탈구 눈사태

Dislocation avalanches

전위 눈사태는 결함이 집합적으로 재구성되는 소성 변형 중의 신속한 이산 사건이다.이러한 간헐적인 흐름 거동은 미세 결정에서 관찰된 반면, 거시적 가소성은 매끄러운 과정으로 보입니다.여러 시스템에서 플라스틱 흐름이 간헐적으로 관찰되었습니다.AlMg 합금에서는 용질과 전위 사이의 상호작용이 동적 스트레인 [1]에이징 중에 급격한 점프를 일으킬 수 있습니다.금속 유리에서는 응력 [2]국재화에 의한 전단 밴딩을 통해 관찰할 수 있으며, 단결정 가소성은 슬립 [3]버스트로 나타난다.그러나 결정학적 구조가 다른 크기의 차수 차이를 갖는 사건을 분석하면 사건의 수와 규모 사이의 멱함수 법칙 스케일링 또는 스케일 프리 [4]플로우를 알 수 있다.

가소성의 이 미세한 불안정성은 미세 결정의 기계적 거동에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.변동의 상대적인 크기가 증가하면 플라스틱 성형 [5]공정을 제어하기가 어렵습니다.또한 작은 시료 크기에서는 0.2% 플라스틱 변형률 기준에 의해 항복 응력이 잘 정의되지 않으며, 이 값은 [6]시료마다 다르기 때문이다.

유사한 간헐적 효과가 완전히 다른 많은 시스템에서 연구되어 왔는데, 여기에는 자기(바르하우젠 효과), 초전도, 지진 및 [7]마찰이 포함됩니다.

배경

입자 경계 부근에 슬립 밴드가 형성됩니다.점선은 슬립 평면을 나타냅니다.

거시적 가소성은 연속체 모델로 잘 설명된다.전위 운동은 평균 속도로 특징지어진다.

오로완의 방정식이라고 알려져 있죠그러나 이 접근방식은 "슬립 밴드"[8]로 전위 흐름의 공간적 국재화(Lüders 밴드라고도 함) 및 응력-변형 곡선의 시간적 변동(포르테빈-르 샤틀리에 효과 1920년대에 [9][1]처음 보고됨)과 같은 잘 알려진 간헐적 변형 현상을 완전히 고려하지 못한다.

실험적인 접근법

비록 간헐적인 흐름 거동의 증거가 오랫동안 알려져 있고 연구되었지만, 현상에 대한 양적 이해가 새로운 실험 기법의 도움을 받아 개발된 것은 지난 20년이 되어서였다.

음향 방출

음향방출(AE)은 [10][11]변형결정에서 발생하는 균열음을 녹음하기 위해 사용된다.음향 신호의 진폭은 빠르게 움직이는 전위에 의해 휩쓸리는 영역과 관련될 수 있으며, 따라서 변형 이벤트 중에 방출되는 에너지와 관련될 수 있습니다.그 결과 균열 소음은 특정 에너지 척도 없이 부드럽지 않은 것으로 나타났습니다."초임계" 흐름에 대한 입자 구조의 영향은 다결정 [12]얼음에서 연구되었습니다.

기계적 직접 측정

변위 분해능과 μN 미만의 분해능이 적용된 소규모 기계적 테스트의 최근 발전은 이제 응력 및 변형률의 개별 이벤트를 직접 연구할 수 있게 되었습니다.현재 가장 눈에 띄는 방법은 소형 압축 실험으로, 납작한 움푹 들어간 끝이 장착된 나노인덴터를 사용한다.투과전자현미경법, 주사전자현미경법, 마이크로회절법과 조합한 현장기술로 나노크기의 가소성 불안정성에 대한 풍부한 디테일을 실시간으로 얻을 수 있습니다.

나노메카니컬 측정의 잠재적인 문제 중 하나는 시스템이 얼마나 빨리 반응할 수 있는가 하는 것입니다.움푹 패인 팁이 샘플과 접촉한 상태로 남아 변형을 추적할 수 있습니까?전위 속도는 응력에 의해 강하게 영향을 받기 때문에 속도는 시스템에 따라 여러 가지 순서가 다를 수 있습니다.또, 전위 눈사태의 다단계 성질은 전위 속도를 넓게 한다.예를 들어, 단일 전위는 순수 Cu에서 최대−1 10ms의 속도로 이동하는 것으로 나타났지만, 전위 그룹은 Cu-0.5%Al에서−6 최대−1 10ms로 이동했다.FeSi 합금에서 전위 그룹이 순수 철의 개별 전위보다 6배 빠른 속도로 이동하는 것으로 밝혀진 철의 경우 그 반대이다.

이 문제를 해결하기 위해 Sparks 등.는 Si 빔의 첫 번째 파단을 측정하고 이론적인 예측과 비교하여 시스템의 [13]응답 속도를 결정하는 실험을 설계했습니다.정기적인 압축 실험과 더불어 현장 전기 접촉 저항 측정(ECR)이 수행되었습니다.이러한 현장 테스트에서는 변형 실험 중에 일정한 전압이 인가되어 간헐적인 플라스틱 흐름 중의 전류 진화를 기록했습니다.결과는 실험 내내 움푹 들어간 팁이 샘플과 접촉한 상태로 유지된다는 것을 보여주며, 이는 응답 속도가 충분히 빠르다는 것을 증명합니다.

이론적 분석 및 시뮬레이션

눈사태 변형 분포는 일반적인[5] 형태를 가집니다.

여기서 C는 정규화 상수, t는 스케일링 지수, s는0 가장 큰 눈사태의 특성 변형률이다.

전위 동적 시뮬레이션에 따르면 {\은 때로는 1.5에 가까울 수 있지만, 특별한 [14][15]상황에서는 값이 3에 근접할 수도 있는 높은 지수를 여러 번 관찰할 수 있다.전통적인 평균장 이론 예측이 1.5의 [16][17]값을 시사하는 반면, 보다 진보된 평균장 조사는 이동 전위 [18][19]제안을 억제하는 결정 가소성의 메커니즘에 의해 더 큰 지수가 발생할 수 있다는 것을 보여주었다.

결정구조가 전위 눈사태에 미치는 영향

FCC 결정에서 스케일 속도는 비교적 부드러운 곡선과 함께 분포의 주요 피크를 나타내며,[20] 이는 저속의 일부 불일치를 제외하고 이론에서 예상한다.그러나 BCC 결정에서는 스케일 속도의 분포가 더 넓고 훨씬 [21]더 분산되어 있습니다.그 결과 BCC의 스케일 속도가 FCC보다 훨씬 느리다는 것도 알 수 있습니다.이것은 평균장 이론으로 예측되지 않습니다.이러한 불일치는 두 가지 유형의 결정에서 가장자리와 나사 전위의 다른 이동 속도에 기초합니다.FCC 결정에서는 전위의 두 부분이 동일한 속도로 이동하여 부드러운 평균 눈사태 프로파일을 생성합니다. 반면 BCC 결정에서는 가장자리 구성요소가 빠르게 이동하고 빠르게 빠져나가는 반면 나사 구성요소는 느리게 전파되어 전체 속도를 끌어당깁니다.이 설명에 근거해, 현재 실험 데이터가 부족한 HCP 결정의 눈사태의 방향 의존성을 예상한다.

레퍼런스

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