锯齿流变行为是材料学中一个非常重要的概念,它是材料在受到外部变形时出现的一种特殊的流变行为。这种流变行为的特点是,当外部应力增大到一定程度时,材料的应变就会突然发生一个剧烈的变化,其表现为应变随应力呈现出“锯齿状”波动。这种波动式的变化是周期性的,在材料应力增大的过程中,它会持续进行多个周期,其中的每一个周期都会出现一次应变突变。因此这种变化行为被称为“锯齿流变行为”。
根据锯齿流变行为的特点,可以将它分成两类,即:类似金属的单晶锯齿流变行为和类似硬质合金的多晶锯齿流变行为。
单晶锯齿流变行为是指单一晶体在受到外部应力循环变化时出现的流变行为。在单晶的材料中,随着应力的增大,位错会逐渐增多,晶格发生变形和位错互相交错,导致晶体应变也会发生显著变化。
多晶锯齿流变行为是指多个晶粒组成的多晶体在受到外界应力作用时出现的流变行为。这种行为与单晶锯齿流变行为有所不同,因为晶粒之间会发生相互滑动的变形,导致流变行为的发生。
锯齿流变行为的机理一直是科学家们关注的焦点之一,目前公认的主要机理包括:阈值切割模型、背应力模型、晶体塑性阶梯模型等。
阈值切割模型是指,在材料内部,应变小于一定值时,位错之间的相互作用可以被忽略,材料的变形主要取决于位错的运动。而当外部应力升高到一定程度时,位错之间将相互耦合并影响彼此的运动,使得应变突然发生了剧烈变化。这种突变的阈值是取决于材料内部缺陷的性质和分布情况的。
背应力模型认为,材料与负载外界应力时,表面上的流变行为可以通过材料内部的背应力机制来描述。这个背应力在应变区中大量积累,当它达到一定程度时,就会通过内部晶粒的相互滑动而释放出来,导致应变发生了突变。这种释放应力的实际意义是材料的自我修复,从而使得材料具有良好的机械稳定性。
锯齿流变行为的发现和研究不仅为科学家们提供了一个新的流变行为模型,同时也为材料科学领域的应用创新带来了机遇。例如,材料制造领域可以利用这种特殊的流变行为来制造原子级别优秀的材料表面,以满足人类工程上的需求。此外,锯齿流变行为还在材料描迹,晶粒成形,恒压处理等方面得到了应用。