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The role of grain size distributions in diffusional creep

1981; University of Toronto Press; Volume: 29; Issue: 7 Linguagem: Inglês

10.1016/0001-6160(81)90019-5

1878-0768

J.H. Schneibel, R. L. Coble, R. M. Cannon,

Advanced materials and composites

The relationship between the strain rate and the stress in diffusional creep has usually been derived with the assumption that all the grains have the same size. In a normal polycrystaltine solid, however, grains of widely different sizes are usually present. In order to investigate to what extent the grain boundary diffusion creep rate (for a given stress and metallographic grain size) depends on the grain size distribution and grain arrangement, the strain rates of simple regular arrays of square grains (2 dimensions) with bimodal size distributions were calculated. Depending on the particular grain arrangement employed, variations of the strain rate by up to a factor of 4.4 were found. Also, internal stresses as high as 3.5 times the applied shear stress occur for particular distributions. The grain shape influences the diffusional strain rate in two ways. Changing the shape of approximately equiaxed grain results in a variation of the strain rate by up to a factor of ~13.5. Changing the aspect ratio of the grains while preserving their geometric shape (i.e., the grain boundaries are not allowed to rotate during elongation) reduces the strain rate only moderately, for example by a factor of 1.27 for a strain of 50%. The influence of different grain size distributions and grain arrangements is intermediate between these two effects. On obtient généralement la relation entre la vitesse de déformation et la contrainte dans le fluage par diffusion, en supposant que tous les grains ont la même taille. Dans un solide polycristallin normal cependant, des grains de tailles très différentes sont généralement présents. Afin d'étudier dans quelle mesure la vitesse de fluage par diffusion intergranulaire (pour une contrainte et une taille métallographique des grains données) varie en fonction de la répartition de la taille des grains et de leur arrangement, nous avons calculé la vitesse de déformation d'arrangements simples et réguliers de grains carrés (à 2 dimensions) avec une répartition bimodale de la taille des grains. Suivant les arrangements employés la vitesse de déformation variait d'un facteur 4,4. De plus on fruvait trouver des contraintes internes allant jusqu' à 3,5 fois la contrainte appliqué. La forme des grains influence la vitesse de déformation par diffusion de deux manières. Lorsqu'on change la forme de grains approximativement équiaxiaux, on peut obtenir une variation de la vitesse de déformation par un facteur de l'ordre de 13,5. Si l'on change le rapport d'aspect des grains, tout en conservant leur forme géométrique (c'est à dire qu'on n'autorise pas la rotation des joints de grains au cours de l'allongement), on ne diminue que faiblement la vitesse de déformation, par exemple d'un facteur 1,27 pour une déformation de 50%. L'influence des différentes répartitions de taille des grains et de leurs arrangements est comprise entre ces deux cas limites. Die Beziehungen zwischen Dehnungsrate und Spannung werden für das Diffusionskriechen gewöhnlich mit der Annahme gleich groβer Körner abgeleitet. In einem normalen polykristallinen Festkörper liegen jedoch Körner mit sehr unterschiedlicher Gröβe vor. Um das Ausmaβ zu bestimmen, mit dem die Kriechrate bei Korngrenzdiffusion (für gegebene Spannung und metallografische Korngröβe) von der Korngröβenverteilung und der Kornanordnung abhängt, wurden die Dehnungsraten von einfachen regelmäβigen Bereichen quadratischer Körner (2 Dimensionen) mit bimodaler Gröβenverteilung berechnet. Es ergeben sich-abhängig von der angenommenen Kornanordnung-Variationen in der Dehnungsrate von bis zu einem Faktor 4,4. Auch treten innere Spannungen bis zu dem 3,5-fachen der anliegenden Scherspannung bei gewissen Korngröβenverteilungen auf. Die Kornform beeinfluβt die Diffusionskriechrate auf zwei Arten. Eine Änderung der Form von etwa gleichachsigen Körnern ändert die Dehnungsraten bis zu einem Faktor von ~ 13,5. Eine Änderung des Achsenverhältnisses der Körner unter Beibehaltung der geometrischen Form (d.h., es wird eine Rotation der Korngrenzen während der Verlängerung nicht zugelassen) verkleinert die Dehnungsrate nur wenig, z.B. um einen Faktor 1,27 bei einer Dehnung von 50%. Der Einfluβ der verschiedenen Korngröβenverteilungen und der Kornanordnungen liegt zwischen diesen beiden Extremen.