A unified phenomenological description of work hardening and creep based on one-parameter models

A phenomenological treatment of plastic deformation is proposed which makes it possible to describe in a unified way the plastic behavior of a material both under dynamic loading and in creep. The treatment is based on the notion of a unique structure parameter that determines the mechanical state of the material. By combining an evolution equation for this structure parameter with a kinetic equation, which relates the strain rate to the stress at a fixed value of the structure parameter, a complete description of plastic deformation is achieved. The evolution is viewed as that towards a steady state defined by a dynamic equilibrium of athennal work hardening (associated with the storage of dislocations) and strain-rate and temperature dependent work softening (associated with the annihilation of dislocations). Analytical solutions of the resulting set of equations are given for two different models based on physically most plausible assumptions concerning the hardening and competing softening processes. The corresponding expressions for the two deformation modes provide a basis for converting stress-strain data into creep data without any adjustable parameters. This is exemplified by a good agreement between a measured creep curve and the one predicted from stress-strain data in the case of room temperature deformation of polycrystalline copper. Commonly used techniques for evaluating creep and work hardening data are critically discussed. Nous proposons un traitement phénoménologique de la déformation plastique qui permet de décrire de manière unifiée la plasticité d'un matériau sous charge dynamique et en fluage. Ce traitement repose sur l'idée d'un paramétre structural unique permettant de déterminer l'état mécanique du matériau. Nous obtenons une description complète de la déformation plastique en combinant une équation d'évolution pour ce paramétre structural avec une équation cinétique reliant la vitesse déformation à la contrainte, pour une valeur fixée du paramétre structural. L'évolution tend vers un état stationnaire défini par un équilibre dynamique entre un durcissement athermique (associé au stockage de dislocations) et un adoucissement dépendant de la vitesse de déformation et de la température (associé i l'annihilation des dislocations). Nous donnons des solutions analytiques de l'ensemble des équations résultant pour deux modèles différents, qui reposent sur les hypothèses les plus plausibles physiquement et qui concernent les phénomènes du durcissement et de l'adoucissement en compétition. Les expressions correspondantes pour les deux modes de déformation fournissent une base pour convertir les données contrainte-déformation en données de fluage sans ajuster de paramétre. Pour illustrer ceci, nous montrons te bon accord existant entre une courbe expérimentale de fluage et celle qu'on obtient à partir des courbes contraintedéformation, dans le cas de la déformation de cuivre polycristallin à la température ambiante. Nous discutons de manière critique les techniques utilisées habituellement pour dépouiller tes données du fluage et du durcissement. Es wird eine phänomenologische Behandlung der plastischen Verformung vorgeschlagen, welche es ermöglicht, sowohl das Verfestigungs- als auch das Kriechverhalten eines Materials einheitlich zu beschreiben. Diese Behandlung basiert auf der Vorstellung von einem einzigen Strukturparameter, der den mechanischen Zustand des Materials bestimmt. Eine in sieh geschlossene Beschreibung der plastischen Verformung wird möglich bei einer Ergänzung der Evolutionsgleichung für den Strukturparameter durch eine kinetische Gleichung. Letztere legt den Zusammenhang zwischen der Dehngeschwindigkeit und der Spannung bei einem fixierten Wert des Struktruparameters fest. Die Evolutionsgleichung ist von der Art, daβ das System einem stationären Zustand zustrebt, der durch ein dynamisches Oleichgewicht der athermischen Verfestigung und der temperatur- und geschwindigkeitsabhängigen Entfestigung bestimmt wird. Analytische Lösungen des entsprechenden Gleichungssystems sind für zwei verschiedene Modelle gegeben, die auf physikalisch plausiblen Annahmen Ober die konkurrierenden Ver- und Entfestigungsprozesse basieren. Die daraus folgenden Ergebnisse stellen eine Grundlage für die Umwandlung der Verfestigungsdaten in die Kriechdaten ohne Anwendung jeglicher Anpassungsparameter dar. Eine gute Öbereinstimmung zwischen einer gemessenen und einer anhand der Verfestigungsdaten berechneten Kriechkurve illustriert die Anwendbarkeit der Methode. Abschlieβend werden die herkömmlichen Methoden der Auswertung von Verfestigungs- und Kriechdaten diskutiert.