Локализации пластической

При локализации деформации в образце возникает местное утонение шейки и он сравнительно быстро разрушается.

Многоуровневый ротационный характер разрушения вязкой высокопрочной стали 45ХНМФА иллюстрирует рисунок 4.5. Элементарные сферические ячейки (рисунок 4.5, г) образуют крупномасштабные ячейки: незавершенную (рисунок 4.5, д) и завершенную (рисунок 4.5, е). Размер элементарных ячеек составляет от единиц до десятков микрон. Их внутренность сильно фрагмен-тирована. Образовавшиеся в ходе пластического течения фрагменты имеют размеры десятых долей микрон и расположены спиралеобразно (см. рисунок 4.5, г), что наглядно иллюстрирует характер пластического течения, которое развивалось в этих локальных областях. Когда мезодефекты пронизывают все сечение образца, наступает потеря сдвиговой устойчивости на макроуровне. Сдвигонеустойчивым становится образец в целом. В определенном сечении образца формируется сильный макроконцентратор напряжений, который локализует макродеформацию и инициирует самосогласованное развитие всей системы мезодефектов в данном сечении. Это приводит к возникновению в зоне локализации деформации несплошностей, фрагментации материала и наконец его разрушению.

Показано, что во всем диапазоне исследованных скоростей деформирования пластическая деформация металла по зоне сварки имеет гетерогенный характер — изменяется величина деформации локализованной вдоль области контакта и протяженность области локализации деформации. При этом изменяется и механизм пластической деформации: при режимах диффузионной сварки (ё ~1(И.СЛ) пластическая деформация реализуется по дислокационному механизму, по мере увеличения ? ~ до 104.С"1...10Г).С'1 пластическая деформацию реализуется преимущественно за счет поворотных механизмов и коллективных форм движения дефектов решетки. Последнее структурно проявляется в виде полос деформации (полос сдвига, полос переориентации). Количественная оценка объемной доли характерных структурных элементов, формирующихся при изменении внешних условий, их размерных характеристик, разориентировок, а также анализ механизмов формирования структур, свидетельствует о том, что по мере увеличения скорости деформирования ё > Ю3.С-1 структурные преобразования в зоне сварки протекают не но эволюционной кинетике, а имеют синергетический характер, кинетика которых может быть описано в рамках теории неравновесной термодинамики [1, 2].

Обычные попытки решить прямую задачу не приводят к успеху, поскольку не известен закон локализации деформации в шейке, и связанные с ним закономерности изменения скорости деформации, вклада гидростатической компоненты напряжения и других факторов. Поэтому представляет интерес работа [362], согласно которой решение рассматриваемой задачи надо искать исходя из данного (известного) закона деформационного упрочнения, т. е. как бы методом от обратного. Для этого необходимо в первую очередь показать, что при локализованной деформации в шейке сохраняются те же закономерности упрочнения, которые действовали в интервале равномерной деформации. Рассмотрим более детально, с помощью каких методических приемов это было сделано, в работе [362].

т. е. когда отношение снижения усилия Р к приращению деформации образца А/ становится равным податливости машины Км- При этом дальнейшее снижение нагрузки требует увеличения расстояния между захватами машины на меньшую величину, чем соответствующее удлинение образца, и таким образом нарушается условие равновесия системы машина — образец, что приводит к локализации деформации в узком слое материала. Происходит как бы повторная потеря образцом механической устойчивости, в шейке возникает вторичная микрошейка, длина которой не превышает 10—20 мкм. Этому моменту соответствуют ускоренный поперечный рост микропор и их слияние (рис. 5.19, а), что приводит к формированию пластичной трещины в центральной части образца и к окончательному его разрушению.

IV —то же, что и в III температурном диапазоне, только на последнем этапе после расслоения и вторичной локализации деформации' (при ek) в перетяжках между отдельными трещинами расслоя появляется расслоение по границам полосчатой ячеистой структуры. Окончательное разрушение происходит срезом (или сколом) после достижения в перетяжках деформации етах л? 10.

V — образование трещин ограничивается в основном местами «стыка трех зерен. В процессе последующей деформации трещины вырастают в продольные трубчатые поры, которые в месте вторичной локализации деформации (при ek) раскрываются в крупные поры, формирующие ямочную поверхность излома. На гребнях перетяжек между крупными порами образуются микропоры, происходждение которых может быть обусловлено деформационными процессами на . границах ячеистой структуры. Окончательно разрушение происходит срезом при достижении етах. Размеры крупных ямок на поверхности излома соответствует размеру зерен с учетом их вытяжки.

В результате интенсивного скольжения по границам зерен наблюдается смещение зерен, которое проходит в тесной взаимосвязи с деформацией соседних зерен. Скольжение по границам зерен вызывает резкую локализацию деформации в соседних зернах, что может явиться причиной развития микротрещин (рис. 15). Процесс локализации деформации при повышении ее степени приводит, как правило, к лавинному скольжению. При растяжении направление лавинного скольжения совпадает с направлением действия максимальных касательных напряжений. Поэтому в общей картине распределения деформаций по микроучасткам с увеличением степени деформации не обязательно получают развитие максимальные пики деформации. С ростом деформации может происходить перераспределение интенсивности деформации в различных участках, приводящее к тому, что деформация на участках с малой высотой пиков начинает опережать деформацию на участках с большой высотой пиков (закон постоянства очагов деформации сохраняется). При небла-

ческой деформации. Реализованный сдвиг на восходящей ветви нагрузки в одной плоскости скольжения блокируется на нисходящей ветви нагрузки. В результате этого при переменной нагрузке реализуется ситуация, когда работает не одна, а две системы скольжения. Причем они задействованы в разных полуциклах приложения нагрузки. Вследствие такого поведения материала возникает сильная анизотропия в локализации пластической деформации, приводящая к доминированию ротационных эффектов неустойчивости не только деформации в пределах рассматриваемой зоны, но и реализации процесса разрушения материала у кончика трещины, где происходит полное исчерпание пластической деформации в каждом цикле приложения нагрузки. Возникающая анизотропия накопленной пластической деформации вызывает не только ротационные эффекты, как акты аккомодации (компенсация избытка энергии), но сам факт разрешенного скольжения на нисходящей ветви нагрузки приводит к тому, что момент формирования свободной поверхности может отвечать как восходящей, так и нисходящей ветвям нагрузки. Возможности реализовать подрастание трещины внутри зоны пластической деформации на той или иной ветви нагружения обусловлены, в первую очередь, масштабным уровнем формирования диссипативных структур в условиях локализации деформации.

Обусловленность начала ротационной неустойчивости связана с возрастающим масштабным уровнем локализации деформации и разрушения материала и достижением некоторой величины прироста трещины в цикле нагружения. С этого момента ротационная неустойчивость, являясь аккомодационным актом накопления повреждений без нарушения сплошности материала, становится определяющим процессом пластической деформации у кончика трещины. Возникает возможность поглощать больше энергии у вершины трещины без значительного увеличения размера зоны пластической деформации, что снижает темп подрастания трещины в цикле нагружения.

ведение обычной холоднодеформированной Си. Для установления причин этих различий усталостного поведения Си после РКУ-прессования специальное исследование было проведено недавно в работе [379]. Как отмечалось выше в гл. 1, в зависимости от режимов РКУ-прессования могут быть получены различные типы наноструктур, существенно отличающиеся однородностью по образцу и разориентировкам формирующихся зерен. Этот подход был использован в [379], где было изучено сравнительное поведение двух видов образцов РКУ Си. Одного -7- с весьма однородной ультрамелкозернистой, а другого — с наличием полосовых структур, где зерна были удлинены и присутствовали фрагменты с малоугловыми границами. Усталостные испытания показали, что в первом образце при постоянной амплитуде деформаций наблюдается стадия циклического насыщения, а во втором образце — циклическое разупрочнение. Значительно различались также значения параметра энергии Ваушингера, а также картины локализации деформации и поверхностной морфологии. Полученные результаты демонстрируют существенное влияние типа наноструктур, формирующихся при интенсивных деформаициях, на усталостное поведение и этот вопрос требует дальнейших исследований.

В соответствии с кинетической концепцией С.Н. Журкова [21], процессом, ответственным за временную зависимость прочности, является разрушение, связанное с термофлуктуационным разрывом межатомных связей. Это означает, что ведущим процессом является разрушение межатомных связей. В противоположность этому, в ряде работ высказана точка зрения, в соответствии с которой пластической деформации принадлежит ведущая роль как в случае вязкого, так и в случае хрупкого разрушения, так как оба вида разрушения различаются только по степени локализации пластической деформации: вязкое после значительной равномерной деформации, а хрупкое - локализацией деформации на ранней стадии деформирования или в пределах деформации Лю-дерса.

Процессы локализации пластической деформации необходимо учитывать при исследовании механических свойств материала, эксплуатационных качеств изделий ц конструкций.

Ямочный излом свидетельствует о локализации пластической деформации по границам зерен. Предпосылкой к локализации является наличием по границам зерен прослоек, более пластичных, чем тело зерна, например ферритных оторочек в некоторых сталях [407] или прослоек, свободных выделений в стареющих сплавах на основе ниобия [408].

Таким образом, в дисперсноупрочненных сплавах переход от хрупкого разрушения к пластичному совершается в три этапа: на первом этапе скол вытесняется хрупким межзеренным разрушением; на втором — механизмом слияния пор. На третьем этапе скол более не наблюдается, разрушение носит пластичный характер, по вследствие локализации пластической деформации в узком слое пластичность сплавов незначительна. Полностью пластичное разрушение в дисперсноупрочненных сплавах начинается в области температур, при которых становится возможным обход дислокациями частиц путем поперечного скольжения и появляется пластичность у самих частиц второй фазы.

Титану и его сплавам свойственна высокая химическая активность. Поэтому на их поверхности при выдержке на воздухе или в любой другой среде, содержащей свободный кислород, очень быстро образуется тонкая бездефектная оксидная пленка, прочно связанная с основным металлом. Оксид, образующийся на ювенильной поверхности титана на воздухе или в коррозионной среде, был идентифицирован как тетрагональная модификация диоксида титана—рутил. Толщина пленки оксида» образовавшегося при 20°С на воздухе или в среде, как правило, находится в пределах 0,40—0,60 нм. До тех пор, пока пленка имеет малую толщину, она прочно связана с матрицей и не имеет дефектов на границе оксид—металл, вследствие чего она сохраняет достаточно высокую пластичность и деформируется вместе с металлом. В местах сильной локализации пластической деформации, где происходит разрыв пленки, практически мгновенно образуется новая защитная пленка тоже без дефектов на границе оксид—металл. Это происходит при отсутствии тормозящих факторов.

ческой деформации. Реализованный сдвиг на восходящей ветви нагрузки в одной плоскости скольжения блокируется на нисходящей ветви нагрузки. В результате этого при переменной нагрузке реализуется ситуация, когда работает не одна, а две системы скольжения. Причем они задействованы в разных полуциклах приложения нагрузки. Вследствие такого поведения материала возникает сильная анизотропия в локализации пластической деформации, приводящая к доминированию ротационных эффектов неустойчивости не только деформации в пределах рассматриваемой зоны, но и реализации процесса разрушения материала у кончика трещины, где происходит полное исчерпание пластической деформации в каждом цикле приложения нагрузки. Возникающая анизотропия накопленной пластической деформации вызывает не только ротационные эффекты, как акты аккомодации (компенсация избытка энергии), но сам факт разрешенного скольжения на нисходящей ветви нагрузки приводит к тому, что момент формирования свободной поверхности может отвечать как восходящей, так и нисходящей ветвям нагрузки. Возможности реализовать подрастание трещины внутри зоны пластической деформации на той или иной ветви нагружения обусловлены, в первую очередь, масштабным уровнем формирования диссипативных структур в условиях локализации деформации.

слойка, возникшая в местах локализации пластической деформации при ударе, напоминающая структуру мартенсита, названа его именем. Позже такие прослойки были получены при ударе чугунной дробинки по стали, в процессах ковки, при дробеструйной обработке и т. д. Согласно работе [30] возникшие при единичном ударе по мягкому стальному образцу прослойки нетравящейся высокотвердой структуры располагаются на поверхности и внутри деформированного металла. По мнению авторов, упругая деформация захватывает весь объем образца, а пластическая деформация — только часть его. Одновременно в микрообъеме протекают связанные с деформацией процессы тепло- и массообмена, а также •фазовые превращения. Наиболее резко выражено образование вторичных структур (у-фазы, дисперсных карбидов, мартенсита) в центральной части белого слоя, микротвердость которой составляет 10000—13000 МПа. Микротвердость периферийной части 6500—8500 МПа, а поверхности металла в исходном состоянии — 3000 МПа. Одни исследователи считают, что белая зона содержит Б структуре аустенит, другие — что безыгольчатый мартенсит. Общими свойствами белых слоев является их .плохая травимость и высокая твердость. Различают белый слой химического происхождения, состоящий из карбидов и окислов железа, возникающий при трении, •и слой закалочного происхождения, состоящий из аусте-нита и мартенсита, возникающий при импульсных процессах (ударе, взрыве и т. д.) в результате нагрева и 'охлаждения локальных участков.

Кинетика развития трещин в литейных высокожаропрочных никелевых сплавах несколько отличается от кинетики деформированных сплавов: обычно не образуются и не развиваются макроскопические трещины. Методом электронно-микроскопической авторадиографии было показано *, что на стадии, близкой к разрушению, в литейных высокожаропрочных сплавах происходит множественное повреждение границ зерен, выражаемое в увеличении диффузионной ширины границ зерен. Рост плотности дислокаций в материале образца с увеличением времени на-гружения также имеет общеобъемный характер. Однако при появлении макроскопической трещины вне зоны образования трещины скорость роста плотности дислокаций уменьшается [68], что является, по-видимому, следствием локализации пластической деформации на некоторых ослабленных участках материала. Можно предположить, что в литых сплавах большая локализация пластической деформации приводит к большой ло-

Возможности оптического метода в принципе позволяют также изучать различные деформационные эффекты, свойственные термоусталостным испытаниям (например, эффект локализации пластической деформации, кинетику одностороннего накопления деформации, формоизменение и пр.) протекающие при высоких температурах [27]. Применение оптического метода оправдано для оценки величины упругопластической деформации в первых циклах термоциклического нагружения и для та-

Этот метод сравнительно прост и дает ценную информацию о кинетике параметров процесса термоциклического нагружения. Однако он не учитывает эффект локализации пластической деформации, не позволяет проследить за действительной кинетикой процесса упругопластического деформирования в конкретном сечении образца. Если указанные эффекты заметно не проявляются, то применение этого метода оправдано, и, как показано в работе [66], при умеренных температурах получают надежные результаты.

ограничение в процесс локализации пластической деформации в приграничных зонах крупных зерен плакирующего слоя, и акт разрушения образца становится возможным при увеличении степени деформации до е=15—17%.

Рекомендуем ознакомиться:

Легкоплавкого компонента

Легкового автомобиля

Ленинградским отделением

Ленинградского объединения

Лаборатории института

Ленточные фундаменты

Ленточных материалов

Ленточным транспортером

Ленточного материала

Летательными аппаратами

Лезвийного инструмента

Лимитируется прочностью

Меню:

Главная страница Термины