Скоростями деформирования

Старение, вызванное предварительной пластической деформацией, называется статическим деформационным старением. Старение, развивающееся в процессе пластической деформации, называется динамическим. Условие динамического старения — определенное соотношение между скоростями деформации и диффузионным перемещением растворенных атомов. В данном случае происходит блокировка растворенными атомами дислокаций, движение которых при деформировании по каким-либо причинам замедляется, а вырывание дислокаций из облаков Коттрелла при ускорении их движения служит причиной упрочнения. Указанное выше соотношение устанавливается при определенных температурах, например для низкоуглеродистой стали в диапазоне 520...670 К. Частичное охрупчивание стали при этих температурах называется «синеломкостью».

Исследования, проведенные в хлоркдиых растворах при нормальной температуре со скоростями деформации 7-Ю"4 с"1 и 7-Ю"5 с",1 показали следующее. Исжытанин со скоростью деформации 7-Ю"4 с"1 не выявили, в пределах ошибки эксперимента, изменения пластичности стали по отношению к испытаниям на воздухе. При уменьшении скорости деформации на порядок, величина относительного удлинении изменилась с 22Х при испытании на воздухе, до 25% в нейтральном хлоридном растворе и 17Х в подкисленном хлоридном растворе. Аналогичная закономерность наблюдалась для значений относительного сужения, величина которого для образцов, испытанных на воздухе, составляла - 67%, е нейтральном хлоридном растворе - 712 (ХМЭ; и подкисленном хлоридном растворе - ЗЗХ. Причем наблюдалась хорошая повторяемость результатов. Эффект изменения пластичности проявлялся только при снижении скорости нагружения до определенной величины, ниже которой коррозионный фактор "успевал" проявиться. Последнее, по - видимому, связано со значительным увеличением времени контакта поверхности металла с коррозионной средой. Увеличение параметров пластичности стали в нейтральном хлоридном растворе, по-видимому, вызвано проявлением хемомеханического эффекта, который в подкисленном растворе полностью подавлялся за счет наводороживачия металла в условиях протекания коррозии с водородной деполяризацией, что и приводило к уменьвк ли» параметров пластичности. По действию на параметры пластичности подкисленный хлоридный раствор оказывал такое же влияние, как воздействие отрицательных температур (-60° С). Изменения- пластичности образцов, предварительно выдержг'ных в указанных средах в течение 14 суток и испытанных на воздухе, обнаружено не было. Это свидетело-ствует о механохимической природе изменения пластических свойств.

При этом аналитическая обработка позволила также помимо значения показателя П определить положение центра тяжести концентрационных кривых и площадь под ними. Положение центра, тяжести концентрационной кривой характеризует перемещение основной массы атомов на среднюю глубину, а площадь под кривой оценивает сушу перемещаемых радиоактивных атомов. Из представленных данных можно заключить, что картина распределение изотопа в зоне объемного взаимодействия при КСС и УСВ идентична. В результате проведенных исследований установлено, что при контактной стыковой сварке сопротивлением могут при определенных условиях (импульсный нагрев в сочетании с скоростями деформации превышающими 0,1 м/с) развиваться процессы аномального массопереноса существенно влияющего на формирование соединений. В частности образование металлических связей наблюдалось при величинах деформации, которые на порядок ниже чем при канонических режимах сварки сопротивлением. Количественные показатели массопереноса в данном случае весьма близки к аналогичным показателям при ударной сварке в вакууме.

До сих пор мы обсуждали механическое поведение волокнистых композитов в условиях длительного нагружения. Мы видели, что как матрица, так и волокно дают вклад в процесс замедленного разрушения, каждый своим собственным путем и посредством различных механизмов. Не меньший интерес представляет реакция композита на внешние нагрузки, прикладываемые с разными скоростями деформации. В особенности интересно знать, как влияет повышение скорости деформации на разрушение композиционного материала.

Суммируя данные о влиянии скорости деформации на прочность однонаправленных волокнистых композитов, можно сказать, что, по-видимому, в интервале изменения скорости деформации, обычно используемом в стандартных испытательных машинах, изменения значений прочности не слишком велики. Эти изменения составляют 10 или 20% в зависимости от свойств составляющих и геометрии композита. При испытаниях с разными скоростями деформации наблюдались разные виды разрушения, однако в настоящее время не существует модели для предсказания прочностных свойств различных композитных систем при нагружении с переменными скоростями деформации.

Ряс. 22. Изменение плотности тока активного растворения при потенциале —250 мВ (штриховые кривые) и плотности тока пассивного состояния при потенциале 900 мВ (сплошные кривые) в зависимости от степени деформации в условиях непрерывного нагруже-ния (о) со скоростями деформации:

В процессе горячей пластической деформации связь между напряжениями, деформациями и скоростями деформации неоднозначна и реологические свойства металла в значительной мере определяются тем законом, по которому происходит развитие деформации во времени.

Рис. 210. Кривые упрочнения стали типа В2Ф при высокоскоростной плоской осадке со скоростями деформации 400 (а) и 1050 c-i (б). Температура, °С:

Основное условие получения достоверных результатов в квазистатических испытаниях — поддержание с заданной точностью однородности напряженного и деформационного состояния материала в объеме рабочей части образца. Это позволяет принимать регистрируемые зависимости между напряжением и деформацией за характеристики поведения локального объема материала. Таким методом определены характеристики сопротивления материалов деформированию в большинстве проведенных до настоящего времени исследований, в основном при испытаниях на растяжение или сжатие со скоростями до 10 м/с [69, 167, 208, 210, 305, 406, 409]. Область более высоких скоростей деформирования, особенно при испытаниях на растяжение, обеспечивающих получение наиболее полной информации о поведении материала под нагрузкой, практически не исследована. Такое ограничение исследований обусловлено тем, что с ростом скорости деформации возрастает влияние волновых процессов и радиальной инерции в образце и цепи нагружения, ведущих к нарушению однородности деформации и одноосности напряженного состояния в объеме рабочей части образца и затрудняющих приведение усилий и деформаций в материале. Уменьшение влияния этих эффектов требует разработки специальных методик для испытаний с высокими скоростями деформации.

3. Испытание с параметром e=const, применяемое наиболее часто, обеспечивает регистрацию кривой деформирования о(е) и определение основных прочностных и деформационных характеристик материала: пределов текучести, прочности, сопротивления отрыву, удлинения и поперечного сужения. Соблюдение параметра испытания в серии экспериментов с различными скоростями деформации позволяет провести сопоставление с результатами кратковременных статических испытаний.

е=Ю с-1 необходима масса более 20 т). Следовательно, в испытаниях с повышенными скоростями деформации наиболее рациональным является использование для деформации запаса кинетической или потенциальной энергии (например, потенциальной

Преобразование подобия для изоциклических и изохронных кривых осуществляется с помощью функций подобия по числу циклов и по времени. Эти функции и их параметры определяются из системы базовых экспериментов, выполняемых при мягком нагру-жении с выдержками и без выдержек при различных уровнях амплитуд напряжений с варьируемыми скоростями деформирования и временами выдержек в цикле.

Установка ИМАШ-5С-65 была использована в качестве базы для исследования свойств литых сплавов при высоких температурах, выполненного в Московском автомеханическом институте Л. С. Константиновым с сотрудниками [49]. Установка была конструктивно усовершенствована, что позволило осуществить программированные нагрев и охлаждение образца с заданной скоростью, а также проводить растяжение образца с различными постоянными скоростями деформирования (d& = const), испытание на релаксацию (е = const) и ползучесть (ст = const).

Определенные при испытаниях с высокими скоростями деформирования длинного образца усилие деформирования и удлинение характеризуют не материал в объеме рабочей части образца, а использованный образец как конструктивный элемент.

Армко-железо и алюминиевый сплав Д16 испытывались на растяжение со скоростями деформирования VH 2—2,5 мм/с, 5,8 и 75 м/с в диапазоне температур от —193 до 500°С [54, 55]. В процессе испытания во всем диапазоне скоростей деформирования выдерживалась примерно постоянная скорость деформации е путем поддержания постоянной скорости движения активного захвата образца. Для проведения испытаний использовали образцы с укороченной рабочей частью диаметром 4 мм, длиной 10 мм с резьбовыми головками. Время увеличения скорости движения подвижной головки образца до номинальной (контролировалось по крутизне фронта упругого импульса в динамометре) примерно соответствовало времени пробега упругой волны по удвоенной длине рабочей части образца, что обеспечивало однородность напряженного и деформированного состояний материала в рабочей части образца в соответствии с условием (2.8). Химический состав и режим термообработки материалов приведены в предыдущем параграфе (см. табл. 3). Испытанные материалы имеют различную чувствительность к скорости деформации и температуре, что объясняет их выбор для исследований.

197. Петушков В. Г., Степанов Г. В. Установка для испытания материалов с высокими скоростями деформирования.— Прикл. механика, 1969, № 7, с. 99—102.

Другим типом электрических устройств, работающих с автоматами нагружения, являются следящие устройства, осуществляющие программирование нагрузки по сложному закону (с варьируемыми скоростями деформирования, формой цикла и другими параметрами режима испытаний). Заданная программа •определяет весь ход изменения нагрузки во времени. В качестве задающего программу устройства может быть использован, например, стандартный фотоэлектрический следящий прибор РУ5, позволяющий воспроизводить сложные программы в виде темных линий, нанесенных на перемещающуюся прозрачную ленту. Связанный механически со следящей головкой РУ5 потенциометр вместе с потенциометрическим датчиком включены в •балансную схему, приводящую в действие электрический преобразователь, величины токов в обмотках которого являются функцией отклонения нагрузки от заданного значения. Электрический преобразователь воздействует на регулятор гидроусилителя, являющийся исполнительным органом гидравлического силовозбудителя.

Здесь 'rxal, ryai, rzai — коэффициенты пропорциональности между силами вязкого сопротивления и поступательными (линейными) скоростями деформирования амортизатора; kxai, kyal, kzai — аналогичные коэффициенты пропорциональности между моментами и угловыми скоростями.

статическое нагружение с разными скоростями деформирования, а также длительное статическое нагружение при постоянной и переменной температурах;

Кривые 3 и 4 соответствуют неизотермическому циклу с такими же скоростями деформирования в полуциклах растяжения и сжатия. Температура в пределах каждого полуцикла оставалась постоянной: растяжение — 650, сжатие — 150° С и изменялась при 0 = 0. Как видно из рис. 5.13, независимо от уровня температуры в полуцикле сжатия кривые 1 и 3 практически совпадают при равных скоростях деформирования и одинаковой амплитуде необратимых деформаций. Вместе с этим был отмечен обратный эффект — влияние деформаций ползучести, развивающихся при высокой температуре, на ход кривой активного нагружения в последующем полуцикле с более низкой температурой. В этом случае в эксперименте наблюдается некоторое смещение кривой активного нагружения вниз по сравнению с неизотермическими испытаниями без выдержек. На рис. 5.14 показаны диаграммы деформирования стали Х18Н9 при неизотермическом нагружении, характерные для стабильного цикла. Нагружение осуществлялось по жесткому режиму с контролируемым законом изменения деформаций, температура изменялась в момент перехода через нуль по напряжениям от 150 до 650° С в процессе одноминутной выдержки. Кривые 1 N. 2 соответствуют циклу без выдержки, 3 та 4 — циклу с выдержкой при растяжении. Выдержка осуществлялась при а = const до момента достижения заданного значения деформации. Как следует из рис. 5.14. смещение кривой 4 относительно кривой 2 составляет 10—15%. Отмеченное влияние деформаций ползучести при высокой температуре на активное на-гружение при более низкой температуре может быть описано, как уже указывалось выше для изотермического случая, с использованием подходов, изложенных в главах 6, 7.

Применяемые методы и средства малоцикловых и длительных циклических испытаний дают возможность определить основные параметры"1 обобщенных диаграмм циклического упругопласти-ческого деформирования ?•?', А, В, С, х, a, a,G(k), m (k) (см. главы 2—5) преимущественно для изотермического нагружения; определить параметры уравнений состояния Ср (кр, Т), g?» Сп (кп, Т), Кп (Т, г)) в теории термовязкопластичности с комбинированным упрочнением преимущественно для неизотермического нагружения (см. гл. 6); определить коэффициенты подобия z и параметры функций р (z), гв (Т), Е (Т), f (z), Ф (г, Т) в структурной модели среды преимущественно для циклического непропорционального нагружения с учетом неизотермичности (см. гл. 7). Для каждого из перечисленных выше подходов к получению уравнений состояния базовыми по мере усложнения условий нагружения оказываются эксперименты при однократном растяжении с варьируемыми скоростями деформирования и изотермические циклические испытания с заданными скоростями деформп-

Сравнение предельных степеней деформаций при осадке со скоростями деформирования 0,001—100 м/сек показало, что у сплавов АК6Г АК8, АМгб и АВ при холодной осадке пластичность повышается на 20—25%; у сплавов Х18Н9Т, ЭИ437А, титанового сплава ВТ1 — понижается примерно на 40%; у конструкционных и инструментальных сталей пластичность не изменяется. При осадке с нагревом до ковочных температур пластичность становится практически не ограниченной. Вместе с тем, опыты по штамповке взрывом труднодеформируемых сплавов показывают удовлетворительную штампуемость.