一种基于位错机制的动态应变时效模型.PDF

Vol. 23 No. 3 　　 　　　　　　 　 　　　　　　　　　 　 第23卷 第3期 固 体 力 学 学 报 2002年 　9 月 ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA September 2002 一种基于位错机制的动态应变时效模型 郭扬波 　　唐志平 　　程经毅 ( 中国科学技术大学力学与机械工程系,合肥 ,230027) 摘 　要 　动态应变时效是由位错与溶质原子的相互作用引起的 ,只考虑位错与位错芯内的 ( ) 溶质原子 位错芯气团 的相互作用 ,在位错热激活运动机制的 ZerilliArmstrong 热粘塑性本构模 型的基础上 ,加以改进 ,并加入位错和位错芯气团的相互作用的影响 ,建立了一种可定量描写动 态应变时效现象的本构模型. 所得到的本构模型以 ZerilliArmstrong 模型为基础 ,不仅可以描写 ( ) ( - 4 4 - 1 ) 动态应变时效现象 ,还可以描写金属在很大温度 77K - 1000K 和应变率 10 - 10 s 范围内 的力学行为. 本构模型对钽的拟合和预测与实验结果有较好的吻合. 关键词 　动态应变时效 ,溶质原子 ,位错芯气团 1 　引言 动态应变时效现象出现于含溶质原子的金属中 ,表现为 : ( 1) 在一定的温度、应变和应 变率范围内出现的锯齿形应力应变响应 ; (2) 在固定的应变和应变率下 ,流动应力温度曲 ( ) 线上出现突起 极大值点 或平台. 伴随着动态应变时效现象 ,材料将表现出塑性失稳、变形 不均匀和脆性断裂等一系列特殊行为 ,将严重影响材料的应用 , 因此 ,此现象一直受到学术 界和工程界的广泛持续重视. 材料科学工作者对动态应变时效现象进行了大量的理论和实验研究[1～3 ] ,这些研究表 明:动态应变时效现象是由运动位错与溶质原子的相互作用引起的. 根据溶质原子与位错的 ( ) ( 相对位置 ,它们之间的相互作用可分为两种 : 1 溶质原子聚集在位错的周围 在位错芯之 ) ( ) 外 ,这种溶质原子分布被称为 Cottrell 、Snoek 或 Suzuki 气团 ; 2 溶质原子分布在位错芯中 , 这种溶质原子分布被称为位错芯气团. 人们研究动态应变时效现象时 ,通常只考虑这两种相 互作用中的一种 ,而且对前一种相互作用研究较多 ,对后一种相互作用研究较少. 本文中只 考虑运动位错与位错芯气团的相互作用. 位错在通过晶格的运动过程中受到各种阻碍其运动的力的作用. 这些运动阻力根据其 性质的不同可分为两类. ( 1) 障碍阻力f R :它是由位错与各种晶体缺陷的短程交互作用引起 I 的 ,障碍阻力的特点是其可以为热激活所克服. (2) 内应力 τ:它是由位错与