3784501648

ANEKS 1

PB 4 T07A 027 30

Analiza literatury i dostępnych danych eksperymentalnych oraz identyfikacja fizycznych mechanizmów rządzących nieciągłym płynięciem plastycznym

Zjawisko nieciągłej plastyczności (serrated yielding) zachodzące w metalach i stopach w niskiej temperaturze (poniżej 10 K) jest przykładem materiałowej niestateczności. Polega ono na obserwowalnych w skali makro fluktuacjach granicy plastyczności wokół wzrastającej krzywej wzmocnienia plastycznego. Zjawisko zależy w skomplikowany sposób od warunków odkształcania takich jak temperatura czy prędkość odkształcenia oraz od charakterystyki materiału (np. budowa struktury krystalicznej) [3], Omawiany efekt jest w wielu aspektach podobny |4] do zachodzącego w wysokich temperaturach efektu Portevin-Le Chatelier (PLC). Ten ostatni zachodzi zwykle w pewnym zakresie temperatur (powyżej temperatury otoczenia) oraz w określonym zakresie odkształceń plastycznych i prędkości odkształcania [1],

Charakterysty czny objaw makroskopowy tego zjawiska zależy od sposobu testowania. Przy próbie obciążania ze stalą prędkością naprężenia obserwuje się pow tarzalne gwałtowne przyrosty' odkształcenia przy coraz wyższych, stałych poziomach naprężenia (..schodkowy'" wykres zależności naprężenie - odkształcenie). Przy sterowaniu odkształceniowym (stała prędkość odkształcenia) obserwuje się cykliczne gwałtowne spadki wartości naprężenia przy (prawie) stałej wartości odkształcenia (wykres zależności naprężenie - odkształcenie ma kształt „piły"). Tłumaczy się to oscylującym wzrostem i spadkiem "plastycznej aktywności' niezależnie od monotonicznych warunków wymuszenia 111. Podkreślić jednak należy fakt, że efekt PLC jest [2] wewnętrzną własnością materiału, a nie zjawiskiem zależnym od urządzenia użytego do ekspery mentu. Po raz pierwszy został on zaobserwowany w próbce obciążonej jedynie ciężarem własnym, gdzie nie zachodził wpływ warunków przeprowadzenia ekspery mentu. Co więcej, wykazuje się, że zjawisko pochodzi od mikrostrukturalnego procesu (DSA dynamie strain ageing) nazywanego dynamicznym starzeniem odkształceniowym będącym dynamiczną interakcją pomiędzy ślizgającymi się dy slokacjami a wolnymi atomami. (Cottrell).

Zjawisko jest klasyfikowane jako jeden z przykładów niestateczności plastycznego płynięcia [4], w którym obserwowany spadek naprężenia spowodowany jest gwałtow nym w zrostem prędkości odkształcenia, znacząco wyższym od prędkości wymuszanej przez maszynę wytrzymałościową. Inne zjawiska z tej grupy to m.in. spadek naprężenia po uplastycznieniu, formowanie się „szyjki", bliźniakowanie deformacji. Takie niestabilne płynięcie plastyczne opisywane jest też [2] jako ujemna wrażliwość naprężenia plastycznego płynięcia (granicy plastyczności) na prędkość odkształcenia (negath e strain ratę sensitivity SRS), czyli jego spadek związany ze wzrastającą prędkością odkształcenia. W [2], [24] zwraca się uwagę na analogię tego zjawiska z innymi zachodzącymi w fizyce jak ujemna ruchliwość elektronu związana z efektem Gunn a. rnctastabilne przemiany fazowe w ciałach stałych modelowanych niewypukłymi energiami sprężystości, anormalne dynamiczne tarcie związane z dynamiką trzęsień ziemi itd.

Zjawisko to należy odróżnić od innego efektu lokalizacji odkształceń plastycznych spowodowanych powstawaniem i propagacją pasm Ludersa. W tamty m przy padku niestateczne zachowanie się materiału spow odow ane jest namnożeniem się dyslokacji przy pierw szy m uplastycznieniu, co pow oduje lokalne osłabienie odkształceniowe (i odpowiadający mu spadek granicy plasty czności). Efekt Ludersa. w odróżnieniu od efektu PLC nie jest jednak pow tarzalny w czasie procesu obciążania.

Efekt niestateczności PLC jest klasyfikowany [2], [10] w trzech zasadniczych ty pach: A, B i C w zależności od charakteru czasów o-przestrzennej organizacji pasm deformacji. Typ A odpow iada deformacjom rozchodzącym się w sposób ciągły wzdłuż osi rozciągania (stanowiący m odosobnione fale plastyczne). Typ B oznacza przerywaną (oscylującą w czasie) propagację odkształcenia (na zasadzie stop-and-go). Wreszcie typ C oznacza pasmo deformacji pojawiające się losowo (stochastycznie [25]) i nie propagujące się wzdłuż próbki poddanej rozciąganiu. Bez względu na typ, każdy efekt PLC, oznaczający niestabilne plastyczne płynięcie powoduje niejednorodną deformację rozciąganej próbki poniew aż odkształcenia plastyczne lokalizują się w pasmach, które mogą być stacjonarne (C) lub wędrować wzdłuż osi rozciągania. Powyższa klasyfikacja została też fenomenologicznie oparta na obserwacji ząbkowania' na wykresach zależności naprężenie-odksztalcenie. Typ A odpowiada ąuasi-okresowym uskokom związanym z nukleacją kolejnych pasm PLC. które następnie propagują się wzdłuż osi próbki podobnie jak pasmo Ludersa. ale w powtarzalny sposób. Dla typu C obserwowany jest duży' uskok spowodowany uaktywnieniem się własności plastycznych, który jednak nie zmienia się w czasie ani przestrzeni. Natomiast dla ty pu B obserwuje się nałożenie dodatkowych oscylacji na uskoki charakterystyczne dla czystego typu A, związanych z nieciągłą propagacją pasma zlokalizowanych odkształceń. Niezależnie od typu niestateczność taka ujawnia się jako (powtarzalne) uskoki na krzywej rozciągania i jest związana z lokalnym plastycznym ścinaniem w pasmach poślizgu [17] oraz (w wielu przy padkach) propagującymi się pasmami deformacji.

W odniesieniu do materiałów w temperaturach kriogenicznych opisuje się różne mechanizmy tej niestateczności materiałowej, wyróżniając niestateczność termiczną, geometryczną i dyslokacyjną (mechaniczną) [3], [4], Niestateczność termiczna [28] polega na tym, że nukleacja deformacji może powodować lokalne i propagujące się nagrzewanie z powodu bardzo ruskich wartości ciepła właściwego oraz przewodności cieplnej materiału w

1