A predictive mechanism for dynamic strain ageing in aluminium–magnesium alloys

材料科学 动态应变时效 应变率 位错 可塑性 铝 动力学蒙特卡罗方法 蒙特卡罗方法 热力学 复合材料 物理 统计 数学
作者
W.A. Curtin,David L. Olmsted,Louis G. Hector
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:5 (11): 875-880 被引量:313
标识
DOI:10.1038/nmat1765
摘要

Dynamic strain ageing (DSA) is the phenomenon in which solute atoms diffuse around dislocations and retard dislocation motion, leading to negative strain-rate sensitivity (nSRS) and thus to material instabilities during processing, an important issue in commercial metal alloys. Here, we show the mechanism of DSA and nSRS on experimental strain-rate, temperature and stress scales for Al-Mg to be single-atomic-hop motion of solutes from the compression to the tension side of a dislocation core. We derive an analytic expression for the strengthening versus strain rate and temperature that justifies widely used phenomenological forms, provides specific dependences of the parameters on material properties and is supported by atomistic kinetic Monte Carlo simulations. Using literature material properties, the predicted strengthening quantitatively agrees with the experimentally derived behaviour of Al-2.5% Mg at 300 K, and qualitatively agrees with the strain rate and temperature ranges of DSA and nSRS in Al-Mg alloys. The analyses herein show a clear path for multiscale design, from quantum to continuum mechanics, of solute strengthening in face-centred-cubic metal alloys.
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