Войти
Эффект Портевена – Ле Шателье (PLC) описывает зубчатую кривую напряжения-деформации или скачкообразное течение, которое для некоторых материалов проявляется как они подвергаются пластической деформации, особенно неоднородной деформации. Этот эффект долгое время ассоциировался с динамическим деформационным старением или конкуренцией между диффундирующими растворенными веществами, закрепляющими дислокации, и дислокациями, вырывающимися из этой остановки.
Начало эффекта PLC происходит, когда Чувствительность к скорости деформации становится отрицательной и начинается неоднородная деформация. Этот эффект также может проявляться на поверхности образца и в полосах пластической деформации. Этот процесс начинается с так называемой критической деформации, которая представляет собой минимальную деформацию, необходимую для появления зазубрин на кривой напряжение-деформация. Критическая деформация зависит как от температуры, так и от скорости деформации. Наличие критической деформации объясняется лучшим коэффициентом диффузии растворенного вещества из-за созданных деформацией вакансий и повышенной плотности подвижных дислокаций. Оба эти фактора вносят вклад в нестабильность сплавов замещения, в то время как сплавы внедрения подвержены только увеличению плотности подвижных дислокаций.
.
Хотя эффект назван в честь Портвена и Ле Шателье, они не были первыми, кто его обнаружил. Феликс Савар сделал открытие, когда наблюдал неоднородную деформацию во время испытания на растяжение медных полос. Он задокументировал физические зазубрины в своих образцах, которые в настоящее время известны как ленты Портвена-Ле Шателье. Ученик Саварта, Мейсон, повторил эксперимент, контролируя скорость нагрузки. Мейсон заметил, что при постоянной скорости нагружения образцы будут испытывать внезапные большие изменения удлинения (до нескольких миллиметров).
Большая часть физики, лежащей в основе эффекта Портвена-Ле Шателье, лежит в конкретном случае ползучести увлечения растворенного вещества. Добавление растворенных атомов в чистый кристалл приводит к несоответствию размеров в системе. Такое несовпадение размеров приводит к ограничению движения дислокации. При низкой температуре эти растворенные атомы неподвижны внутри решетки, но при высоких температурах растворенные атомы становятся подвижными и более сложным образом взаимодействуют с дислокациями. Когда растворенные атомы подвижны и скорость дислокации не слишком высока, растворенные атомы и дислокация могут перемещаться вместе, где растворенный атом уменьшает движение дислокации.
Эффект Портвена-Ле Шателье возникает в том конкретном случае, когда имеет место ползучесть растворенного вещества и имеется приложенное напряжение в диапазоне, зависящем от материала, на образец. Приложенное напряжение вызывает увеличение скорости дислокаций, позволяя дислокации двигаться от растворенного вещества. Этот процесс обычно называют «отрывом». Как только дислокация удаляется от растворенного вещества, напряжение на ней уменьшается, что приводит к уменьшению ее скорости. Это позволяет атомам растворенного вещества «догонять» дислокацию. Как только растворенный атом догоняет атом, напряжение на дислокации значительно увеличивается, в результате чего процесс повторяется.
Циклические изменения, описанные выше, вызывают зазубрины в пластической области диаграммы деформации напряжения при испытании на растяжение, которое подвергается эффекту Портвена-Ле Шателье. Изменение напряжения также вызывает неоднородную деформацию по всему образцу, которую можно увидеть невооруженным глазом при наблюдении за шероховатой поверхностью.
Температура влияет как на скорость распространения ленты через материал, так и на критическую деформацию. Скорость распространения полосы пропорциональна температуре (более низкая температура более низкая скорость, более высокая температура более высокая скорость). Часто критическая деформация сначала уменьшается из-за температуры. Влияние температуры на режим PLC вызвано повышенной способностью растворенных веществ диффундировать к дислокациям с повышением температуры. Хотя механизм диффузии полностью не изучен, считается, что атомы растворенных веществ диффундируют либо по объему (высокая температура), либо за счет диффузии в лентах дефектов упаковки между частичными дислокациями (промежуточная температура), либо за счет диффузии по трубам (низкая температура).
В то время как температура связана со скоростью диффузии, скорость деформации определяет время, необходимое дислокациям для преодоления этих препятствий, и оказывает драматическое влияние на условия эффекта PLC. Таким образом, как правило, критическое напряжение уменьшается с увеличением скорости деформации. Кроме того, чем выше уровень напряжения, тем ниже скорость ленты.
Осадки, часто встречающиеся в сплавах Al (особенно разновидности Mg), усложняют эффект PLC.
Критическая деформация в зависимости от температуры Нормальное и обратное поведение Часто эти выделения вызывают так называемое обратное поведение, которое изменяет влияние как скорости деформации, так и температуры на твердое тело. Показано, что наличие выделений оказывает влияние от появления и исчезновения зазубрин на кривой напряжения-деформации.
Скорость деформации в зависимости от нормы критической деформации и обратного поведения Структура материала также оказывает влияние на внешний вид и параметры, описывающие эффект ПЛК. Например, величина падения напряжения больше при меньшем размере зерна. Критическая деформация часто увеличивается с увеличением зерен, что связано с зависимостью плотности дислокаций от размера зерен. Амплитуда зубцов больше в сплавах Al-Mg для более мелкого размера зерна. Существует корреляция между увеличением критической деформации и возникновением зазубрин с увеличением размера зерна. Но некоторые данные показывают, что размер зерна практически не влияет на скорость или ширину полосы.
Полировка материала влияет на начало эффекта PLC и скорости полосы. Очевидно, более шероховатая поверхность обеспечивает больше точек зарождения для высокого напряжения, которые помогают инициировать полосы деформации. Эти полосы также распространяются в два раза быстрее в полированном образце.
Количество вакансий не влияет напрямую на начальную точку PLC. Было обнаружено, что если материал предварительно деформируется до значения, равного 1/2 от того, которое требуется для инициирования резкого течения, а затем выдерживается при температуре испытания или отжига для удаления вакансий (но достаточно низкого, чтобы не повлиять на структуру дислокаций), то общая критическая деформация лишь немного снижается, как и типы зубцов, которые действительно возникают.
Хотя такие свойства, как чувствительность к скорости деформации и критическая деформация, отмечают начало эффекта ПЛК, люди разработали систему описания самих зубцов. Эти типы часто зависят от скорости деформации, температуры и размера зерна. Хотя обычно группы имеют обозначения A, B и C, некоторые источники добавили полосы типа D и E. Поскольку полосы типа A, B и C чаще всего встречаются в литературе, они будут единственными, о которых здесь говорится.
Типы зубцов Полосы типа A часто наблюдаются при высокой скорости деформации и низких температурах. Они представляют собой случайное развитие полос, образующихся по всему экземпляру. Обычно они описываются как непрерывно распространяющиеся с небольшими перепадами напряжения.
Полосы типа B иногда описываются как «скачкообразные» полосы, и они появляются при средней или высокой скорости деформации. Их часто видят как каждую полосу, формирующуюся перед предыдущей пространственно коррелированным образом. Зубцы более неравномерны и имеют меньшую амплитуду, чем полосы типа C.
C полосы часто видны при низкой приложенной скорости деформации или высоких температурах. Они идентифицируются со случайными зародышами статических полос с большим характерным напряжением, снижающим зазубрины.
Считается, что различные типы полос представляют различные состояния дислокации в полосах, и типы лент могут изменяться на кривой деформации напряжения материала. В настоящее время не существует моделей, которые могли бы уловить изменение типов полос.
Эффект Портевена-Ле Шателье (PLC) является доказательством неоднородной деформации промышленных сплавов CuNi25 при промежуточных температурах. В сплаве CuNi25 это проявляется в виде неровностей в виде зазубрин на кривой растяжения. Это доказывает нестабильность силы при растяжении и неоднородность микроструктуры, а также наличие многих неоднородных факторов, влияющих на его механические свойства.
Поскольку эффект PLC связан с упрочнением механизм, возможно повышение прочности стали; однако пластичность и пластичность материала, пораженного эффектом PLC, резко снижаются. Известно, что эффект PLC вызывает синюю хрупкость стали; кроме того, потеря пластичности может привести к образованию шероховатых поверхностей во время деформации (сплавы Al-Mg особенно подвержены этому), что делает их бесполезными для автомобильных кузовов или литья.
