УДК 539.376

 

Grain boundary sliding is the primary process of plastic flow in polycrystals under creep which is accommodated by multiscale translation-rotation modes of intragranular plastic deformation. The steady stage of creep is characterized by constant creep rates which is related to slow rotation of sliding dislocations and material mesofragmentation. The rate of the tertiary creep is being increased which is related to the similarity of grain boundary sliding and plastic flow within near-boundary zones, where high lattice curvature arises. Here we develop a nonlinear theory of micro, meso- and macroscale plastic flow and propose a constitutive equation for its velocity, rotation modes, local irreversible stress, temperature, and heat and mass flux densities with regard to structural transformation. The theory agrees well with experimental data on multiscale translation-rotation in Al polycrystals under creep, suggesting that fracture in tertiary creep is caused by a multilevel increase in lattice curvature in a deformable polycrystal. Fracture is initiated at the interface of grain boundary sliding and near-boundary regions where lattice curvature results in cracks.

Keywords: nonlinear theory of plastic flow, structural transformation, tertiary creep, multiscale rotations

DOI 10.24411/1683-805X-2018-13003

 

Трансляционно-ротационное пластическое течение поликристаллов при ползучести

В условиях ползучести поликристаллов зернограничное скольжение является первичным процессом пластического течения, которое аккомодируется многоуровневыми трансляционно-ротационными модами внутризеренной пластической деформации. Стадия установившейся ползучести развивается с постоянной скоростью, что обусловлено медленными ротационными модами внутризеренного дислокационного скольжения и мезофрагментации материала. Скорость ползучести на третьей стадии резко возрастает, поскольку ротационные моды зернограничного скольжения и приграничного пластического течения, где возникает кривизна решетки, становятся близкими. В настоящей работе приведены основы нелинейной многомасштабной теории ползучести и предлагается определяющее уравнение для описания связи со структурными трансформациями скорости ползучести, ротационных мод, локальных необратимых напряжений, температуры, плотности потоков тепла и массы. Наблюдается хорошее согласие теории с экспериментальными данными для ползучести поликристаллов высокочистого Al. Разрушение на третьей стадии ползучести связано с многоуровневым возрастанием кривизны решетки в деформируемом поликристалле. Зарождение разрушения происходит на интерфейсе зернограничного скольжения и приграничных зон зерен, где сильная кривизна решетки вызывает генерацию трещин.

Ключевые слова: нелинейная теория пластического течения, структурная трансформация, третья стадия ползучести, многоуровневые ротации

 

 

V.E. Egorushkin, V.E. Panin  Translation-rotation plastic flow in polycrystals under creep // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 3. - С. 18-26