blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-3-325-331blackmet-2736Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMATERIAL SCIENCEОсобенности кинетики деформационных фронтов при скачкообразной деформации Людерса в α-железе при повышенной температуреKinetics of deformation fronts during serrated Lüders deformation in α-iron at high temperaturehttps://orcid.org/0000-0003-0068-2542ОрловаД. В.OrlovaD. V.

Дина Владимировна Орлова, к.ф.-м.н., научный сотрудник лаборатории физики прочности

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Dina V. Orlova, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Research Associate of the Laboratory of Strength Physics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

dvo@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5741-7574ДаниловВ. И.DanilovV. I.

Владимир Иванович Данилов, д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник лаборатории физики прочности

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Vladimir I. Danilov, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Chief Researcher of the Laboratory of Strength Physics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

dvi@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6464-6159ГорбатенкоВ. В.GorbatenkoV. V.

Вадим Владимирович Горбатенко, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник лаборатории физики прочности

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Vadim V. Gorbatenko, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Researcher of the Laboratory of Strength Physics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

gvv@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4124-0516ДаниловаЛ. В.DanilovaL. V.

Лидия Владиславовна Данилова, к.ф.-м.н., младший научный сотрудник лаборатории физики прочности

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Lidiya V. Danilova, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Junior Researcher of the Laboratory of Strength Physics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

dlv@ispms.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3140-5292БочкареваА. В.BochkarevaA. V.

Анна Валентиновна Бочкарева, к.т.н., научный сотрудник лаборатории физики прочности

Россия, 634055, Томск, пр. Академичес­кий, 2/4

Anna V. Bochkareva, Cand. Sci. (Eng.), Research Associate of the Laboratory of Strength Physics

2/4 Akademiches­kii Ave., Tomsk 634055, Russian Federation

avb@ispms.ruИнститут физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАНРоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202416062024673325331Copyright © Орлова Д.В., Данилов В.И., Горбатенко В.В., Данилова Л.В., Бочкарева А.В., 20242024Орлова Д.В., Данилов В.И., Горбатенко В.В., Данилова Л.В., Бочкарева А.В.Orlova D.V., Danilov V.I., Gorbatenko V.V., Danilova L.V., Bochkareva A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2736

При комнатной температуре деформация большинства ОЦК-металлов, которые содержат небольшое количество элементов внедрения, сопровождается образованием полосы Людерса и ее монотонным распространением на площадке текучести при растяжении. В рамках автоволновой концепции фронт полосы Людерса является автоволной переключения, которая реализует переход из мета­стабильного упруго деформируемого в стабильное пластически деформируемое состояние. Однако в температурном интервале синеломкости мягких сталей 423 – 510 К, когда имеет место взаимодействие атомов растворенного вещества с подвижными дислокациями, распространение полосы Людерса сопровождается прерывистым течением. В настоящей работе рассмотрены закономерности распрост­ранения фронтов Чернова-Людерса в АРМКО-железе в интервале температур от 296 до 503 К и скоростей деформирования от 6,67·10–6 до 3,7·10–2 с–1. Установлено, что в этих условиях может реализовываться как монотонная, так и дискретная кинетика движения фронтов. Независимо от характера движения, деформация Людерса и ширина фронта в течение всего процесса остаются неизменными. Локальная скорость деформации на фронте зависит от величины действующего напряжения, причем при монотонной кинетике она возрастает с напряжением по степенному закону, а при дискретной – по линейному закону. Данное различие обусловлено разными автоволновыми модами, которые при этом формируются. Монотонной кинетике соответствует автоволна переключения локализованной пластичности, а дискретной – автоволна возбуждения.

At room temperature, the deformation of most bcc metals, which contain a small amount of interstitial elements, is accompanied by the formation of a Lüders band and its monotonic propagation over the tensile yield area. Within the framework of the autowave concept, front of the Lüders band is a switching autowave, which realizes the transition from a metastable elastically deformable state to a stable plastically deformable state. However, in the temperature range of blue brittleness of mild steels of 423 – 510 K, when the interaction of atoms of the dissolved substance with mobile dislocations takes place, propagation of the Lüders band is accompanied by a discrete flow. The patterns of propagation of the Chernov-Lüders fronts in ARMCO iron in the temperature range from 296 to 503 K and strain rates from 6.67·10–6 to 3.7·10–2 s–1 are considered in this paper. It was established that under these conditions both monotonic and discrete kinetics of front movement can be realized. Regardless of the movement nature, the Lüders deformation and width of the front remain unchanged throughout the entire process. The local strain rate at the front depends on magnitude of the effective stress, and with monotonic kinetics it increases with stress according to an exponential law, and with discrete kinetics it increases according to a linear law. This difference is due to different autowave modes that are formed in this case. The autowave of localized plasticity switching corresponds to monotonic kinetics, and the autowave of excitation – to discrete kinetics.

деформация Чернова-Людерсафронты локализованной деформациилокальная скорость деформацииавтоволнылокализованная пластичностьChernov-Lüders deformationdeformation frontlocal strain rateautowavelocalized plasticityРабота выполнена в рамках государственного задания Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, тема номер FWRW-2021-0011.The work was performed within the framework of the state task of the Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch of the Russian Academy of Science, subject No. FWRW-2021-0011.ReferencesHall E.O. Yield Point Phenomena in Metals and Alloys. New York: Plenum Press; 1970:296.Hall E.O. Yield Point Phenomena in Metals and Alloys. New York: Plenum Press; 1970:296.Seeger A., Frank W. Non Linear Phenomena in Materials Science. New York: Trans. Tech. Publ.; 1988:125–137.Seeger A., Frank W. Non Linear Phenomena in Materials Science. New York: Trans. Tech. Publ.; 1988:125–137.Fridel J. Dislocations. Oxford – London – Edinburg – N. Y. – Paris – Frankfurt: Pergamon Press; 1964:576.Fridel J. Dislocations. Oxford – London –Edinburg – N. Y. – Paris – Frankfurt: Pergamon Press; 1964:576.Cottrell A.H. Dislocation and Plastic Flow in Crystals. New York: Oxford Univ. Press.; 1953:223.Cottrell A.H. Dislocation and Plastic Flow in Crystals. New York: Oxford Univ. Press.; 1953:223.Zuev L.B. Using a crystal as a universal generator of loca­lized plastic flow autowaves. Bulletin of the Russian Aca­demy of Sciences: Physics. 2014;78(10):957–964.Zuev L.B. Using a crystal as a universal generator of loca­lized plastic flow autowaves. Bulletin of the Russian Aca­demy of Sciences: Physics. 2014;78(10):957–964. https://doi.org/10.3103/S1062873814100256https://doi.org/10.3103/S1062873814100256Zuev L.B., Barannikova S.A., Danilov V.I., Gorbatenko V.V. Plasticity: from crystal lattice to macroscopic phenomena. Progress in Physics of Metals. 2021;22(1):3–57. https://doi.org/10.15407/ufm.22.01.003Zuev L.B., Barannikova S.A., Danilov V.I., Gorbatenko V.V. Plasticity: from crystal lattice to macroscopic phenomena. Progress in Physics of Metals. 2021;22(1):3–57. https://doi.org/10.15407/ufm.22.01.003Krinsky V.I. Self-Organization: Autowaves and Structures Far from Equilibrium. Berlin: Springer-Verlag; 1984:270.Krinsky V.I. Self-Organization: Autowaves and Structures Far from Equilibrium. Berlin: Springer-Verlag; 1984:270.Danilov V.I., Gorbatenko V.V., Danilova L.V. Kinetics of Lüders deformation as an autowave process. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(4):261–267. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-4-261-267Данилов В.И., Горбатенко В.В., Данилова Л.В. Кинетика деформации Людерса как автоволнового процесса. Из­­вес­тия вузов. Черная металлургия. 2022;65(4):261–267. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-4-261-267Zuev L.B., Danilov V.I., Danilova L.V. Gorbatenko V.V. Deformable material as a nonlinear active medium. Izvestiya vuzov. Fizika. 2022;65(2):89–97. (In Russ.). https://doi.org/10.17223/00213411/65/2/89Зуев Л.Б., Данилов В.И., Данилова Л.В. Горбатенко В.В. Деформируемый материал как нелинейная активная среда. Известия вузов. Физика. 2022;65(2):89–97. https://doi.org/10.17223/00213411/65/2/89Babich V.K., Gul’ Yu.P., Dolzhenkov I.E. Strain aging of steel. Moscow: Metallurgiya; 1972:320. (In Russ.).Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженков И.Е. Деформационное старение стали. Москва: Металлургия; 1972:320.Liu W., Lian J. Stress-state dependence of dynamic strain aging: Thermal hardening and blue brittleness. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2021;28(5):854–866. https://doi.org/10.1007/s12613-021-2250-1Liu W., Lian J. Stress-state dependence of dynamic strain aging: Thermal hardening and blue brittleness. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2021;28(5):854–866. https://doi.org/10.1007/s12613-021-2250-1Prokhorov A., Vshivkov A., Plekhov O., Kashaev N., Fo­­min F., Ozerov M., Zherebtsov S. The effect of LSP on the structure evolution and self‐heating of ARMCO-iron under cyclic loading. Metals. 2021;11(8):119. https://doi.org/10.3390/met11081198Prokhorov A., Vshivkov A., Plekhov O., Kashaev N., Fo­­min F., Ozerov M., Zherebtsov S. The effect of LSP on the structure evolution and self‐heating of ARMCO-iron under cyclic loading. Metals. 2021;11(8):119. https://doi.org/10.3390/met11081198Danilov V.I., Orlova D.V., Gorbatenko V.V., Danilova L.V. Effect of temperature on the kinetics of localized plasticity autowaves in Lüders deformation. Metals. 2023;13(4):773. https://doi.org/10.3390/met13040773Danilov V.I., Orlova D.V., Gorbatenko V.V., Danilova L.V. Effect of temperature on the kinetics of localized plasticity autowaves in Lüders deformation. Metals. 2023;13(4):773. https://doi.org/10.3390/met13040773Sutton M.A. Digital Image Correlation for Shape and Deformation Measurements. Springer Handbooks. Boston MA: Springer; 2008:1100.Sutton M.A. Digital Image Correlation for Shape and Deformation Measurements. Springer Handbooks. Boston MA: Springer; 2008:1100.Briers J.D., Webster S. Quasi real-time digital version of sing­le-exposure speckle photography for full-field monitoring of velocity or flow fields. Optics Communication. 1995;116(1-3): 36–42. https://doi.org/10.1016/0030-4018(95)00042-7Briers J.D., Webster S. Quasi real-time digital version of sing­le-exposure speckle photography for full-field monitoring of velocity or flow fields. Optics Communication. 1995;116(1-3): 36–42. https://doi.org/10.1016/0030-4018(95)00042-7Erbeck R., Merzkirch W. Speckle photographic measurements of turbulence in an air stream with fluctuating temperature. Experiments in Fluids. 1988;6(2):89–93. https://doi.org/10.1007/BF00196458Erbeck R., Merzkirch W. Speckle photographic measurements of turbulence in an air stream with fluctuating temperature. Experiments in Fluids. 1988;6(2):89–93. https://doi.org/10.1007/BF00196458Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Pavlichev K.V. Elaboration of speckle photography techniques for plastic flow analyses. Measurement Science and Technology. 2010;21(5):054014. http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/21/5/054014Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Pavlichev K.V. Elaboration of speckle photography techniques for plastic flow analyses. Measurement Science and Technology. 2010;21(5):054014. http://dx.doi.org/10.1088/0957-0233/21/5/054014Sun H.B., Yoshida F., Ohmori M., Ma X. Effect of strain rate on Lüders band propagating velocity and Lüders strain for annealed mild steel under uniaxial tension. Materials Letters. 2003;57(29):4535–4539. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00358-6Sun H.B., Yoshida F., Ohmori M., Ma X. Effect of strain rate on Lüders band propagating velocity and Lüders strain for annealed mild steel under uniaxial tension. Materials Letters. 2003;57(29):4535–4539. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00358-6Estrin Yu., Kubin L.P. Plastic instabilities: phenomenology and theory. Materials Science and Engineering: A. 1991;137: 125–134. https://doi.org/10.1016/0921-5093(91)90326-IEstrin Yu., Kubin L.P. Plastic instabilities: phenomenology and theory. Materials Science and Engineering: A. 1991;137: 125–134. https://doi.org/10.1016/0921-5093(91)90326-IZazhigaev L.S., Kish’yan A.A., Romannikov Yu.I. Methods for Planning and Processing the Results of a Physical Experiment. Moscow: Atomizdat; 1978:232.Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романников Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. Москва: Атомиздат; 1978:232.Зажигаев Л.С., Кишьян А.А., Романников Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. Москва: Атомиздат; 1978:232.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.