Предыстории материала

интегрирование распространяется на промежуток времени протекания процесса деформирования, начиная от исходного состояния (г = 0):.. Коэффициент Л > О является функцией напряженного состояния и предыстории деформирования и определяется из условия F = 0 при e?k =? 0. Для изотропного упрочнения X = -—-—-— =---- где Я' - угол наклона

допускам при произвольной предыстории деформирования. Радиус предельной поверхности для модели равен 2б?гв- Существование такой поверхности было обнаружено в некоторых экспериментах [16].

Заметим, что, как следует из анализа, память склерономного циклически стабильного материала по отношению к предыстории деформирования имеет дискретный характер: в процессе деформирования запоминаются лишь поворотные точки, причем при определенных, указанных выше ситуациях некоторые из них исключаются из памяти.

Вполне удовлетворительное соответствие опытным данным принципа Мазинга, дополненного сформулированными выше правилами памяти материала по отношению к предыстории деформирования, иллюстрирует рис. 1.12. Сплошные линии отвечают эксперименту на образце из стали 12Х18Н10Т (после стабилизации диаграммы и снятия анизотропии), штриховые, там,- где имеется отклонелие, — прогнозу на основе указанного принципа.

Основной идеей, положенной в основу структурной модели, является представление о микронеоднородности реальных материалов. Особенностью моделей этого типа является весьма схематичное введение неоднородности; в рассмотренном варианте она интерпретируется различием пределов текучести одинаково деформируемых подэлементов, составляющих элементарный объем. Микронеоднородность пластической деформации и микронапряжения, как было показано, определяют память материала к предыстории деформирования и, следовательно, деформационную анизотропию. Естественно, возникает вопрос, в каком соотношении находится моделируемая неоднородность с реальной, насколько соизмеримы соответствующие микронапряжения. Интегральная оценка их соизмеримости может быть получена при использовании энергетических представлений, в частности, понятия скрытой энергии деформации, для значений которой имеются экспериментальные данные [10].

Так же аномально, при соответственно подобранной предыстории деформирования, должна протекать согласно анализу и циклическая ползучесть. Если циклическому деформированию предшествует односторонняя деформация — в результате быстрого деформирования или выдержки, «вышагивание» петли может происходить в направлении, обратном этой деформации, независимо от знака среднего напряжения (при относительно небольшой асимметрии цикла). Условия, при которых эта ситуация реализуется, могут быть определены расчетным путем с использованием соответствующей данной истории нагружения эпюры Эг. В следующем параграфе приведены результаты экспериментов, которые подтверждают возможность и условия аномального смещения петли гистерезиса при циклическом нагружении.

4. Одним из фундаментальных свойств материала, проявляющихся при повторно-переменном нагружении, является память к предыстории деформирования. В частности, если параметр С = rje,* достигает величины Cv, отвечающей последнему моменту предшествовавшего этапа, согласно (3.31) из памяти исключаются одна или две последние поворотные точки в зависимости от дополнительных условий. Это свойство обнаруживается в опытах при разнообразных программах нагружения (в том числе в некоторых из уже рассмотренных). Так, в цикле с односторонней выдержкой (рис. 3.43) две ветви кривых быстрого деформирования характеризуются различными значениями [6*1: поскольку 6V после этапа ползучести меньше, при том же значении 191 соответствующая ветвь имеет меньший коэффициент подобия 9* =Э — 6V. Как следует из (3.31), этап ползучести полностью забывается после следующей поворотной точки. Заметим, что само существование замкнутой петли гистерезиса в цикле с этапом ползучести

циклической «релаксации» по расчету составило 17,5 МПа, в эксперименте получено 14,3 МПа. Во втором опыте (рис. 3.52) накопление деформации вследствие заданной предыстории деформирования шло в направлении, обратном по знаку среднему напряжению цикла. Предельное смещение петли по расчету 0,086 %; в эксперименте получено 0,08 %.

В теории пластического течения понятие поверхности текучести (или поверхности нагружения) занимает центральное место. По предположению эта поверхность отделяет области упругого и пластического (склерономного) деформирования материала в пространствах напряжений или деформаций. Ассоциированный с поверхностью текучести закон течения определяет направление скорости пластической деформации: вектор последней нормален к этой поверхности.. Деформационное упрочнение приводит к эволюции поверхности нагружения, ее закономерности являются определяющими в теориях пластичности; обычно они задаются феноменологически из тех или иных соображений. Этим вызван интерес к опытному исследованию изменения поверхности нагружения в результате различных предыстории деформирования [2, 81, 87, 90].

рассчитывается только в выделенные моменты R (//) (/ — 1, 2, .,,, N, где jV — число шагов). Возможны две модификации пошагового расчета. Более распространен вариант, в котором по известному состоянию \Ri, BL\ в начале шага и по приращению внешнего воздействия Л.8 — В2 — Вг (индекс 2 относится к концу шага) находится изменение состояния A.R = R2 — Кг. Текущее состояние R (tt) находится суммированием приращений AJR. В другой модификации расчета [82 ] по состоянию \Rlt В^ и воздействию Bz непосредственно находится состояние R.2. Идея данной модификации использует тот факт, что от предыстории деформирования можно считать зависящим только поле неупругих деформаций p-ti (х), а состояние R определяется по заданному полю ptj (x) однозначно — из «упругого» решения. Напомним, что так названо решение краевой задачи термоупругости с дополнительным полем начальных деформаций — в отличие от упругого решения, определяющего реакцию R идеально упругого тела на заданное воздействие В. Таким образом, достаточно суммировать по шагам одно поле неупругой деформации. Это устраняет накопление ошибки, связанной с неточностью выполнения условий равновесия, совместности и физических уравнений (записываемых в первой модификации алгоритма в приращениях и, следовательно, приближенно). С другой стороны, вторая модификация более устойчива по отношению к случайным ошибкам при определении неупругой деформации: если в некотором шаге пластическая деформация в какой-либо точке конструкции ошибочно оказалась завышенной, напряжения в ней получатся заниженными и в следующем шаге приращение пластической деформации будет меньше действительного, что частично компенсирует ошибку.

Термин «значительное изменение химического состава» не распространяется на случайные флуктуации состава и относится лишь к определяемым требованиями термодинамики процессам, основными из которых являются растворение, сегрегация, адсорбция и химическая реакция. Этот термин не относится и к примыкающей к межфазной поверхности зоне, в которой поле напряжений быстро меняется из-за термического взаимодействия или внешних напряжений, поскольку такие зоны нестабильны и меняются в зависимости от предыстории материала или внешних условий.

живания [254, 255] и в газообразном водороде [256]. Степень ох-рупчивания при этом зависит от термической предыстории материала и его микроструктуры [255]. Интересно отметить, что недавние исследования с помощью оже-электронной спектроскопии [257] показали наличие значительной сегрегации серы на межзеренных границах в сплаве К-500. Аналогичное влияние оказывают на №. добавки Со: при их введении наблюдалось возрастание скорости растрескивания никеля в водороде [258], а некоторые термообработки сплавов №—Со приводят к зерногра-ничной сегрегации S, тем самым усиливая и водородное охрупчи-вание [246, 258]. Помимо системы Ni—Co, имеются три основных класса промышленных однофазных сплавов на основе никеля. Все они применяются в основном в условиях повышенных температур. Первый класс — высоконикелевые сплавы, содержащие Сг (типичным примером могут служить сплавы Инконель; при этом серия 600 включает сплавы, в нормальных условиях не подверженные старению). Второй класс характеризуется средним содержанием № и, как правило, значительным количеством Fe (к таким сплавам относится, например группа Инколой). Третий класс составляют сплавы, содержащие Мо. Ниже рассмотрены свойства сплавов каждого класса в отдельности.

Сплавы этого класса упрочняются инертным окислом в форме тонкодисперсных частиц, которые могут быть введены в материал различными способами, не связанными с выделением из твердого раствора [291]. Присутствие дисперсоидов как правило не влияет на состав матрицы сплава, и поэтому открытие Томпсона и Уилкокса [238], установивших, что в сплаве Ni—2ThOg (торговое название TD Никель) при наводороживании происходит лишь умеренная потеря пластичности, а не хрупкое межкристаллитное разрушение, как в случае Ni, оказалось довольно неожиданным. Аналогичные результаты были получены и для сплава Ni — — 20Сг — 2ТЬОг с гораздо более высоким уровнем прочности [258], хотя следует учитывать и большое значение термической предыстории материала [259, 279, 292]. Необычное поведение этих сплавов объясняется, по-видимому, тем, что водород захватывается на границе раздела частица/матрица и не достигает границ зерен. При неограниченном подводе водорода в такой системе может иметь место насыщение [293], но здесь еще имеется ряд невыясненных вопросов [259].

зависит от температуры его исходная микроструктура, какс вы его деформационные кривые, какой становится его мик роструктура при различных сочетаниях температуры и скс рости деформации. Например, характер исходной микрострук туры зависит от предыстории материала и от того, как о; выведен на температуру обработки, нагревом от более низ кой или охлаждением от более высокой температуры.

Поскольку все члены уравнения (3.11) не зависят от температуры, можем считать, что ближний порядок обеспечивает атермический рост напряжения пластического течения. Правда, as возрастает с уменьшением температуры отжига. Поэтому компонента напряжения течения, за которую ответственен ближний порядок, чувствительна к термической предыстории материала.

Использование результатов измерения времени распространения УЗ колебаний, полученных до приложения нагрузки и при ее воздействии, позволяет компенсировать отсутствие информации о предыстории материала, остаточных напряжениях, влиянии переходного контактного слоя, значении утла ввода, некотором отклонении отражающих граней от плоскостности, параллельности и т.п. и считать справедливой для УЗ волны любой поляризации линейную зависимость

- экспериментальное определение модулей упругости и акустоупругих коэффициентов для конструкционных материалов, изучение влияния предыстории материала на эти величины;

При линейной магнитострикции отклонение происходит главным образом в направлении (силовых линий) поля. Оно зависит от магнитострикционных констант материала, которые в-. свою очередь являются сложными функциями температуры, магнитного состояния и предыстории материала.

Металл конкретного трубопровода часто не характеризуется стандартными значениями прочности, вязкости и т.д., а имеет целый спектр значений расчетных параметров, каждое из которых соответствует определенной технологической предыстории материала. Иначе говоря, механические свойства, структура материала, в том числе и тонкие изменения ее в процессе производства и обработки, а также воздействия эксплуатационных факторов являются результатом их сложного формирования и взаимодействия. Традиционная прямая связь "технология — свойства" постепенно заменяется более опо-

Для систем с нестабилизированным диоксидом циркония экспериментально установлено, что критический размер Лс частиц T-ZrO2, при котором инициируется микрорастрескивание А]2О3-матрицы, зависит от термической предыстории материала и от содержания вводимого в композит ZrO2. От этих же факторов зависит и размер образующихся микротрещин. Если объемное содержание частиц ZrO2 определенного размера меньше критического, образующиеся микротрещины являются стабильными и их коалесцен-ция не происходит. При дальнейшем увеличении содержания ZrO2 расстояние между микротрещинами уменьшается и происходит их спонтанная коалесценция, приводящая к резкому снижению прочности. Тре-щиностойкость материала при этом не снижается. Критическое содержание частиц ZrO2 возрастает с уменьшением их размера (рис. 3.16, б). А12Огкерамика, содержащая дисперсные частицы нестабилизированного ^г(->2, проявляет при разрушении возрастающие Я-кривые, обусловленные образованием и развитием зоны микрорастрескивания у вершины магистральной трещины

Исследования, связанные с учетом неоднородности, разработаны хуже, поскольку механизмы разрушения основаны на представлениях механики сплошной среды. Особую сложность в этом смысле представляют композиционные материалы с пластичной матрицей. Например, система 50 об.% волокна борсик + алюминий 6061 переходит от стадии I (волокно упругое, матрица упругая) до стадии II (волокно упругое, матрица пластичная) при относительной деформации -~0,15 ± 0,05% (в зависимости от термической и механической предыстории материала). Таким образом, половина объема материала подвергается напряжениям порядка 35 кгс/мм2. Если эта система будет иметь надрез, то„ очевидно, вблизи вершины надреза начнется интенсивная пластическая деформация матрицы. Действительно, если испытывать при растяжении материал с укладкой волокон под углами ±45°, измеренная деформация превышает 10%, поскольку волокно не оказывает серьезного противодействия в направлениях 0° или 90°. В этих условиях не ясно, будет ли выражена особенность напряженного состояния в форме С~Чг. В некоторых работах по пластичности Вейса и Йакава [95] и Либовица [58] появились выражения для К, включающие log С,