Yield strength of a material pre-processed by simple shear

Abstract

Modern techniques of severe plastic deformation used as a means for grain refinement in metallic materials rely on simple shear as the main deformation mode. Prediction of the mechanical properties of the processed materials under tensile loading is a formidable task as commonly no universal, strain path independent constitutive laws hold. In this paper we derive an analytical relation that makes it possible to predict the mechanical response to uniaxial tensile loading for a material that has been pre-processed by simple shear and presents a linear strain gradient in it. A facile recipe for mechanical tests on solid bars required for this prediction to be made is proposed. As a trial, it has been exercised for the case of commercial purity copper rods. The results of the derivation of the true stress-strain curve for large tensile deformation of copper are presented. The method proposed is recommended for design with metallic materials that underwent preprocessing by simple shear.

Для прогнозу властивостей субмікрокристалічних металів, отриманих методами інтенсивних пластичних деформацій, необхідно знати напруження при одновісному пластичному розтягуванні після обробки великим простим зсувом (деформація зсуву більше 10). Механічні властивості матеріалів при таких непропорційних шляхах деформування вивчають в основному за допомогою трубчастих зразків. Через втрату стійкості трубок при крученні такі експерименти можливі лише для малих пружньопластичних деформацій, що не перевищують кількох відсотків. У статті запропоновано й обґрунтовано метод визначення напруги течії матеріалу, попередньо обробленого великим простим зсувом. Метод заснований на двох стандартних випробуваннях: крученні з вільними торцями й одновісному розтягуванні. Отримано співвідношення, що дозволяє по напрузі течії неоднорідного зразка, попередньо підданого крученню, знайти напругу пластичного розтягування його поверхневого шару з певною деформацією простого зсуву. Шляхом простих аналітичних оцінок показано, що пружні залишкові напруги першого роду, які виникають після розвантаження зразка, попередньо підданого крученню, практично не впливають на межу тікучості при розтягуванні.

Для прогноза свойств субмикрокристаллических металлов, полученных методами интенсивных пластических деформаций, необходимо знать напряжение их течения при одноосном растяжении после обработки простым сдвигом большой величины (деформация сдвига более 10). Механические свойства материалов при таких непропорциональных путях деформирования изучают в основном с помощью трубчатых образцов. Из-за потери устойчивости трубок при кручении такие эксперименты возможны лишь для малых упругопластических деформаций, не превышающих нескольких процентов. В статье предложен и обоснован метод определения напряжения течения материала, предварительно обработанного большим простым сдвигом. Метод основан на двух стандартных испытаниях: кручении со свободными торцами и одноосном растяжении. Получено соотношение, позволяющее по напряжению течения неоднородного образца, предварительно подвергнутого кручению, найти напряжение пластического растяжения его поверхностного слоя с определенной деформацией простого сдвига. Путем простых аналитических оценок показано, что упругие остаточные напряжения первого рода, возникающие после разгрузки образца, предварительно подвергнутого кручению, практически не влияют на предел текучести при растяжении.