Features of crystal lattice rotations in polycrystalline aluminum samples during deformation under uniaxial tension at 300 K
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0043204Ключові слова:
повороти кристалічної ґратки, пластична деформація, мікроструктура, межі зеренАнотація
Наведено результати експериментальних досліджень закономірностей поворотів кристалічної ґратки при пластичному деформуванні великокристалічних зразків алюмінію за допомогою оригінальної високороздільної методики, що ґрунтується на отриманні кольорових орієнтаційних карт з усієї поверхні зразків. Виявлено велике різноманіття різних способів повороту кристалічної ґратки. Це обертання зерен та їхня фрагментація, утворення ротаційної структури різного типу, факелоподібні повороти, складні повороти, що відбуваються одночасно в сусідніх зернах, повороти, що змінюють конфігу рацію меж зерен, та інші. Вперше визначено можливі механізми обертання зерен при деформуванні крупнокристалічних зразків. Вони полягають у перебудові субзеренної структури в межах зерна. Така перебудова може мати естафетний або хаотичний характер. Експериментально показано, що за таких механізмів повороту зерен його величина може сягати 10–15°, а величина відносної деформації зерна перевищувати відповідну для всього зразка.
Посилання
Q. He, S. Schmidt, W. Zhu, G. Wu, T. Huang, L. Zhang, D. J. Jensen, Z. Feng, A. Godfrey, and X. Huang, “3D microscopy at the nanoscale reveals unexpected lattice rotations in deformed nickel,” Science 382, 1065 (2023). https://doi.org/10.1126/science.adj2522
Y. Tian, X. Gong, M. Xu, C. Qiu, Y. Han, Y. Bi, L. V. Estrada, E. Boltynjuk, H. Hahn, J. Han, D. J. Srolovitz, and X. Pan, “Grain rotation mechanisms in nanocrystalline materials: Multiscale observations in Pt thin films,” Science 386, 49 (2024). https://doi.org/10.1126/science.adk6384
P. Qu, W. Yang, C. Liu, J. Qin, Q. Wang, J. Zhang, and L. Liu, “Creep anisotropy dominated by orientation rotation in Ni-based single crystal superalloys at 750 °C/750 MPa,” J. Mater. Sci. Technol. 186, 91 (2024) https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.10.055
A. Weidner and H. Biermann, “Review on strain localization phenomena studied by high-resolution digital image correlation,” Adv. Eng. Mater. 23, 2170011 (2021). https://doi.org/10.1002/adem.202170011
K. Sasaki, M. Kamaya, T. Miura, and K. Fukuya, “The correlation between microscopic plastic strain distribution and crystallographic misorientation,” J. Jpn. Inst. Metals 74, 467 (2010). https://doi.org/10.2320/jinstmet.74.467
J. W. Cahn and J. E. Taylor, “A unified approach to motion of grain boundaries, relative tangential translation along grain boundaries, and grain rotation,” Acta Mater. 52, 4887 (2004). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.02.048
S. I. Wright, S. Suzuki, and M. M. Nowell, “In situ EBSD observations of the evolution in crystallographic orientation with deformation,” JOM 68, 2730 (2016). https://doi.org/10.1007/s11837-016-2084-x
T. E. Buchheit, J. D. Carroll, B. G. Clark, and B. L. Boyce, “Evaluating deformation-induced grain orientation change in a polycrystal during in situ tensile deformation using EBSD,” Microsc. Microanal. 21, 969 (2015). https://doi.org/10.1017/S1431927615000677
K. Balusu, R. Kelton, E. I. Meletis, and H. Huang, “Investigating the relationship between grain orientation and surface height changes in nickel polycrystals under tensile plastic deformation,” Mechanics Mater. 134, 165 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2019.04.011
J.-C. Stinville, W. Ludwig, P. G. Callahan, M. P. Echlin, V. Valle, T. M. Pollock, and H. Proudhon, “Observation of bulk plasticity in a polycrystalline titanium alloy by diffraction contrast tomography and topotomography,” Mater. Charact. 188, 111891 (2022). https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.111891
L. A. Barrales-Mora, J.-E. Brandenburg, and D. A. Molodov, “Impact of grain boundary character on grain rotation,” Acta Mater. 80, 141 (2014). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.07.049
D. V. Bachurin, A. A. Nazarov, and J. Weissmüller, “Grain rotation by dislocation climb in a finite-size grain boundary,” Acta Mater. 60, 7064 (2012). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.014
Z. Zhang, D. Lunt, H. Abdolvand, A. J. Wilkinson, M. Preuss, and F. P. E. Dunne, “Quantitative investigation of micro slip and localization in polycrystalline materials under uniaxial tension,” Int. J. Plast. 108, 88 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2018.04.014
J. M. Hestroffer, M. I. Latypov, J.-C. Stinville, M.-A. Charpagne, V. Valle, M. P. Miller, T. M. Pollock, and I. J. Beyerlein, “Development of grain-scale slip activity and lattice rotation fields in inconel 718,” Acta Mater. 226, 117627 (2022). https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117627
L. Margulies, G. Winther, and H. F. Poulsen, “In situ measurement of grain rotation during deformation of polycrystals,” Science 291, 2392 (2001). https://doi.org/10.1126/science.1057956
K. E. Harris, V. V. Singh, and A. H. King, “Grain rotation in thin films of gold,” Acta Mater. 46, 2623 (1998). https://doi.org/10.1016/S1359-6454(97)00467-9
E. E. Badiyan, Ye. V. Ftomov, O. V. Shekhovtsov, and A. G. Tonkopryad, “Crystal lattice rotations during plastic deformation of two-dimensional polycrystalline Al samples,” Probl. Atomic. Sci. Technol. 1, 56 (2020). https://doi.org/10.46813/2020-125-056
E. E. Badiyan, A. G. Tonkopryad, N. A. Sakharova, O. V. Shekhovtsov, and R. V. Shurinov, “Structural relaxation at plastic deformation of two-dimensional polycrystals with fcc lattice,” Funct. Mater. 11, 402 (2004).
E. E. Badiyan, A. G. Tonkopryad, O. V. Shekhovtsov, R. V. Shurinov, and T. R. Zetova, “Substructure and orientation heterogeneity of polycrystalline aluminum and its changes during plastic deformation,” Funct. Mater. 23, 561 (2016). https://doi.org/10.15407/fm23.04.387
E. E. Badiyan, A. G. Tonkopryad, O. V. Shekhovtsov, R. V. Shurinov, and T. R. Zetova, “Optical technique for the in situ study of orientation and structure changes accompanied the plastic deformation of polycrystalline specimens of aluminum,” Inorg. Mater. 47, 1663 (2011). https://doi.org/10.1134/S0020168511150039
Ye. Yu. Badiian, A. G. Tonkopryad, O. V. Shekhovtsov, R. V. Shurinov, and T. R. Zetova, “Method for determination of crystallographic orientation of grains on surface of polycrystalline sample,” Ukraine patent 93021, Biul. No. 24 (2010).
Ye. Yu. Badiian, A. G. Tonkopryad, O. V. Shekhovtsov, R. V. Shurinov, T. R. Zetova, and K. S. Kazachkova, “Method for visualization of orientational heterogeneity and morphology of the surface of mono-crystal or separate grains of poly-crystal,” Ukraine patent 104249, Biul. No. 1 (2014).
