reflects discontinuous (in terms of d[sigma]/d[epsilon]) nature of plastic flow. It occurs below threshold temperature (T[1] or T[0]) that represents transition from screw to edge dislocations mode. In the present paper a physically based constitutive model of discontinuous plastic flow is presented and its most important features when compared to classical plasticity are highlighted. T he results of low temperature experiments are illustrated and discussed.

PL

Ewolucja instrumentów naukowych wykorzystujących zjawisko nadprzewodnictwa wywołuje wzrastajace zainteresowanie rozwijaniem i opisem matematycznym materiałów zdolnych do pracy w ekstremalnie niskich temperaturach. Materiały i stopy o strukturze R SC są często stosowane w temperaturach kriogenicznych, sięgających niemal absolutnego zera, ze względu na ich doskonałe własności fizyczne i mechaniczne, a szczególnie zachowanie cech plastycznych. Wiele spośród nich podlega w niskich temperaturach trzem zasadniczo rożnym zjawiskom: nieciągłemu płynięciu plastycznemu, indukowanej odkształceniem plastycznym przemianie fazowej od struktury pierwotnej ([gamma]) do struktury wtórnej ([alfa]'), jak również ewolucji mikrouszkodzeń. Wszystkie trzy zjawiska prowadzą do nieodwracalnej degradacji sieci krystalicznej i znacznie przyspieszają proces zniszczenia materiału. Nieciągłe płynięcie plastyczne należy do takiej klasy zjawisk związanych z rozpraszaniem energii, która nosi nazwę niestateczności płynięcia plastycznego. Zjawisko to jest charakterystyczne zarówno dla materiałów o niskiej, jak i wysokiej energii błędu ułożenia, obciążanych powyżej granicy plastyczności w bardzo niskich temperaturach. Nieciągłe płynięcie plastyczne reprezentuje tzw. oscylacyjną formę deformacji i odzwierciedla nieciągłą (w sensie d[sigma]/d[epsilon]) naturę procesu odkształcenia plastycznego. O pisywane zjawisko występuje poniżej tzw. temperatury progowej (T[1] lub T[0]), która reprezentuje przejście od dyslokacji typu śrubowego do dyslokacji typu krawędziowego. W artykule zaprezentowano fizycznie uzasadniony model konstytutywny nieciągłego płynięcia plastycznego, a także jego najważniejsze cechy w zestawieniu z klasycznym opisem płynięcia plastycznego. Z ilustrowano również i przedyskutowano wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych w niskich temperaturach (4,2 K).

Słowa kluczowe

EN

constitutive model; cryogenic temperature; discontinuous plastic flow; yield condition

PL

model konstytutywny; nieciągłe płynięcie plastyczne; temperatury kriogeniczne; warunek plastyczności

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 107, z. 4-M
• Strony: 109--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.,Wykr., wz., rys.,

Twórcy

autor

Skoczeń B.

• Instytut Mechaniki Stosowanej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Basinski Z .S., The instability of plastic flow of metals at very low temperatures, Proc. R . Soc.London, Ser. A , 1957, 240: 229-242.
• [2] Benallal A., Berstad T., Borvik T., Clausen A .H., Hopperstad O .S., Dynamic strain aging and related instabilities: experimental, theoretical and numerical aspects, European Journal of Mechanics A /Solids 25, 2006, 397–424.
• [3] Benallal A., Berstad T., Břrvik T., Hopperstad O.S., Koutiri I., Nogueira de Codes R ., An experimental and numerical investigation of the behaviour of AA5083 aluminium alloy in presence of the Portevin–Le Chatelier effect, Int. Journal of Plasticity 24, 2008, 1916–1945.
• [4] Bouquerel J., Verbeken K., De Cooman B.C., Microstructure-based model for the static mechanical behaviour of multiphase steels, Acta Materialia 54, 2006, 1443-1456.
• [5] Hähner P., Zaiser M., From mesoscopic heterogeneity of slip to macroscopic fluctuations of stress and strain, Acta Mater. Vol. 45, No. 3, 1997, 1067-1075.
• [6] Komnik S.N. and Demirski V.V., Crystal Res. Technol. 19, 1984, 863.
• [7] Madec R., Devincre B., Kubin L.P., From dislocation junctions to forest hardening, Physical Review Letters, 89 (25), 2002, 255508-1–255508-4.
• [8] Obst, B., Nyilas A., Experimental evidence on the dislocation mechanism of serrated yielding in f.c.c. metals and alloys at low temperatures, Materials Science and Engineering, A 137, 1991, 141-150.
• [9] Obst B., Nyilas A., Time-resolved flow stress behavior of structural materials at low temperatures, Advances in Cryogenic Engineering (Materials), Vol. 44, Plenum Press, New York, 1998, 331-338.
• [10] Reed R.P., Walsh R.P., Tensile strain rate effect in liquid helium, Adv. Cryogenic Engineering Materials, Vol. 34, 1988, 199-208.
• [11] Reed R.P., Simon N.J., Discontinuous yielding in austenitic steels at low temperatures, International Cryogenic Material conference, Boulder, Vol. 2, 1988, 851-863.
• [12] Rizzi P. Hahner, On the Portevin–Le Chatelier effect: theoretical modeling and numerical results, International Journal of Plasticity, Vol. 20, Issue 1, 2004, 121-165.
• [13] Seeger A ., Dislocations and mechanical properties of crystals, Wiley, New York 1957.
• [14] Schwarz R.B., Mitchell J.W., Dynamic dislocation phenomena in single crystals of Cu-10.5-at.%-Al alloys at 4.2°K, Phys. Rev. B 9, 1974, 3292-3299.
• [15] Sgobba S., Zilber O., Caractérisations mécaniques à basse température des aciers inoxydables austénitiques pour le LHC, Note Techn 1994, CERN MT-SM-CE /94-221/SS-OZ.
• [16] Skoczeń B., Constitutive model of plastic strain induced phenomena at cryogenic temperatures, Journ. Theor. Appl. Mech., No. 4, Vol. 46, 2008, 949.
• [17] Skoczeń B., Bielski J., Sgobba S., Marcinek D., Constitutive model of discontinuous plastic flow at cryogenic temperatures, Int. Journal of Plasticity, 26, 12, 2010, 1659-1679.
• [18] Tabachnikova E.D., Dolgin A.M., Bengus V.Z., Yefimov Y.V., Fiz. Metallov Metallovedenie 58, 1984, 573.
• [19] Zaiser M., Hähner P., Oscillatory modes of plastic deformation: theoretical concepts, Phys. Stat. Sol. (b), 199, 1997, 267-330.
• [20] Życzkowski M., Combined loadings in the theory of plasticity, PWN-Nijhoff, Warszawa 1981.