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The rate dependence of the portevin-Le chatelier effect

1988; University of Toronto Press; Volume: 36; Issue: 10 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(88)90117-4

1878-0768

L.P. Kubin, K. Chihab, Yuri Estrin,

Microstructure and Mechanical Properties of Steels

Van den Beukel's approach to the Portevin-Le Chatelier effect which connects its occurrence with dynamic strain aging and the associated negative microscopic strain rate sensitivity of the flow stress is re-examined. Thermally activated dislocation motion affected by segregating solutes is modelled taking into account that between two stress drops or strain bursts, the effective stress can vary with time. A general criterion for the occurrence of the Portevin-Le Chatelier effect, which incorporates the influence of the applied stress rate or strain rate, is obtained by examining the conditions for the vanishing of the microscopic strain rate sensitivity. Several consequences are investigated and assessed numerically, with particular reference to Al-Mg alloys: the existence of two limiting strain rates between which the macroscopic, apparent strain rate sensitivity is negative and discontinuous deformation is observed; a decrease in the amplitude of the effect with increasing applied rates; and the rate dependence of the critical stress for the onset of instability. It is concluded that with the modifications proposed, the model establishes a realistic connection between dynamic strain aging and the rate-dependent macroscopic manifestations of the Portevin-Le Chatelier effect. Le modèle de Van den Beukel pour l'effet Portevin-Le Chatelier, dans lequel l'apparition d'instabilités plastiques est reliée à un mécanisme de vieillissement dynamique et à l'apparition d'une sensibilité microscopique négative de la contrainte d'écoulement facile à la vitesse, est réexaminé. Le mouvement thermiquement activé des dislocations en présence d'atomes de soluté mobiles est modélisé en tenant compte de ce que, entre deux chutes de contrainte ou paliers de déformation, la contrainte effective peut varier dans le tamps. En exprimant les conditions pour lesquelles la sensibilité à la vitesse s'annule, nous obtenons un critère d'apparition de l'effet Portevin-Le Chatelier qui incorpore l'influence de la vitesse de déformation ou de chargement imposée à l'échantillon. Plusieurs conséquences sont examinées et évaluées numériquement dans le cas d'alliages Al-Mg: l'existence de deux vitesses de déformation critiques entre lesquelles la déformation plastique est discontinue et la sensibilité macroscopique, apparente, à la vitesse est négative; la décroissance de l'amplitude des instabilités avec les vitesses de déformation ou de chargement croissantes; la variation de la contrainte critique pour l'apparition des instabilités en fonction des vitesses de déformation ou de chargement imposées. Ces résultats amènent à conclure que le modèle proposé établit une relation réaliste entre le vieillissement dynamique et la dépendance en vitesse de déformation des manifestations macroscopiques associées à l'effet Portevin-Le Chatelier. Es wird das van den Beukel'sche Herangehen an den Portevin-Le Chatelier-Effekt überprüft, welches einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten des Effekts und dynamischer Reckalterung sowie der damit verbundenen negativen mikroskopischen Geschwindigkeitsempfindlichkeit der Flieβspannung herstellt. Es wird thermisch aktivierte Versetzungsbewegung modelliert, die durch die Segregation von Fremdatomen beeinfluβt wird. Dabei wird berücksichtigt, daβ die effektive Spannung zwischen zwei aufeinander folgenden Spannungsabfällen oder Dehnungsschüben mit der Zeit variieren kann. Es wird ein allgemeines Kriterium für das Auftreten des Portevin-Le Chatelier-Effekts aufgestellt, in welches der Einfluβ der Verformungsgeschwindigkeit bzw. der Belastungsrate mit einflieβt. Es werden einige Folgen des Modells untersucht und numerisch abgeschätzt, insbesondere für Al-Mg-Legierungen. Diese sind: die Existenz von zwei kritischen Dehngeschwindigkeiten, die ein Intervall abgrenzen, in dem die makroskopische, scheinbare Geschwindigkeitsempfindlichkeit negativ ist und diskontinuierliche Verformung beobachtet wird; die Abnahme der Amplitude des Effektes mit steigender Rate; die Ratenabhängigkeit der kritischen Spannung für den Beginn der Instabilität. Es wird festgestellt, daβ unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen Modifikatonen das Modell eine realistische Beziehung zwischen dynamischer Reckalterung und den ratenabhängigen makroskopischen Erscheinungsformen des Portevin-Le Chatelier-Effekts herstellt.