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高速加載下位錯形成
來源： 日期：2014-10-13 14:17:17 瀏覽次數(shù)：
封切機高速載荷下材料內(nèi)位錯形成的機制完全不同于低速載荷作用，封切機高速載荷形成的沖擊波在晶體中傳播時，會產(chǎn)生大量的位錯組織。而且，這時產(chǎn)生的位錯分布比較均勻，一般都是呈現(xiàn)周期性的分層排列。在過去的研究里，學(xué)者們也提出了一些十分有價值的模型來分析封切機高速載荷作用下形成的位錯組織特征，主要有Smith模型, Homboge模型和Meyers模型等幾種。
Smith最先利用變形理論描述了動態(tài)沖擊載荷形成的沖擊波作用在材料上時對動態(tài)位錯組織的影響。他提出了一種分界面的概念，該分界面是以位錯列的形式存在的，分界面可以補償沖擊波陣面前后晶體點陣參數(shù)的差異。Smith界面和相變時兩相分界面的意義相差不多。不存在位錯分界面，此時切變應(yīng)力不能保持平衡; 存在位錯分界面的Smith模型，這時沖擊波陣面上形成的位錯網(wǎng)可以松弛沖擊波陣面上的應(yīng)力。
Smith模型要求位錯界面應(yīng)該隨著沖擊波陣面一起運動。因此位錯運動的速度必須超過聲速，這與位錯運動速度是以聲速為極限相違背的。要使位錯的運動速度達到聲速，應(yīng)力應(yīng)該無窮大。因此，要求位錯以超聲速運動是Smith模型的最大缺陷。Hornbogen對Smith模型進行了修改，他發(fā)現(xiàn)鐵在動態(tài)載荷作用下，在(111)晶面方向可以看到螺型位錯。他提出，沖擊波剛進人到晶體中就形成了位錯纏結(jié)，位錯的刃型分量和被壓縮部分一起以沖擊波陣面速度運動，而位錯的螺型分量部分不動，隨著位錯刃型分量的運動，螺型位錯長度增加。Homhogen模型僅建立在對一種金屬—鐵的行為的觀察上。而各種金屬和合金的亞結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別很大，Homhogen模型并不適用。另外Homhogen模型和Smith模型一樣要求刃型位錯以超聲速運動。
由于Smith模型和Homhogen模型在速度和其他方面的局限性，Mereys提出了一個新的位錯形成模型，該模型具有以下特點:
(1)單軸變形時，在切變應(yīng)力的作用下，位錯在沖擊波陣面試域(或附近區(qū)域)均勻產(chǎn)生，產(chǎn)生的位錯導(dǎo)致切變應(yīng)力的松弛;(2)產(chǎn)生的位錯僅需要以亞聲速移動較小的距離;
(3)隨著沖擊波的傳播在材料中產(chǎn)生新的位錯界面，原來產(chǎn)生的位錯留在晶體中。
這樣Mereys模型相對于Smith模型和Hombogen模型消除T在位錯運動速度上的限制，即位錯不必以超聲速進行，另外Mereys還可以估計動態(tài)加載后位錯的密度。圖2一14所示為沖擊波在材料中傳播時的一個簡單的示意圖。對于立方金屬而言，在沖擊波進人材料的瞬間很高的偏應(yīng)力使起初的立方點陣變成單斜點陣。在應(yīng)力達到某個臨界值時位錯就可以均勻產(chǎn)生。
當切變應(yīng)力達到臨界切變應(yīng)力值Th時在合適的方向上位錯就可以均勻產(chǎn)生。
沖擊波陣面相應(yīng)于起始位錯界面的沖擊波。分界面上的位錯密度可以根據(jù)沖擊波陣面前后兩個點陣的單位體積尺寸計算出來。表示沖擊波陣面向前運動，重新產(chǎn)生不可補償?shù)钠珣?yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生新的位錯界面。整個過程如此重復(fù)進行。Mereys模型可以很好地解釋許多實驗結(jié)果。如實驗表明，動態(tài)加載時卸載波對位錯組織的形成起次要作用，即卸載波進人已有很高位錯密度的材料中不會再導(dǎo)致位錯大量產(chǎn)生。這和模型是相符的，因為經(jīng)過預(yù)變形的材料遭到動態(tài)沖擊時，切變應(yīng)力可以依靠已存在的位錯得到松弛，此時在波陣面中就不會重新產(chǎn)生大量位錯。同樣可以推廣到多次動態(tài)加載的情況。在這種情況下，偏應(yīng)力可以依靠首次動態(tài)加載時產(chǎn)生的位錯的運動得到松弛，重復(fù)加載不會導(dǎo)致位錯進一步大量產(chǎn)生。Mereys模型還可以預(yù)測到動態(tài)加載時形成的相鄰位錯列不同的柏氏矢量總和也等于零，是比較理想的位錯模型。
在任何情況下， 封切機動態(tài)加載時形成的位錯，比普通加載條件下形成的位錯密度要高，分布均勻。形成這種情況的主要原因首先是動態(tài)加載時載荷的作用時間短，位錯形成的速率高，而動態(tài)回復(fù)時的速率相對低很多。另外，在動態(tài)加載時應(yīng)力偏量很高，導(dǎo)致位錯源數(shù)目增多，并且每個位錯源能產(chǎn)生的位錯數(shù)目也增加。位錯分布均勻是因為沖擊壓力下降使變形能反向進行造成的，還有一個原因就是位錯的平均自由程減少。
Smith最先利用變形理論描述了動態(tài)沖擊載荷形成的沖擊波作用在材料上時對動態(tài)位錯組織的影響。他提出了一種分界面的概念，該分界面是以位錯列的形式存在的，分界面可以補償沖擊波陣面前后晶體點陣參數(shù)的差異。Smith界面和相變時兩相分界面的意義相差不多。不存在位錯分界面，此時切變應(yīng)力不能保持平衡; 存在位錯分界面的Smith模型，這時沖擊波陣面上形成的位錯網(wǎng)可以松弛沖擊波陣面上的應(yīng)力。
Smith模型要求位錯界面應(yīng)該隨著沖擊波陣面一起運動。因此位錯運動的速度必須超過聲速，這與位錯運動速度是以聲速為極限相違背的。要使位錯的運動速度達到聲速，應(yīng)力應(yīng)該無窮大。因此，要求位錯以超聲速運動是Smith模型的最大缺陷。Hornbogen對Smith模型進行了修改，他發(fā)現(xiàn)鐵在動態(tài)載荷作用下，在(111)晶面方向可以看到螺型位錯。他提出，沖擊波剛進人到晶體中就形成了位錯纏結(jié)，位錯的刃型分量和被壓縮部分一起以沖擊波陣面速度運動，而位錯的螺型分量部分不動，隨著位錯刃型分量的運動，螺型位錯長度增加。Homhogen模型僅建立在對一種金屬—鐵的行為的觀察上。而各種金屬和合金的亞結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別很大，Homhogen模型并不適用。另外Homhogen模型和Smith模型一樣要求刃型位錯以超聲速運動。
由于Smith模型和Homhogen模型在速度和其他方面的局限性，Mereys提出了一個新的位錯形成模型，該模型具有以下特點:
(1)單軸變形時，在切變應(yīng)力的作用下，位錯在沖擊波陣面試域(或附近區(qū)域)均勻產(chǎn)生，產(chǎn)生的位錯導(dǎo)致切變應(yīng)力的松弛;(2)產(chǎn)生的位錯僅需要以亞聲速移動較小的距離;
(3)隨著沖擊波的傳播在材料中產(chǎn)生新的位錯界面，原來產(chǎn)生的位錯留在晶體中。
這樣Mereys模型相對于Smith模型和Hombogen模型消除T在位錯運動速度上的限制，即位錯不必以超聲速進行，另外Mereys還可以估計動態(tài)加載后位錯的密度。圖2一14所示為沖擊波在材料中傳播時的一個簡單的示意圖。對于立方金屬而言，在沖擊波進人材料的瞬間很高的偏應(yīng)力使起初的立方點陣變成單斜點陣。在應(yīng)力達到某個臨界值時位錯就可以均勻產(chǎn)生。
當切變應(yīng)力達到臨界切變應(yīng)力值Th時在合適的方向上位錯就可以均勻產(chǎn)生。
沖擊波陣面相應(yīng)于起始位錯界面的沖擊波。分界面上的位錯密度可以根據(jù)沖擊波陣面前后兩個點陣的單位體積尺寸計算出來。表示沖擊波陣面向前運動，重新產(chǎn)生不可補償?shù)钠珣?yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生新的位錯界面。整個過程如此重復(fù)進行。Mereys模型可以很好地解釋許多實驗結(jié)果。如實驗表明，動態(tài)加載時卸載波對位錯組織的形成起次要作用，即卸載波進人已有很高位錯密度的材料中不會再導(dǎo)致位錯大量產(chǎn)生。這和模型是相符的，因為經(jīng)過預(yù)變形的材料遭到動態(tài)沖擊時，切變應(yīng)力可以依靠已存在的位錯得到松弛，此時在波陣面中就不會重新產(chǎn)生大量位錯。同樣可以推廣到多次動態(tài)加載的情況。在這種情況下，偏應(yīng)力可以依靠首次動態(tài)加載時產(chǎn)生的位錯的運動得到松弛，重復(fù)加載不會導(dǎo)致位錯進一步大量產(chǎn)生。Mereys模型還可以預(yù)測到動態(tài)加載時形成的相鄰位錯列不同的柏氏矢量總和也等于零，是比較理想的位錯模型。
在任何情況下， 封切機動態(tài)加載時形成的位錯，比普通加載條件下形成的位錯密度要高，分布均勻。形成這種情況的主要原因首先是動態(tài)加載時載荷的作用時間短，位錯形成的速率高，而動態(tài)回復(fù)時的速率相對低很多。另外，在動態(tài)加載時應(yīng)力偏量很高，導(dǎo)致位錯源數(shù)目增多，并且每個位錯源能產(chǎn)生的位錯數(shù)目也增加。位錯分布均勻是因為沖擊壓力下降使變形能反向進行造成的，還有一個原因就是位錯的平均自由程減少。
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