Мезоскопические структурные уровни деформации и усталостного разрушения в поверхностных слоях поликристаллов алюминия и титана при знакопеременном изгибе

• Автор: Кузина, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЯВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ НА МИКРО, МЕЗО И МАКРОМАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ.

1.1. УСТАЛОСТЬ МЕТАЛЛОВ

1.1.1. Явление усталости

1.1.2. Факторы, влияющие на сопротивление усталости металла.

1 Диаграмма усталостного разрушения периоды усталости.

1.1.4. Структурные изменения при усталости

1.1.5. Дислокационный механизм циклической деформации.

1.1.6. Роль поверхности в развитии циклической деформации.

1.1.7. Закономерности и микромеханизмы зарождения и распространения усталостных трещин
1.2. ПРИРОДА ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ В ПРЕДСТАВЛЕНИЯХ ФИЗИЧЕСКОЙ МЕЗОМЕХАНИКИ
1.2.1. Структурные уровни деформации твердых тел
1.2.2. Основные положения и синергетические принципы физической мезомеханики.
1.2.3. Вихревое механическое поле в деформируемом кристалле.
1.2.4. Физическая мезомеханика поверхностных слоев
1.2.5. Механизмы циклической деформации и усталостного разрушения в представлениях физической мезомеханики.
1.3. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОДОРОДА С МЕТАЛЛАМИ
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
2.2. МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.2.1. Алюминий.
2.2.2. Титан
2.3. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДИКИ.
2.3.1 Механические испытания на знакопеременный изгиб.
2.3.2. Расчет максимальных нормальных отах и касательных ттХ напряжений на поверхности плоского образца при изгибе
2.3.3. Методы электролитического полирования и насыщения поверхности водородом.
2.3.4. Метод нанесения координатной сетки
2.3.5. Металлографическое исследование поверхностной картины деформации образцов орЬоГ, Ахюег1СА
2.3.6. Определение поверхностного рельефа.
2.3.7. Метод измерения микротвердости.
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕР МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ СУБСТРУКТУРЫ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ АЛЮМИНИЯ И ТИТАНА ПРИ ЗНАКОПЕРЕМЕННОМ ИЗГИБЕ 24,5,8,9.
3.1. ВВЕДЕНИЕ
3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА 24,5,8,9.
3.2.1. Технический алюминий 24,5.
3.2.2. Особо чистый алюминий.
3 Технический титан 24, 5.
3.2.4. Наводороженный титан 24,5,8, 9.
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ ТИТАНА И АЛЮМИНИЯ.
В РАМКАХ МНОГОУРОВНЕВОГО ПОДХОДА 24,5,8,9.
4.1. ВВЕДЕНИЕ.
4.2. ПОЛИКРИСТАЛЛЫ С КРУПНОМАСШТАБНОЙ МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ СУБСТРУКТУРОЙ 24,5,8,9
4.3. ПОЛИКРИСТАЛЛЫ С МЕЖОМАСШТАБНОЙ МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ СУБСТРУКТУРОЙ 24,5, 8, 9
4.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Таким образом, проведен анализ совместного влияния всего комплекса характеристик сдвиговой устойчивости различных структурных элементов поликристаллов при их знакопеременном изгибе на формирование в поверхностных слоях мезосубструктуры, зарождение трещин и циклическую долговечность. Материалы сгруппированы и сравниваются по уровню циклической долговечности (Ыр), причем не в абсолютном, а в сравнительном смысле. То есть не легированные и не обработанные металлы (свинец, алюминий, титан) сравниваются между собой, а сплавы - с их основой (свинцом), наводороженный титан - с ненаводороженным, высокочистый алюминий - с техническим. Опасность разрушения деталей машин при многократно повторяющейся нагрузке, для которой наряду с величиной нагрузки решающее значение имеют ее частота и число циклов, известна с начала развития промышленного машиностроения в IX столетии, хотя уже в глубокой древности ассирийцы понимали, что повторные удары таранов осадных машин могут разрушить любые крепостные ворота []. Самыми ранними исследованиями циклической прочности металлических материалов известными из литературы были опыты В. А. Альберта (Германия, г. Термин «усталость» был введен в г. Ж.-В. Понселе, который обнаружил снижение прочности стальных конструкций при воздействии циклических напряжений []. Однако наибольший вклад в научную основу проектирования металлических конструкций, подвергаемых повторным напряжениям, внес немецкий инженер Август Велер своими классическими опытами с железом и сталью в условиях повторного растяжения - сжатия и изгиба, результаты которых были опубликованы в период - гг Л. Шпангенберг (г. А. Велером в виде таблиц. С тех пор графическое представление полученной зависимости между амплитудами напряжения цикла ста и числом циклов нагружения до разрушения (Ы) называют диаграммой Велера (рисунок 1. Для металлических материалов, не имеющих физического предела выносливости, предел выносливости ая - значение максимального по абсолютной величине напряжения цикла, соответствующее задаваемой долговечности (рисунок 1. Для металлов, проявляющих физический предел выносливости, принята база испытаний ' циклов, а для материалов, ординаты кривых усталости которых по всей длине непрерывно уменьшаются с ростом числа циклов, - 8циклов (рисунок 1. Первый тип кривой особенно характерен для ОЦК-металлов и сплавов, хотя может наблюдаться при определенных условиях у всех металлических материалах с любым типом кристаллической решетки, а второй тип - соответствует преимущественно ГЦК - металлам и сплавам (алюминиевые сплавы, медные сплавы и др. Рисунок 1. Параметры усталости (рисунок 1. Циклом напряжения называется однократный переход напряжения от его наибольшего значения (атах или ттах) к наименьшему (сттш или ттш). В общем случае напряжение может изменяться по величине и по знаку - знакопеременный цикл. Если напряжение изменяется только по величине, имеет место знакопостоянный цикл. Т|пах^<Тт,п. Ко = -1. Рисунок 1. Основные параметры цикла при знакопеременном изгибе [1]. В настоящее время различают многоцикловую усталость и малолоцикловую усталость []. Согласно [] многоцикловая усталость - это усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании, а малоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании [,]. Цель большинства усталостных испытаний это определение долговечности при напряжениях, меньших статического предела текучести. На рисунке 1. Она в первую очередь разделяется на две основные области малоцикловой и многоцикловой усталости. Ряд исследований показывает, что условной границей между этими областями является напряжение, равное динамическому пределу. Считается, что эта граница связана со сменой напряженного состояния. Область малоцикловой усталости охватывает диапазон напряжений от ав до ак (ломаная линия АБВ). В этой области можно выделить два характерных участка. На участке I, который иногда называют участком циклической ползучести, разрушение пластичных металлических материалов носит циклический характер с образованием шейки в месте излома.