Superplastic Flow of Fine‐Grained Yttria‐Stabilized Zirconia Polycrystals: Constitutive Equation and Deformation Mechanisms

Abstract

Available deformation data for superplastic yttriastabilized zirconia polycrystals with grain size <1 µm have been analyzed at temperatures between 1250°and 1450°C as a function of stress, grain size, and impurity content. The apparent stress exponent n for the higher-purity materials (residual impurity content <0.10 wt%) varies from 2 (region II) to ≥3 (region I), and then toward 1 when the stress is decreased. The stress for transition between region II and region I decreases when the temperature and/or grain size is increased. The activation energy Q for flow in region II is 460 kJ/mol, which is approximately that for cation lattice diffusion. The grain-size exponent p decreases continuously and Q increases continuously with decreasing stress in region I. The constitutive equation for superplastic flow in region II is identical to that for metallic systems when lattice diffusion is the rate-controlling mechanism. The experimental results have been correlated with a single deformation process that incorporates a threshold stress, below which grain-boundary sliding does not contribute to strain. The threshold stress may result from yttrium segregation at grain boundaries and its interaction with grainboundary dislocations. A single deformation regime with n = 2 exists for low-purity materials (impurity content >0.10 wt%) over the entire stress range. The strain-rate enhancement with respect to high-purity materials is related to the grain-boundary amorphous phase present in such materials.

Crecimiento de grano y comportamiento mecánico a alta temperatura de circona itriada (YTZP 4 MOL %)

“…En particular, hemos comprobado que todas las distribuciones de tamaño de grano se ajustan a una distribución de tipo log-normal, : [1] En este caso, los parámetros µ y ξ están relacionados con el valor del tamaño medio de grano, , y su desviación estándar, σ d , a través de las siguientes ecuaciones [5,6]: [2] Las propiedades mecánicas a alta temperatura de las muestras han sido estudiadas mediante ensayos a velocidad de compresión constante realizados en una máquina INSTRON modelo 1065, a temperaturas comprendidas entre 1200 ºC y 1500 ºC, para distintos rangos de tensiones. Las velocidades de compresión impuestas al sistema están comprendidas entre 5 y 80 µm/min.…”

“…El factor de forma de la distribución está comprendido entre 0.8-0.9 en todos los casos, por lo que tenemos una distribución de granos equiaxiados. Este hecho es típico de las muestras de YTZP submicrométricas estudiadas en la literatura [1].…”

“…En este material, para tamaños de grano suficientemente pequeños (0.2 -0.3 µm), está bien descrita una transición desde el valor n = 2 hacia valores superiores a n = 3 en el rango de bajas tensiones (o bajas velocidades de deformación, por consiguiente) [1]. Sin embargo, el régimen de valores inferiores a n = 2, descrito en este trabajo, no estaba aún documentado.…”

“…Existe una gran cantidad de datos en la literatura acerca de la ley constitutiva de deformación para estos materiales en el rango descrito. Una recopilación de dichos datos puede encontrarse en [1]. La opinión más extendida entre los diversos autores señala al DFG como el mecanismo de deformación plástica, siendo la relajación de las tensiones creadas durante el DFG (mecanismo de acomodación) aún objeto de discrepancia entre varios autores.…”

Correlación entre la microestructura y el comportamiento plástico a alta temperatura de compuestos TZP-Ni (40% vol.)

“…Se obtuvo un exponente de tensión n = 2.9 ± 0.1 y una energía de activación de Q = 680 ± 20 kJ/mol. Estos parámetros, junto con los valores de e medidos, permiten asegurar que se trata de un material de alta pureza -de acuerdo con el contenido de impurezas tan bajo de los polvos de partida-, del que ya se ha estudiado su comportamiento mecánico en amplias revisiones (9,10 valores de n = 2.6 ± 0.1 y de Q = 670 ± 40 kJ/mol similares a los anteriores (figura 5). Hay que destacar que el esqueleto se fractura para e ≈ 15% en contraste con el comportamiento del cermet, que alcanzó una deformación del 30% sin signos macroscópicos de daño (8).…”