鋁合金中Portevin-Le Chatelier效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、Portevin-Le Chatelier（PLC）效應(yīng)是指在一定的應(yīng)變率和溫度范圍內(nèi)，許多工程材料中會(huì)出現(xiàn)的一種不規(guī)則的塑性流動(dòng)。其表現(xiàn)為連續(xù)的應(yīng)力-時(shí)間曲線上的鋸齒形起伏和應(yīng)變-時(shí)間曲線上的階梯狀上升。而在空間上，這種不規(guī)則的塑性流動(dòng)導(dǎo)致了應(yīng)變局域化現(xiàn)象，表現(xiàn)為在試件表面上出現(xiàn)的靜止的、跳躍的或連續(xù)傳播的局部變形帶。PLC效應(yīng)是一種典型的多尺度效應(yīng)問(wèn)題，長(zhǎng)期得到學(xué)術(shù)界的重視。通常都認(rèn)為微觀上溶質(zhì)原子和可動(dòng)位錯(cuò)之間的相互作用導(dǎo)致了該塑

2、性失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，即動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效。鋁合金材料具有的較高的強(qiáng)度重量比使得其非常適合應(yīng)用于汽車工業(yè)中。但鋁合金在室溫變形時(shí)就會(huì)發(fā)生PLC效應(yīng)，這導(dǎo)致試件上幾何擾動(dòng)的增加以及頸縮應(yīng)變的減小，從而會(huì)導(dǎo)致材料可成形性下降，制約了其在汽車部件中的使用。所以，開(kāi)展鋁合金PLC效應(yīng)的研究具有重要的理論及工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
　　 在溶質(zhì)原子含量高于極限溶解度的合金材料中，多余的溶質(zhì)原子將以析出相的形式存在。本文首先研究了在相同退火熱處理?xiàng)l件下，不同析

3、出相含量的兩種鋁鎂合金5456和5052 在不同加載應(yīng)變率下的PLC效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，析出相的存在增強(qiáng)了對(duì)可動(dòng)位錯(cuò)的阻礙作用，析出相含量越大，對(duì)PLC效應(yīng)產(chǎn)生影響越顯著。
　　 其次，通過(guò)對(duì)5456和5052兩種鋁鎂合金在相同的溫度下保溫時(shí)效不同的時(shí)間，使得溶質(zhì)原子含量與析出相的含量同時(shí)發(fā)生變化。在相同的加載應(yīng)變率下研究了溶質(zhì)原子和析出相含量的變化對(duì)鋁鎂合金中的PLC效應(yīng)所產(chǎn)生的影響，并比較了同樣的實(shí)驗(yàn)條件下的2024 鋁銅合金中

4、的溶質(zhì)原子和析出相含量的變化對(duì)PLC效應(yīng)所產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，在鋁鎂合金中，析出相含量的增加彌補(bǔ)了由于溶質(zhì)原子的減少所帶來(lái)的影響，溶質(zhì)原子和析出相在PLC效應(yīng)中所起到的作用相等。而在鋁銅合金中，PLC效應(yīng)中起主導(dǎo)作用的是溶質(zhì)原子，析出相并未能彌補(bǔ)銅溶質(zhì)原子含量減少所帶來(lái)的影響。
　　 根據(jù)動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效理論，通過(guò)施加不同的預(yù)變形，造成5456 鋁鎂合金中的初始位錯(cuò)密度發(fā)生改變，研究了不同的位錯(cuò)密度對(duì)PLC效應(yīng)產(chǎn)生的影響。研究中發(fā)

5、現(xiàn)預(yù)變形對(duì)PLC效應(yīng)的影響顯著，而且隨著預(yù)變形量的增加，臨界應(yīng)變出現(xiàn)反常的變化。
　　 最后在預(yù)變形實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)沿著試件的不同的方向進(jìn)行的拉伸實(shí)驗(yàn)，研究了不同的晶粒取向?qū)LC效應(yīng)產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，除了臨界應(yīng)變之外，各方向拉伸曲線上未見(jiàn)明顯的區(qū)別，表現(xiàn)出各向同性。
　　 理論研究方面，基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效過(guò)程中的熱激活機(jī)制，綜合考慮了溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的相互作用，位錯(cuò)與位錯(cuò)的相互作用以及伴隨PLC效應(yīng)的試件表面溫度變化