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在一定的温度、应变率或合适的预变形下,多种合金材料都会出现特殊的塑性失稳现象,即时域上的锯齿形应力屈服和空域上的应变局域化,这一现象被称之为Portevin-Le Chatelier(PLC)效应或锯齿形屈服现象。目前对锯齿形屈服现象的解释中,为研究者所广泛接受的是动态应变时效(dynamic strainaging,DSA)理论,即材料微细观结构演化过程中,可动位错和溶质原子间的动态交互作用。
虽然目前对溶质原子在DSA中发生作用的微观机制还没有定论,但无论哪一种理论解释,都重点考察了溶质原子气团对位错运动的影响。而溶质原子气团对位错的钉扎能力又与基体中的溶质浓度密切相关。另一方面,析出相(沉淀)作为一种重要的障碍形式,能够引起固溶体的晶格畸变,阻碍位错运动,从而影响合金的塑性变形特性。所以,研究微观上位错、溶质原子及析出相之间的相互关系有助于深刻理解DSA产生的机制。
本文借助不同温度下的固溶处理改变合金的微细观结构(包括溶质浓度、析出相含量、尺寸及分布),再通过宏观及微观实验结果来分析溶质原子气团及析出相对锯齿形屈服现象的影响,从而探究DSA产生的微观机制。
在宏观实验方面,借助数字散斑干涉法(DSPI),对经过固溶处理的Al合金试件进行拉伸实验,获取应力-时间曲线及PLC带产生和传播的空间位置信息。由应力-时间曲线提取锯齿形屈服的应力跌落幅度、重加载时间、临界应变等特征量,并加以统计分析。依据已有的PLC带分类方法及时空特征,分析本实验中锯齿形屈服类型与固溶处理温度及加载应变率的关系。
在微观实验方面,利用透射电子显微镜,对几种典型热处理方式得到的Al合金试件的微细观结构进行观察,重点考察析出颗粒尺寸及分布的演变规律。结合已有的研究成果,本文探讨了溶质气团与沉淀颗粒在DSA中所起的作用,着重肯定了析出颗粒作为位错运动的障碍对DSA具有显著的影响。提出了决定DSA主导因素的机制:固溶处理温度高于300℃时,可以得到溶质浓度较高的过饱和固溶体,此时溶质原子浓度对DSA的影响大于沉淀的影响而起主要作用,DSA的强度随溶质浓度的增高而加强;固溶处理温度低于300℃时,固溶体中的原子浓度较低,沉淀含量相对较高,沉淀对DSA的影响大于溶质原子浓度的影响而起主要作用。DSA的强度由沉淀的含量决定,随沉淀含量的增加而加强。
另外,依据对DSA主导因素的分析,给出了实验结果中的几个有趣的规律性现象的定性解释。