Экспериментальное исследование влияния температуры на термодинамические и механические свойства металлов и сплавов при ударноволновом нагружении

• Автор: Безручко, Галина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Глава 1. Волновые взаимодействия при ударном сжатии металлов
1.1 Одномерное сжатие конденсированных сред
1.2 Метод характеристик для волны сжатия и разрежения
1.3 Взаимодействие волн сжатия и разрежения в упругом и упругопластическом теле
1.4 Разрушение металлов при ударноволновом нагружении
1.5 Полиморфные превращения в твердых телах при ударно-волновом нагружении
1.5.1 Распространение волн сжатия и разрежения
при фазовом переходе. Ударная волна разрежения
1.5.2 Кинетика фазового перехода
Глава 2. Экспериментальные методы исследования ударноволновых процессов в металлах
2.1 Современные методы генерации плоских ударных волн
2.2 Методы регистрации газодинамических и кинематических параметров ударно-сжатой среды
2.3 Методика регистрации газодинамических параметров охлажденных образцов лазерным допплеровским измерителем скорости VISAR
2.4 Методы измерения скорости звука в ударносжатой среде
Глава 3. Поведение монокристаллов цинка ориентации <001>
в волнах сжатия и разрежения
3.1 Метод измерения ударной сжимаемости монокристаллического цинка в направлении оси кристалла <001>
3.2 Подготовка монокристаллических образцов цинка к ударноволновым экспериментам при комнатной и повышенной температурах
3.3 Сжимаемость монокристаллов цинка в направлении <001>
3.3.1 Измерение продольной скорости звука в цинке при комнатной
и повышенной температурах
3.3.2 Численное моделирование процесса переотражения
волн в цинке с учетом экспериментальных данных
3.4 Определение предела упругости монокристаллов цинка
в направлении нагружения вдоль главной оси кристалла <001>
Глава 4. Полиморфный а-»ш переход в высокочистом титане при ударно-волновом нагружении
4.1 Введение и литературный обзор
4.2 Подготовка образцов высокочистого титана к ударноволновым
экспериментам при комнатной и повышенной температурах
4.3 Исследование влияния температуры образцов на а-»со
фазовый переход в высокочистом титане
Глава 5. Упругопластические и прочностные свойства титановых сплавов и конструкционной стали в широком диапазоне температур
5.1. Введение и литературный обзор
5.2 Подготовка образцов титановых сплавов Ть6-22-228 и Т16АЬ4У
и конструкционной стали 1.2311 к ударноволновому нагружению
при комнатной и повышенной температурах
5.3 Упруго-пластические и прочностные свойства титановых
сплавов и конструкционной стали
Основные результаты и выводы
Литература
Основной целью исследований свойств материалов в условиях ударноволнового нагружения является обеспечение прогнозируемости действия взрыва, высокоскоростного удара, высокоскоростных газо-плазменных потоков, лазерных и других интенсивных импульсных воздействий на материалы и конструкции. Потенциальные возможности экспериментов с ударными волнами определяются не только широким диапазоном достижимых давлений и температур, но также чрезвычайно высокой скоростью их изменения. Эти обстоятельства открывают уникальные возможности для исследований в области физики фазовых и полиморфных превращений, физики прочности и пластичности. Процессы структурных превращений, пластического течения и разрушения сопряжены с изменениями сжимаемости вещества и, вследствие этого, проявляются в структуре волн сжатия и разрежения. Техника ударных волн является мощным инструментом изучения свойств материалов при экстремально высоких скоростях деформирования с хорошо контролируемыми условиями нагружения.
Высокие давления и температуры при ударном сжатии твердых тел могут вызывать в них полиморфные превращения. Наиболее интересной фундаментальной проблемой в этом отношении является вопрос о механизме высокоскоростного превращения. Известно, что при ударном сжатии структурная перестройка в твердых телах может происходить за времена 10' 9-10-7 с и менее [1].
В настоящее время в экспериментах с ударными волнами достижимы для измерений не только чрезвычайно высокие напряжения сжатия, но и значительные отрицательные давления, которые генерируются в образцах твердых или жидких материалов при взаимодействии двух встречных волн разрежения. На анализе взаимодействия волн сжатия и разрежения основываются, в частности, измерения субмикросекундной прочности
термопары в положительной (кривая 1) и отрицательной (кривая 2) областях.
При отрицательных температурах зависимость имеет нелинейный вид, вследствие чего, регистрируемые значения температуры в данной области не соответствуют ее истинным значениям. Нелинейность прибора учитывалась поправкой, определяемой как разница между температурой на поверхности соударения образца и показанием термопары непосредственно в жидком азоте. Для данной постановки эксперимента разность составила ~10°С. С учетом поправки, значение температуры на поверхности образца до соударения равно ~ -170°С (точка С, рис.106). Считая, что температура зондируемой поверхности равна температуре жидкого азота (-196°С), а измеряемая температура поверхности соударения — 170°С, легко получить значение температуры материала в зоне откола, зная толщину образца и откольной пластины.
С помощью предложенного в данной работе способа регистрации профилей скорости свободной поверхности при криогенных температурах были измерены упруго-пластические и прочностные свойства титановых сплавов Т16А14У и Т162222Б и конструкционной стали 1.2311 различной твердости по Роквеллу Н11с - 30, 41, 46.
§ 2.4 Методы измерения скорости звука в ударносжатой среде.
Скорость звука определяет наклон ударной адиабаты ударно-сжатого материала. Сжимаемость материала увеличивается при повышении давления и это сказывается на величине скорости распространения возмущений по сжатой среде. Для оценки скоростей распространения волн сжатия и разрежения, правильной постановки эксперимента, а также уравнений состояния требуется информация об изменении скорости звука в широком диапазоне давлений и температур.
Существует два основных метода регистрации скоростей звука за