Структурно-чувствительные переходы между скачкообразной и устойчивой пластической деформацией сплавов Al-Mg

• Автор: Шуклинов, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Глава 1. Динамический и структурный аспекты скачкообразной деформации

металлов

1.1. Динамика скачкообразной деформации метатлов

1.1.1. Проблема исследования пространственно-временной неоднородности пластической деформации кристаллических материалов

1.1.2. Классификация макроскопических неустойчивостей пластической деформации

1.1.3. Основные экспериментальные данные о скачкообразной деформации

1.1.4. Модели скачкооиргипи« —::д -

1.1.4.1. Механизмы деформационного разупрочнения, связанные с неустойчивостью 0-типа

1.1.4.2. Скачкообразная деформация, связанная с неустойчивостью S-типа.

Модели эффекта Портевена - Ле Шателье

1.2. Влияние исходной структуры на деформационное поведение сплавов системы Al-Mg, демонстрирующих прерывистое течение
1.2.1. Влияние условий гомогенизации на структуру и механические свойства
1.2.2. Структурные особенности после горячей деформации
1.2.3. Структурные изменения после холодной деформации
1.2.4. Структурные изменения после холодной деформации, отжига и старения
1.2.5. Механизмы упрочнения продуктами распада
1.3. Структурно-чувствительные эффекты неустойчивой деформации
сплавов Al-Mg
1.4. Постановка задачи исследования
Глава 2. Комплекс in situ методов исследования скачкообразной деформации
металлов
2.1. Мягкая деформационная машина
2.2. Оптические методы
2.3. Описание и апробация измерительного комплекса
2.4. Выводы

Глава 3. Влияние состояния примесей на скачкообразную деформацию
сплавов А1-1У^
3.1. Особенности методики
3.2. Деформационное поведение сплавов АМгЗ с различным содержанием кремния
3.3. Деформационное поведение и структура сплава АМгб после ИПД и отжига
3.3.1. Изменение структуры и механических свойств
3.3.2. Переход от устойчивой к скачкообразной деформации
3.4. Выводы
Глава 4. Влияние выделений вторичной фазы на скачкообразную деформацию
сплава АМгб
4.1. Стадии преципитации сплавов системы А1-Мд
4.2. Особенности методики
4.3. Влияние продуктов зонного старения на скачкообразную деформацию
4.4. Влияние частиц р' и р -фазы на устойчивость деформационного поведения
4.5. Обсуждение результатов исследования структурно-чувствительных эффектов скачкообразной деформации сплава А1-]У^
4.6. Выводы
Заключение
Выводы по работе
Список литературы

Актуальность темы. В настоящее время экспериментально установлено, что пластическая деформация кристаллов происходит неравномерно и неоднородно на различных масштабных уровнях, от атомного до макроуровня. Принято считать, что пространственно-временная неоднородность пластической деформации является фундаментальным свойством устойчивости материала к механической нагрузке. Наиболее явным проявлением неустойчивой пластической деформации на макроуровне является прерывистое течение сплавов, которое выражается в появлении на диаграмме нагружения скачков деформации при нагружении в "мягкой" машине (эффект Савара - Массона [1]) или в виде скачков нагрузки при деформировании в "жесткой" машине (эффект Портевена - Ле Шателье (ПЛШ) [2]). Сложное временное поведение измеряемых величин (нагрузки или деформации) кроме того, связано со сложной пространственной картиной подвижных и статических полос деформации. Феноменологические модели скачкообразной деформации основаны на концепции неустойчивости пластического течения вследствие отрицательной скоростной чувствительности напряжения течения на некотором участке - Ы-образной зависимости напряжения от скорости пластической деформации [3].
Общепринятой микроскопической моделью такой нелинейности в настоящее время является модель динамического деформационного старения, которая оперирует двумя характерными временами: временем ожидания дислокации перед препятствием и временем ее старения, связанным с характерным временем диффузии примеси к дислокации [3, 4]. Долгое время понимание скачкообразной деформации ограничивалось этой локальной однородной моделью, трактующей механизм повторяющейся пластической неустойчивости, но не способной объяснить ее динамику, так как в ней не учитываются ни эволюция плотности дислокаций, ни пространственная неоднородность микроструктуры, в частности, дислокационные субструктуры, возникающие на разных стадиях упрочнения металла [5], роль границ зерен, выделений продуктов распада пересыщенного твердого раствора, ротационной моды деформации, микротрещин и пор, т.е. большое многообразие факторов, определяющих развитую пластическую деформацию реальных поликристаллических сплавов [6]. В то же время скачкообразная деформация наблюдается, в основном, при деформировании мелкозернистых сплавов с ограниченной растворимостью легирующих элементов. В последнее время в ряде публикаций обнаружены структурно-чувствительные проявления прерывистого течения сплавов А1-М§, в частности, в [7, 8] установлена зависимость начальной деформации появления скачков и их амплитуды от размера зерна сплава АМгб после интенсивной пластической деформации и отжига. В связи с этим,

Рис. 2.1. Схема мягкой деформационной машины для растяжения металлических образцов: I -шток; 2 - тяга (стальная лента); 3 - коромысло; 4 - цилиндрический сосуд; 5 - демпфер; 6 - опора; 7 -массивное основание; 8 - блок измерения смещения штока; 9 - видеокамера; 10 - стальной экран; 11-образец; 12-одноосный шарнир; 13-сосуд с водой; 14-шланг; 15 - регулятор расхода воды.
деформации на кривых деформация-напряжение при растяжении с постоянной скоростью возрастания напряжения, т.е. эффекту Савара - Массона [1], посвящено сравнительно небольшое количество работ, в основном, на сплавах А1-М§ и А1-Си [23, 24].
Для экспериментального изучения скачкообразной деформации металлов нами разработана мягкая деформационная машина (Рис. 2.1). Машина представляет собой рычажное устройство, состоящее из подвижного штока 1, соединенного с помощью стальной ленты 2 с коромыслом 3, цилиндрического сосуда 4, заполняемого водой с заданным постоянным расходом, демпфирующего устройства 5, состоящего из массивного сосуда и двух тороидальных резиновых камер для гашения низкочастотных колебаний сосуда, и опоры 6, укрепленной на массивном основании 7. Установка снабжена блоком измерения смещения штока 8 и цифровой видеокамерой 9. Данная деформационная машина способна производить растяжение металлических образцов с постоянной скоростью возрастания нагрузки, которая варьируется в пределах от нуля (режим ползучести) до 40 Н/с, развивать максимальное усилие 4 кН и предназначена для механических испытаний материалов с пределом прочности не более 0.5 ГПа (в основном, сплавов на основе алюминия и меди).
Предварительные эксперименты на промышленном сплаве АМгб, демонстрирующем скачкообразную пластическую деформацию, показали, что по данным видеофильмирования