Динамика деформационных полос и разрушение металлических сплавов, демонстрирующих неустойчивое пластическое течение

• Автор: Михлик, Дмитрий Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Неустойчивая пластическая деформация

и вязкое разрушение металлов

1.1. Классификация пластических неустойчивостей

1.1.1. Неустойчивость и структурные уровни деформации

1.1.2. Макроскопические неустойчивости

1.1.3. Классификация макропластических неустойчивостей

1.2. Критическое состояние микроструктуры поликристалла

1.2.1. Понятие критической фрагментированной структуры

1.2.2. Источники напряжений в поликристаллах и образование микротрещин

1.2.3. Механизмы зарождения микротрещин в поликристаллах
1.2.4. Критическая концентрация вакансий и микротрещин
1.2.5. Механизмы зарождения, роста и объединения пор
1.2.6. Механизмы докритического роста трещины
1.3. Образование шейки и вязкое разрушение
1.3.1. Феноменология образования шейки. Условие Консидере
1.3.2. Макрополосы локализованной деформации и образование шейки перед разрывом поликристаллов
1.3.3. Полосы деформации и вязкое разрушение алюминиевых сплавов
1.4. Постановка задачи исследования
Глава 2. Методические вопросы исследования
2.1. Мягкая деформационная машина
2.2. Видеосъемка полос деформации и трещин
2.3. Электромагнитный метод
2.4. Материалы исследования. Исходная структура и механические свойства
2.5. Выводы

Глава 3. Влияние полос деформации на вязкое разрушение сплава А1-Мй
3.1. Динамика полос деформации и неустойчивая деформация перед разрывом
3.2. Корреляция динамики полос деформации и магистральной трещины в сплаве АМгб с преципитатной микроструктурой
3.2.1. Первичная полоса и магистральная трещина
3.2.2. Статистика полос деформации и разрушение

3.2.3. Механизмы разрушения сплава Al-Mg с преципитатной
микроструктурой
3.3. Корреляция динамики полос деформации и магистральной трещины в сплаве Al-Mg с рекристаллизованной микроструктурой
3.3.1. Пространственно-временная корреляция между полосой Людерса
и полосой Савара-Массона
3.3.2. Корреляционная диаграмма полос деформации и разрушение сплава Al-Mg с рекристаллизованной структурой
3.4. Полосы деформации и динамика образования шейки перед разрывом
3.5. Выводы
Глава 4. Исследование пространственно - временных неустойчивостей
деформации перед разрушением методом динамического анализа
4.1. Роль смены угла полосы в развитии пластических неустойчивостей перед разрушением
4.2. Кинетика смены угла полосы. Фазовый портрет « ф — <р »
4.3. Степенной закон распределения на стадии предразрушения
4.4. Спектральный и динамический анализ неустойчивой деформации
4.5. Выводы

Глава 5. Исследование неустойчивой деформации и разрушения
сплава Al-Mg электромагнитным методом
5.1. Электрический отклик на скачкообразную деформацию металла
5.2. Собственное электромагнитное излучение при неустойчивом
пластическом течении и разрушении сплава Al-Mg в условиях оледенения
5.2.1. Особенности методики
5.2.2. Связь сигнала ЭМЭ с прерывистой деформацией сплава АМгЗ,

покрытого слоем льда
5.3. Выводы
Выводы по работе
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Алюминиевые сплавы используют для изготовления легких конструкций. Алюминий-магниевые сплавы, обладающие сочетанием высокой прочности, свариваемости, коррозионной стойкости и низкой плотности, нашли применение в авиационной технике, судостроении, автомобильном и химическом машиностроении. Однако эти сплавы демонстрируют прерывистую деформацию, связанную с макролокализацией пластического течения в статических и распространяющихся полосах деформации [1-4], которые, с одной стороны, ухудшают качество поверхности промышленных изделий, а с другой - снижают пластичность сплавов Al-Mg [5, б]. Последнее непосредственно связано с влиянием полос деформации на механизмы разрушения. В условиях проявления прерывистой деформации сплавы Al-Mg демонстрируют, как правило, вязкое разрушение. Теория вязкого разрушения, однако, не учитывает локализацию деформации в макроскопических полосах деформации, а основана на представлении о зарождении деформационных и/или диффузионных пор, их коалесценции и слиянии в магистральную трещину [7, 9].
Прерывистую деформацию различают на эффект Портевена-JIe Шателье (ПЛШ), который выражается в появлении скачков разгрузки на кривых деформирования с постоянной скоростью £"0 = const в «жесткой» испытательной машине и эффект Савара-Массона - появление ступеней деформации на кривых нагружения с постоянной скоростью роста напряжения а0 =const в «мягкой» деформационной машине [1]. При «жестком» режиме растяжения разрушение происходит по одной из статических полос деформации ПЛШ, которые накапливаются в ходе деформирования. Ключевая роль полос макролокализованной деформации, самосогласованных по схеме «креста» на стадии образования шейки перед разрывом была недавно выявлена в [10] на некоторых сплавах, не демонстрирующих прерывистую деформацию при «жестком» режиме растяжения. В условиях проявления эффекта Савара-Массона статических полос не наблюдается, с течением времени полосы делокализуются, так как представляют собой расширяющиеся шейки [11] и механизм разрушения в этом случае должен существенно отличаться от механизма разрушения сплава, проявляющего эффект ПЛШ в условиях жесткого режима деформирования.
Таким образом, механизмы вязкого разрушения металлических сплавов, демонстрирующих прерывистое течение в настоящее время неизвестны. Исследование
некоторыми следами повреждения до финального события разрушения. Авторы [5, 6] полагают, что полосы сдвига аналогичны появлению полос Портевена-Ле Шателье, которые предшествуют им, и зарождение сдвига может происходить только через интенсификацию существующей полосы ПЛШ, когда достигнуты необходимые условия для макроскопической сдвиговой неустойчивости.
В недавней работе [5] с использованием тепловизионной съемки со скоростью 9 кадр/с экспериментально исследовалась взаимосвязь между полосами ПЛШ и полосой локализованного сдвига перед разрушением. Интересное явление наблюдалось, когда растягиваемый образец деформируется до истинной деформации 0.235 при 223 К до испытания при комнатной температуре. В этом случае в ходе деформирования при 298 К полоса ПЛШ зарождалась на конце образца и затем распространялась непрерывно к другому концу. Данная особенность сменяется формированием локализованной полосы сдвига в другой плоскости, которая пересекает образец приблизительно в противоположном направлении. Этот результат подтверждает, что формирование полосы сдвига в сплаве АА5754 не зависит от наличия полос ПЛШ. Основываясь на этом результате, в [5] предполагается, что развитие макроскопической полосы сдвига происходит из-за формирования внутризеренных полос скольжения, имеющих место на ранней стадии деформационного процесса. Действительно, Канг и др. (см. ссылку [3] в работе [5]) наблюдали развитие микроскопических линий скольжения внутри отдельных зерен при небольшой деформации растяжением этого сплава.
Интенсивные электронно-микроскопические исследования сплава А1-4.8 вес.%М (см. ссылку [9] в работе [5]) также обнаружили формирование микрополос внутри зерен. В ходе деформирования эти микрополосы способны пересекать границы зерен, что в результате приводит к развитию макроскопической полосы сдвига. Установлено также, что сплав АА5754 разрушается по полосе сдвига. К тому же, сканирующая электронная микроскопия поверхности разрушения также показывает признаки сдвиговой моды разрушения, т.е. наличие мелких продолговатых впадин. Все эти факты подтверждают, что сдвиговая локализации увеличивает процессы локального повреждения и поэтому играет критическую роль в определении основных условий разрушения.
Для изучения последовательности процессов сдвиговой локализации в этом сплаве в [5] исследовали также образец, который был преддеформирован до шейкообразования при 223 К, т.е. до истинной деформации 0.24. В этом случае полосы ПЛШ не наблюдались в ходе повторного нагружения при комнатной температуре. Кроме того, этот образец не