The mechanisms governing the activation of dislocation sources in aluminum at different strain rates

Abstract

a b s t r a c tThis article examines the time to activate Frank-Read sources in response to macroscopic strain rates ranging from 10 1 s À 1 to 10 10 s À 1 in aluminium under athermal conditions. We develop analytical models of the bowing of a pinned dislocation segment as well as numerical simulations of three dimensional dislocation dynamics. We find that the strain rate has a direct influence on both the activation time and the source strength of FrankRead sources at strain rates up to 10 6 s À 1 , and the source strength increases in almost direct proportion to the strain rate. This contributes to the increase in the yield stress of materials at these strain rates. Above 10 6 s À 1 , the speed of the bowing segments reaches values that exceed the domain of validity of the linear viscous drag law, and the drag law is modified to account for inertial effects on the motion of the dislocation. As a result the activation times of Frank-Read sources reach a finite limit at strain rates greater than 10 8 s À 1 , suggesting that Frank-Read sources are unable to operate before homogeneous nucleation relaxes elastic stresses at the higher strain rates of shock loading. Elastodynamic calculations are carried out to compare the contributions of Frank-Read sources and homogeneous nucleation of dislocations to plastic relaxation. We find that at strain rates of 5 Â 10 7 s À 1 homogeneous nucleation becomes the dominant generation mechanism.

Размерные Эффекты При Ударном Пластическом Сжатии Наноразмерных Кристаллов

“…Согласно [19] зависимость ширины упругого фронта от скорости деформацииε описывается со- включение" гомогенного механизма зарождения дислокаций [17][18][19][20].…”

“…С учетом релятивистского ограничения вязкости зависимость скорости дислокаций от напряжения u(τ ) определяется уравнением [18,19] …”

“…Другим важным обстоятельством ударного сжатия массивного кристалла при скоростях деформации выше 10 8 s −1 (давлениях больше 1−10 GPa) является гомоген-ный механизм зарождения дислокационных петель на ударном фронте [17][18][19][20]. С ним связана специфическая зависимость скорости деформации от напряжения в виде закона Свигла−Грэди [18,21],ε ∼ σ 4 .…”

“…С ним связана специфическая зависимость скорости деформации от напряжения в виде закона Свигла−Грэди [18,21],ε ∼ σ 4 . При скоростях деформации меньше 10 7 −10 8 s −1 доминирующим меха-низмом роста плотности дислокаций в нагружаемом уда-ром кристалле является гетерогенный механизм их за-рождения на источниках типа источников Франка−Рида (ФР) [19,20].…”

Edge dislocations bowing out from a row of collinear obstacles in Al

“…Investigating the detailed process of dislocations bowing out and moving through a field of obstacles in metals aids in understanding the onset of flow through lattice, work hardening, and dislocation multiplication from Frank-Read sources [2]. Several modeling techniques, including molecular dynamics (MD) [3,4], dislocation dynamics (DD) [5,6], phase field method [7,8], and level set method [9], have been employed to simulate dislocation bow-out. In most of these studies, only one dislocation segment bows out from an isolated pair of obstacles.…”