Attenuation Stress Hysteresis Loops and Low-Frequency Internal Friction Associated with Thermomechanical Breakaway of Dislocations

Abstract

Measurements of ultrasonic attenuation and velocity changes are performed on 5N aluminium during the application of a low frequency bias stress. The characteristics of the attenuation-stress Δα = f(σ) loops are studied as a function of the repetition of loading, amplitude σm of loading stress, temperature, and pretreatment of the sample (prestrain, ageing time, or temperature). The results show that at least two kinds of dislocation-point defect breakaway mechanisms are involved in the experiments. Then a model is developed in order to calculate from the attenuation-stress hysteretic loop a low frequency internal friction decrement δα: peak events versus amplitude (δα = f(σm)) are thus observed, in good accordance with classical models of internal friction associated with breakaway of dislocations; the activation energy for depinning and the space between pinning points are deduced from these peaks and their evolutions are followed as a function of the pretreatment of the sample. In addition, although the internal friction decrements δα and δ, obtained directly from torsion pendulum, have some similar characteristics, a noticeable difference appears in the decrement levels which is especially explained by the characters of the solicitation in bias stress and torsion pendulum experiments, respectively, one sided and alternative; their effects are discussed in terms of dislocation mechanisms. Nous avons effectue des mesures de variation d'attenuation et de vitesse de propagation des ondes ultrasonores sur de l'Aluminium de purete 5N sollicite par une contrainte basse frequence. Les caracteristiques des cycles attenuation-contrainte Δα = f(σ) ont ete etudiees en fonction des parametres suivants: repetition et amplitude σm de la charge basse frequence, temperature et traitement de l'echantillon (predeformation, duree ou temperature du vieillissement). Les resultats experimentaux s'expliquent par l'existence de deux types de mecanismes de desancrage. Ensuite nous avons developpe un modele permettant de calculer un coefficient de frottement interne δα a partir de l'hysteresis des cycles Δα = f(σ): ce calcul nous permet d'observer les pics, dans les spectres δα en fonction de l'amplitude σm, prevus par les modeles de frottement interieur associe au desancrage thermiquement active des dislocations; l'energie d'activation pour le desancrage et l'intervalle entre points d'epinglage sont deduits de la position des pies, et leur evolution est discutee en fonction du traitement de l'echantillon. Finalement, la comparison de δα avec le frottement interne δ directement obtenu au pendule de torsion permet de constater que δα et δ presentent des caracteristiques similaires, excepte pour ce qui concerne le niveau de frottement interieur: cette difference peut etre attribuee principalement a la nature ondulee de la sollicitation basse frequence utilisee dans nos experiences alors que la sollicitation mise en jeu dans le pendule de torsion est alternee, les mecanismes de desanerage alors mis en jeu etant differents.