Нелинейная динамика неустойчивой пластической деформации сплава АМг6

• Автор: Золотов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Неустойчивая пластическая деформация

и проблема деформационных полос

1.1. Классификация пространственно-временных неустойчивостей макропластической деформации металлов

1.1.1. Феноменологическая классификация Эстрина

1.1.2. Неустойчивость, связанная с деформационным разупрочнением

1.1.3. Неустойчивость, связанная со скоростным разупрочнением

1.1.4. Тепловая неустойчивость

1.1.5. Классификация Кокса

1.2. Полосы Людерса

1.2.1. Зуб текучести и полоса Людерса
1.2.2. Структура полос Людерса
1.2.3. Распространение полос Людерса
1.2.4. Механизмы распространения фронта Людерса
1.3. Эффект Портевена-Ле Шателье
1.3.1. Феноменология эффекта ПЛШ
1.3.2. Релаксационные осцилляции
1.3.3. Распространение полое ПЛШ. Проблема пространственной связи
1.4. Эффект Савара-Массона
1.5. Постановка задачи исследования
Глава 2. Комплекс in situ методов исследования
скачкообразной деформации металлов
2.1. Мягкая деформационная машина
2.2. Оптические и акустические методы
2.3. Материал исследования
2.4. Выводы
Глава 3. Зарождение и начальные стадии
распространения полос деформации
3.1. Первая критическая деформация
3.2. Кинетика и геометрия первых полос деформации в сплаве АМгб
с преципитатной микроструктурой
3.3. Кинетика и геометрия первых полос деформации в сплаве АМгб
с рекристаллизоваиной структурой

3.3.1. Докритический и закритический рост полосы Людерса
3.3.2. Структура и кинетика ветвления фронта Людерса
3.3.4. Фрактальный анализ ветвящегося фронта Людерса
3.4. Подвижность деформационных полос и скоростная чувствительность
3.5. Механизмы потери устойчивости пластической деформации
в сплаве АМгб с различной исходной микроструктурой
3.6. Выводы
Глава 4. Кинетика и морфология полос деформации Савара-Массона
4.1. Классификации полос Савара-Массона. Морфологическая диаграмма
4.2. Механизм пространственной связи. Каскадное размножение полос
4.3. Акустический и оптический мониторинг полос деформации Савара-Массона
4.3.1. Динамика деформационных полос и АЭ в сплаве АМгб
с преципитатной микроструктурой
4.3.2. Динамика деформационных полос и АЭ в сплаве АМгб
с рекристаллизованной структурой
4.4. Выводы
Глава 5. Неустойчивая сверхпластичность сплава АМгб
5.1. Введение
5.2. Особенности методики
5.3. Монотонная и скачкообразная составляющая кривой нагружения
5.3.1. Идентификация сверхпластичного состояния
5.3.2. Эволюция скачкообразной составляющей СПД
5.4. Анализ корреляции нестационарных процессов СПД
5.5. Выводы
Выводы по работе
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Пластический деформируемый кристалл представляет собой пример нелинейной неравновесной (диссипативной) системы — ансамбля дефектов кристаллической решетки. При определенных условиях такие системы демонстрируют явление самоорганизации на различных масштабных уровнях. В последнее время возрос интерес к изучению нелинейных эффектов в макрокинетике пластически деформируемого кристалла, обусловленных пространственно-временной самоорганизации движения больших групп дислокаций - основных носителей пластического течения.
При изучении процессов переноса в нелинейных системах различают две задачи: прямую, когда заданы силы, а откликом являются неустойчивые потоки и обратную, в которой заданы потоки носителей переноса, а исследуется сложный силовой отклик системы. Соответственно, неустойчивая пластическая деформация твердых тел на макроуровне проявляется в двух ситуациях: 1) при нагружении с постоянной скоростью роста напряжения &Q - const регистрируется ступенчатая кривая деформации s(t) с амплитудой скачков до -10% (эффект Савара-Массона [1]); 2) при деформировании с постоянной скоростью гг0= const регистрируется зубчатая кривая изменения напряжения cr(t) с повторяющимися скачками разгрузки («зубцами») системы машина-образец амплитудой до нескольких процентов (эффект Портевеиа-Ле Шателье [1, 2]). В обеих ситуациях самоорганизация во времени сопровождается пространственной самоорганизацией - локализацией пластической деформации в статических или распространяющихся полосах деформации [2-4].
Типичными модельными материалами для исследования прерывистой деформации являются поликристаллические сплавы Al-Mg с содержанием магния 2-6 %. Полосы макролокализованной деформации создают технологический брак при производстве листового проката алюминиевых сплавов: они портят качество поверхности
промышленных изделий и могут вызвать преждевременную коррозию и разрушение.
Ранние представления о прерывистом течении связывали его с механизмом динамического деформационного старения (ДДС) дислокаций. Однако модели, развитые на этой основе, создавали проблему отбора скорости и ширины деформационной полосы, которые оставались неопределенными. В последующих нелокальных моделях исследовалась природа пространственной связи, обеспечивающей распространение полосы с определенной скоростью и шириной [5-10]. В качестве механизмов связи
а = ке + Р(ё) + Сшс. (1.25)

Можно ожидать, что константа связи С,„с в этом случае имеет величину порядка упругого модуля, и может быть уменьшена путем пластической релаксации.
Модель, развитая Маккормиком и Лингом [100] связывает взаимодействие элементов образца с неодноосностью напряжений. Когда образец деформируется неоднородно, площадь его поперечного сечения вдоль оси также непостоянна, что ведет к изменению локальных напряжений, нарушению их одноосности. Этот эффект принято описывать, вводя в уравнение так называемый фактор Бриджмена. Теория Бриджмена [101] сводится к введению квазистатической (зависящей от средней степени деформации) поправки к деформирующему напряжению. На величину пространственной связи в образце в этом случае должны влиять форма и размеры образца, но она должна быть нечувствительна к скорости деформации, температуре и микроструктурному состоянию образца.
Ханер [80] использовал градиентную модель эффекта ПЛШ, предложенную Збибом и Айфантисом [87] и связал градиентный терм с напряжениями несовместности. С этой точки зрения подход Ханера отправляется от предыдущих подходов, в которых в модель вводится дополнительный релаксационный процесс. При испытаниях с постоянной скоростью роста напряжения он обнаружил, что отбор скорости зависит от граничных условий: импульсные решения, которые распространяются вдоль рабочей длины образца с единственной скоростью, получены для нулевой скорости деформации на концах образца, в то время как шлейфы волн распространяются в материале с произвольной скоростью.
Лебедкин и др. [102-104] разработали модель распространения полос деформации, которая учитывает пространственную связь между различными элементами объема образца из-за наличия внутренних напряжений, связанных с неоднородностями пластической деформации. Они рассмотрели одномерную механистическую модель, в которой образец представлен в виде дискретного набора из N параллельных слоев, перпендикулярных оси растяжения. Каждый г'-й элемент такой цепочки за исключением концевых элементов г = 1 и г = N подчиняется дискретному материальному уравнению
о- = Ц.+1.)-Х[(гг_1) + (г,.+1 -*,)]. (1.26)
Последнее слагаемое описывает возвращающее напряжение, обусловленное несоответствием макроскопических деформаций соседних слоев. Связь между соседними