Анализ эволюции дефектной структуры поликристаллических материалов на различных стадиях нагружения методом акустической эмиссии

• Автор: Башков, Олег Викторович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 365 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Эволюция дефектной структуры как фактор акустической эмиссии при деформации и разрушении твердых тел
ЕЕ Деформация и разрушение материалов как многостадийный, многоуровневый процесс
1.2. Эволюция дефектной структуры металлических материалов при циклическом нагружении
ЕЗ. Механизмы и закономерности генерации сигналов акустической эмиссии. Параметры акустической эмиссии
Е4. Роль структурных факторов в формировании сигналов акустической эмиссии
2 Постановка задачи, материал и методика исследований
2.1. Задачи исследований
2.2. Выбор материалов и методов испытаний
2.3. Оборудование и методика эксперимента
3. Разработка методов, аппаратных и программных средств для регистрации, обработки и анализа сигналов акустической эмиссии
3.Е Программно-аппаратный комплекс для регистрации и обработки сигналов, локации и идентификации источников акустической эмиссии
3.2. Разработка методов спектрального вейвлет анализа сигналов акустической эмиссии
3.3. Разработка метода определения местоположения источников акустической эмиссии с использованием одного приемника
4. Классификация сигналов и идентификация типов источников акустической эмиссии
4.Е Моделирование и анализ единичных сигналов акустической эмиссии
4.2. Классификация сигналов акустической эмиссии и идентификация механизмов деформации и разрушения образцов конструкционных поликристаллических материалов
5. Исследование стадийности деформации и разрушения и
эволюции дефектной структуры при квазистатическом
одноосном растяжении образцов конструкционных поликристаллических материалов
5.1. Влияние типа кристаллической решетки на стадийность деформации и разрушения и кинетику акустической эмиссии гладких образцов поликристаллических материалов
5.2. Влияние концентратора напряжений на стадийность
деформации и разрушения и кинетику акустической эмиссии образцов с надрезом
5.3. Влияние поверхностного упрочнения на стадийность
деформации и кинетику акустической эмиссии
5.4. Влияние термической обработки на эволюцию дефектной структуры при деформации
6. Исследование эволюции дефектной структуры на различных стадиях усталости в условиях действия циклических нагрузок
6.1. Стадийность акустической эмиссии при деформации и
разрушении гладких образцов алюминиевого сплава Д16АТ в условиях действия циклических нагрузок
6.2. Стадийность акустической эмиссии при деформации и
разрушении гладких образцов стали 20 в условиях действия циклических нагрузок
6.3. Стадийность акустической эмиссии при деформации и
разрушении гладких образцов титанового сплава ОТ4 в условиях действия циклических нагрузок
6.4. Влияние поверхности на стадийность процесса усталости и акустической эмиссии при циклическом нагружении образцов алюминиевого сплава Д16АТ с электроэрозионной поверхностной обработкой
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Структура материалов при нагружении может быть представлена как сложная система, обладающая свойствами
нелинейности, неравновесности и необратимости. Главный интерес
исследователей в настоящее время направлен на изучение дефектов структуры любого объекта, определяющих его основные эксплуатационные
характеристики.
Главная парадигма современного материаловедения «от дефектов структуры материала - к его свойствам» приобрела новое содержание благодаря рассмотрению иерархии структур и созданию моделей пластической деформации и разрушения на микро-, мезо- и макроструктурных уровнях. Экспериментальные и теоретические исследования мезоскопических структурных уровней деформации привели к созданию качественно новой методологии описания деформируемого твердого тела как многоуровневой самоорганизующиеся системы. В связи с этим школой под руководством академика Панина В.Е. на протяжении более 20 лет развивается направление в механике твердого деформируемого тела - физическая мезомеханика. В его основу легли разработка и описание иерархии структурных уровней деформации твердых тел.
Исследования многостадийности деформации и накопления повреждений металлических материалов представляют интерес как для решения теоретических, так и прикладных проблем материаловедения. С позиций фундаментального рассмотрения такие исследования дают информацию о механизме деградации структуры на ранних стадиях деформационного процесса, а с позиций решения прикладных проблем позволяют разработать новые подходы к прогнозированию несущей способности, выявлению текущего механического состояния материала конструкций. Первым известным фактором, определяющим деформационное поведение и свойства материала, является его состав и тип кристаллической решетки. Для для чистых ГЦК кристаллов с выраженной площадкой текучести сначала Дж. Беллом в 1955 г.

высокопрочные стали с мартенситной структурой, склонные к задержанному разрушению, и высокопрочные стали с повышенным содержанием металлургического водорода.
Дисперсные выделения и включения в поверхностных слоях являются структурными концентраторами напряжений, способствующими реализации специфических механизмов инициировании микротрещин. Степень опасности частиц второй фазы зависит от их природы, размера, формы и ориентации. Кроме того, решающее значение имеет прочность сплава: чем выше прочность, тем выше опасность инициирования микротрещин на частицах второй фазы. Различают три основных механизма зарождения трещин усталости у включений:
- зарождение трещины во включении;
- зарождение трещины по внутренней межфазной границе сложного включения;
- зарождение трещины на границе матрица - включение вследствие потери когезионной прочности сцепления;
- зарождение трещины в матрице вблизи включения.
Инициирование трещин по третьему типу встречается наиболее часто.
На основании статистического исследования условий зарождения
микротрещин при циклическом нагружении авторами [48] было установлено, что примерно 90 % усталостных разрушений связано с инициированием трещины у приповерхностных жестких включений. Особенно это касается многоцикловой усталости, так как в области ограниченной долговечности преобладают разрушения с локализованной пластической областью вне включений.
Исследование поверхностных слоев тонких фольг поликристаллов показало, что при их циклическом нагружении возникают каналированные потоки локальных структурных превращений вдоль сопряженных направлений максимальных касательных напряжений. Эти исследования важны для развития многоуровневых подходов физической мезомеханики и