The Portevin –Le Chatelier Effect and Acoustic Emission of Plastic Deformation CuZn30 Monocrystals

• Autorzy: Ozgowicz W. , Grzegorczyk B. , Pawełek A. , Piątkowski A. , Ranachowski Z.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0029

Warianty tytułu

PL

Emisja akustyczna w badaniu efektu Portevin-le Chatelier w monokrystalicznym stopie CuZn30

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the investigation of the relation between the acoustic emission (AE) and instability of plastic deformation type Portevin-Le Chatelier (PLC) of single-phase brass CuZn30 monocrystals with crystallographical orientation [13 9]. The monocrystals have been investigated applying the method of free compression at a constant strain rate and the temperature within the range from 200°C to 400°C, simultaneously recording PLC phenomenon by means of acoustic emission. During hot axial compression tests the correlation between work-hardening curves σ - ε, which display PLC effect and characteristic of acoustic emission signals has been found. Moreover, it was proved that in the range of the PLC effect, the acoustic signal is an impulse a character of cyclic repeatability, distinctly correlated qualitatively with the stress oscillations on the curves σ - ε. The analysis of the obtained results leads to the conclusion that in the tested monocrystals the effect PLC is probably controlled by complex processes similar to the phenomenon of dynamic strain ageing (DSA), which are described by diffusion models.

PL

Streszczenie W pracy badano zależność między emisją akustyczną (EA), a niestabilnością odkształcenia plastycznego typu Portevin Le Chatelier monokryształów jednofazowego mosiądzu CuZn30 o orientacji krystalograficznej [13 9]. Monokryształy poddano próbie swobodnego ściskania przy stałej prędkości odkształcenia w zakresie temperatury od 200°C do 400°C stosując jednocześnie pomiar emisji akustycznej. Określono zależność pomiędzy przebiegiem krzywych umocnienia σ - ε wykazujących efekt PLC. a charakterystyką sygnałów emisji akustycznej generowanych w badanej próbie ściskania jednoosiowego. Stwierdzono, że w zakresie występowania efektu PLC podczas próby ściskania, sygnał EA ma charakter impulsu cyklicznego, wyraźnie skorelowany jakościowo z oscylacjami naprężeń na krzywych σ - ε. Analiza uzyskanych wyników pozwala przypuszczać, że w badanych monokryształach efekt PLC jest kontrolowany prawdopodobnie przez złożone procesy podobne do zjawisk starzenia dynamicznego po zgniocie (DSA), które są opisane modelami dyfuzyjnymi.

Słowa kluczowe

EN

plastic strain; Portevin-Le Chatelier (PLC) effect; monocrystals; copper alloys; compression test; acoustic emission (AE)

PL

odkształcenie plastyczne; efekt Portevina-Le Chateliera; monokryształy; stopy miedzi; test kompresji; emisja akustyczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 1
• Strony: 183--188
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ozgowicz W.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials of The Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Grzegorczyk B.

• Institute of Engineering Materials and Biomaterials of The Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Pawełek A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences, 25 Reymonta Str., 30-059 Kraków, Poland

autor

Piątkowski A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences, 25 Reymonta Str., 30-059 Kraków, Poland

autor

Ranachowski Z.

• Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences, 5b Pawinskiego Str., 02-106 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] A. Portevin, F. Le Chatelier, Sur un phénomène observé lors de l’essai de traction d’alliages en cours de transformation, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences Paris 176, 507-510 (1923).
• [2] A. H. Cottrell, Anote on the Portevin-Le Chatelier effect, Philos. Mag. 44, 829-832 (1953).
• [3] M. Maziere, S. Forest, J. Besson, H. Wang, C. Berdin, Numerical simulation of the Portevin - Le Chatelier effect in various material and at different scales, Materials Science Forum 638-642, 2670-2675 (2010).
• [4] V. Scott, F. Franklin, F. Mertens, M. Marder, Portevin Le Chatelier effect, Physical Review E 62, 8195-8206 (2000).
• [5] W. Ozgowicz, B. Opeldus, The influence of the chemical composition and temperature of plastic deformation on the PLCeffect in tin bronzes, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 17, 129-132 (2006).
• [6] W. Ozgowicz, B. Grzegorczy k, E. Kalinowska-Ozgowicz, The structure and mechanical properties of the alloy CuZn30 after recrystallizing annealing, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 40, 1, 15-24 (2010).
• [7] B. J. Brindley, P. J. Worthington, Serrated yielding in Aluminium-3% Magnesium, Acta Metallurgica 17, 11, 1357-1361 (1969).
• [8] A. Wijler, J. Schadevan Westrum, Strain rate experiments and the Portevin - Le Chatelier effect in Au (14 at% Cu), Scripta Metallurgica 5, 531-536 (1971).
• [9] P. Rodriguez, Serrated plastic flow, Bull. Mater. Sci. 6, 653-663 (1984).
• [10] A. Pawełek, J. Kusnierz, Z. Ranachowski, Z. Jasienski, Anisotropy of acoustic emission and-Portevin-Le Chatelier phenomena in polycrystalline aluminium alloys subjected to tensile tests, Archives of Acoustics 31, 4, 102-122 (2006).
• [11] A. Pawełek, J. Kuśnierz, J. Bogucka, Z. Ranachowski, P. Ranachowski, F. Rejmund, T. DĘbowski, Acoustic emission and the Portevin - Le Châtelier effect in tensile tested Al alloys processed by ARB technique, Archives of Acoustics 32, 955-962 (2007).
• [12] R. Pascual, Acoustic emission and dislocation multiplication during serrated flow of an aluminum alloy, Scripta Metallurgica 8, 1461-1466 (1974).
• [13] S. Mintzer, R. Pascual, R. M. Volpi, Acoustic emission and grain size in plastic deformation of metals, Scripta Metallurgica 12, 6, 531-534 (1978).
• [14] F. Zeides, I. Roman, Study of serrated flow in two Al-Li-Cu-Mg base alloys with acoustic emission technique, Scripta Metallurgica et Materialia 24, 10, 1919-1922 (1990).
• [15] Z. Jiang, Q. Zhang, H. Jiang, Z. Chen, X. Wu, Spatial characteristics of the Portevin-Le Chatelier deformation bands in Al-4at%Cu polycrystals, Materials Science and Engineering, 154-164 (2005).
• [16] M. Golec, Z. Golec, Application of the frequency analysis of acoustic emission in the study of the metal alloy solidification, Archives of Acoustics 25, 1, , 43-50 (2000).
• [17] E. Le Clèzio, T. Delaunay, M. Lam, G. Feuillard, Piezoelectric material characterization by acoustic methods, Archives of Acoustics 4, 33, 603-608 (2008).
• [18] L. Majkut, Acoustical diagnostics of cracks in beam like structures, Archives of Acoustics 1, 31, 17-28 (2006).
• [19] L. P. Kubin, Y. Estrin, Evolution of dislocation densities and the critical condition for the Portevin - Le Chatelier effect, Acta Metall. 38, 697-708 (1990). ]
• [20] Y. Estrin, L. P. Kubin, Plastic instabilities: phenomenology and theory, Materials Science and Engineering A 137, 125-134 (1991).
• [21] A. Korbel, The analyses of the non-uniform deformation in the substitutional solid solutions, Scientific Bulletins of the S. Staszic, University of Mining and Metallurgy, 474, Cracow, 1974.
• [22] I. Malecki, J. Ranachowski, Emisja Akustyczna Zródła, Metody, Zastosowania. PASCAL Publications - Komitet Badan Naukowych, Warszawa (1994).
• [23] Z. Ranachowski, Medody pomiaruianaliza sygnału emisji akustycznej, Prace IPPT PAN, 7/1997, Wyd. IPPT PAN, Warszawa (1997).
• [24] P. Ranachowski, F. Rejmund, Z. Ranachowski, A. Pawełek, A. Piatkowski, Mechanoacoustic and microscopic study of aluminous porcelain resistance to structural degradation, Archives of Metallurgy and Materials 56, 4, 227-1233 (2011). ]
• [25] PN-EN 12163:2011 Miedzistopy miedzi - Prety ogólnego przeznaczenia (Copper and copper alloys - Rod for general purposes).
• [26] B. Grzegorczyk, The Portevin Le Chatelier effect in monocrystalline alloy Cu-Zn deformation at elevated temperatures, (in Polish) Ph.D. Thesis, Silesian University of Technology, Gliwice (2010).
• [27] A. Vanden Beukel, Theory of the effect of dynamic strain ageing on mechanical properties. Phys. Stat. Sol. (a) 30, 197-206 (1975).
• [28] A. Pawełek, Dyslokacyjne aspekty emisji akustycznej w procesach odkształcenia plastycznego metali, Polska Akademia Nauk, Instytut Metalurgiii Inżynierii Materiałowej w Krakowie, Wyd. OREKOP S.C., Kraków, (2006).

Uwagi

The studies were financially supported by the research project of the National Science Centre (NCN) No 2012/07/B/ST8/03055.