Исследование процессов деформации и разрушения металлов методами локальной рентгеновской тензометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

к о -i 9 §

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА жниш. ГЮЛИТЁХНИЧЕСлИй ИНСТИТУТ- ■ юани М.И. КАЛИНИНА

На правах рукописи

ШРОЗ Д>гр ¡Ътровпч

УДК 639.319:539.261:669,01

, исследование ярощссоадйюрмаций и разрушения металлов ыетодш локальной рентгеновской тензометрии

Исследование процессов деформации и разрушения яетахяоя методами локальной рентгеновской тензометрии.

Специальность 01.04,07 - физика твердого тела

Автореферат диссертация иа соискание ученой стеггеки кандидата физико-математических наук

Ленинград, 1990

\ Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина Пол'лтехнкческои институте имени М.И.Калинина

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

Иванов С.А.

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук

Лекеовский A.M. - кандидат фиэико-1'Дтематических наук I Кулиш Я.М.

Ведущая организация - Ленинградский филиал института

машиноведения им.А.А.Бчагонравова АН СССР

I

Защита состоится " ^ " 1990 г.

в "¿¿J?." часов а ауд. корп. & на заседании

спзциализироланного совета И 063.38.13 при Ленинградской политехиическои институте им.М.И.Калинина по адресу: I9525I, Ленинград, Политехническая, 29.

С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке ЛГИ ни.М.И.Калинина

Автореферат разослан * -У. " .. 199ст.

Ученый секретарь . .

специализированного совета а.и.Мельнер

ягск^! ■ ■» )

; v, пд^рдо^пе кроцессоз д£.'0у?;.шж к шрувеш ''гтл^лз •

^ЖШЛШ ЛО'ШЪпОА РЕНТГЕН03С;\0« Ш60:;ЕТ?ИЙ

ргсд-'Ш'у алькооть проблемы, Сзэико-кахвгичеекио сво]-»огзв металлов в значительной степени определяйся их внутренне;! структурой. Воздействие зиеыних сил на м&гер«пл вызывает воз/Шсновеиив з не» покой дарорчэдЩ, 'распределение которых лзодноредио. йго наиболее спдыю проявляется вблизи дефектов'различного пространственного аосазгэбз /нрдроза, аак-ро- и иагсро средин, скоплений днслохзвдй и пр./, которые- явлнятся концентраторами напрдаешй и окозыв&та существенное влияние не прочности» ово1:сгвэ.-Деформация ногруызшюго твердого тела и его разрушение развивается одновременно на резных, струияурных уровнях, поэтому корректное списание всего процесса в целой требует одновременного рассмотрения совокупности рез личных прояззкзнпй деформации и разрушения, развивающихся в обьоивх с различными характеристический размерами. Поскольку требования, предъявляете к «в-гориалам непрерывно возрастам, усилия последователей направлены прежде всего ив попок определяющих параметров поддавшихся количественному измерена» в экспериментах, связанных с кэсатэ&ыя длин яр дай /да фактов/ и способных удовлетворительно предсказать поведение натериала под нагрузкой методами экспериментальной и теоретической ишерогюхзншш.

Изшкоша способов надежной оценки квпряизшю-даформироввнного состояния «галлов для определения ресурса работоспособности путем одновременного проведения экспериментальных иосшдоваяай 15 модальных расчетов делают поставленную задачу своевременной и актуальной.

3 исследовании капрямелно-дефорыироввнного состояния металлов большое применение получила дифракционные методы о исюользозанкен излучений о длинами волн от 0,04 а до 2,5 А. дхо обусловив до высокой чувствительностью метода, удовлетворительной локальность*) анализируемой области, отсутствие« воздействия ла иссиэдуэикй материал. 5 практическом иетзлловаденик широко применяется рентгеновская тензометрия - способ изучения накряженно-деформирэввшюго ооотояния с помощь» рэнтгеновогах яучзй.

Для количественной оценки работоспособности материалов о использованием продосзЕмний анироиеханики лшроко применят метод конечных элементов. Однако, для большей достоверности результатов яелвгелыю сочетание возможностей современно!! техники физичоокаго эксгсорнмеив о результатами модальных рэсчзтоз полеИ нэпряюшл я деформаций.

Цоль кзогояаеа роботы оостоялв в сиодуюцен:. I. Развито экспериментальных методов ыикродахштсн о расчет яапр«-

I

йокно-дефорккрованного состояния а теле, содерище» дефекты различного ма.слтс.6а.

£'. Получение экспериментальных данных о возникновении и распределении' •поле/, нолрякений и деформаций в нагруженном теле и анализ возможных структурных факторов, влияющих на кинетику этих процессов.

Исследование дешсрмапки я разрушения высокопрочных конструкционных и инструментальных .сталей при разных температурно-силовцх условиях испитаний с целью получения количественных характеристик энергетики процессов.

Изучение особенностей раззития искажений структуры приповерхностного слоя деформйролашшх кягериалов для оценки роли поверхности в процессах деформации и разрушения.

Научная нозизна. и практическая ценность. Сконструированы и изготовлены приставки и юстиро.чочкое приспособление к рентгеновской установке, предназначенные для исследования капрякённо-деформированно-го состояния приповерхностных слоев деталей и конструкций как с плоской, так и с криволинейно!! поверхностью, а также нагружающее устройство для механических испытаний образцов на растяжение в температурном интервале от 0°С до 800°С. Изучена роль предварительного упрочнения для повышения стойкости металло-конструкций при пониженннх температурах нгокс вязко-хрупкого перехода. Исследована оволкшия напрякен-но-деформированного состояния в сварной околоиовной зоне ооразца из ,'разнородных сталей при различных условиях натр ужения. Выполнено картографирование поля напряжений и определена степень неоднородное?» упругих полей в вершине инициированной трещины. При расчёте напряжённо-деформированного состояния методом конечных элементов введена поправка на пластичность свойств материалов в вершине трещины сварного соединения. Показано, что момент скачкообразного сброса нагрузки при ■ строги занял' магистральной трещины соответствует исчерпанию ресурса пластичности материала в её вершине.

Разработаны экспериментальные основы прицельной рентгеновской тензометрии для решения задач микромеханики разрушения.

Получена корреляция между данными прицельной рентгеновской тензометрии / ¿р /и механичеокини критериями оценки трещиностойкос-

ТИ /к£с/.

С использованием метода рентгеноструктурного анализа получены данные о плотности дефектов кристаллического строения и вычислено значение запасённой упругой энергии в процеоое иагружения технически чистых металлов и сталей. Экспериментальные данные позволяют предположит

г.

ччо в приповерхностном слое дотериалоз пластическая деформация резм-веегоя на разных, садкгурних уровнях, прйчва в процессе дефориадаи • обрвзцоз дайоетнзя стругала моаег лераоди чески изменяться о возжк-ногенаои созяхйгствудах дйссипягизтес образованна /перестроен; К/.

Предложены иеаодашг ггрэшгичэокой оценка энергозатрат при платан- ; ческой дэ^орыздка офвзцов как со опешально шздзнщми хсовдзгорэтэ-рэми /шдрезоыи/, чок и спонеэнно-возникшими /очогоки локальных на-- '. пря^енай/.

Изучено изменение диолокадионаой сарукгуры поверхности слезя го-ликрастэдлнческого дефоршрэзшного рзсгетэниеы в ре:кииа шшучосги ГЦК иесзллв. Обнзрузкэнс появзвяно вдпног^эсаизбньк цеоднородиосвеЯ . ' дефектов структуру по сэчешю образца.. ■ ■ '''...''

Осяоблья лололэвая вкзооцйце но зэ:»кгу.:. '

1. Экслерииенсольаьй основа пряцэльной рзагганозокой вензауегрш'по-ликриетзллоз для решения зэдзч кикроизхади;« рэзруиеяяя:я' Двфорйачйи. в дзаеиях «еязллокоясзрукций с криволинейной поверхность;: и пакете . прогрели 33*1. для нахождения ивкро- и яйкронвпрдавнай♦..•

2. Э^пвршавагашт рвауяьивлы изучат« распределения' лолей нэлршэ-нии зо'дпзи шгадаированлой грещияи a анализ этих результатов с-примененном иеаодов чаогшвого моделирования. *•.•'., "

8. Эксдериивнсэльно уагзнозгвшзя взаимосвязь между эшрхозэссрогш! . и знзченияш запасенной /лзгенгной/ энергии си эдема .дефектов• кристаллического строения дри лласгичэской деформации а яоонэдивэдия о?:эн- \ возииосвязи для развития аодага упруго-ллзсшчзского' поведения нэгру-' ' конного хэла. . "". . • ''

Эксперимент эльно обнаруженный фэга • нен овогоааого иаввнения де'фй*®- :•. йой оврукаурц з првпозерзеноевнои сноо деформированных меаалвов. , - •

Апробация работ. Резулмегн, получешья при выполнении днооврта>-вдонной рабоаы, была изложена а докладах: X. Всесоюзной чеучно-ярэк-'; , 5Вчвокой конфэрвнциа "Прикладная рентгенография металлов'?./г.Ленин- . '( . грод, 1986/; Л /г.Якуюк, 3986/ и Ш /г.Гщмк, 13е8/:'.ра0пуСлкг:оа-■ ских нэучпо-прскгвческах конференциях молодых ученьях и спещшасго'з; Яонфорзндш: молодых учвяых к cmma masca,' поовданпой 70-тзпэ кой Окгябрьокой'-социзшогйчесноЗ резолюции КЙСПС .НФ СЮ '¿II СССР ; . • /г.Якуаск, В87/; Крзиаосрошюо оомлзра 'Ш'жамповио стела горячего;' . и холодного деформирования" /г.Ленинград, D58/; ОбьэдМвииого ээоо- _ дани я грех Постоянных Ввоооюзшсс'сеииааров '¡¡Цифроицдошне ме«оли кс--.. кагвнных сгрукгур, Атаузльт-з проблемы прочности я 'Шзико-^амюлог,!^ чзохош проблема поверхности ыегаляов" /г. Череповец, '13®/; cedcra ttu~_-

сточнного семинара ГС ?<У и ССО РСзСР по физике твердого тела "Пластическая деформация сплавов и порошкозих материалов" по теме "Кинетика и термодинамика пластической деформации" /г.Барнаул, 1988/; IX конференции молодых ученых; и специалистов "Научные проблемы современного мгаиговьдения" (г.Ленинград, 1988); У1 .Всесоюзной конференции "Физике разрушения" (г.Киев, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, приложений ч списка цитируемой литературы общим объемом 159 страниц, включая 58 рисунков, о таблиц-и библиографический список из 110 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

СОДОТАНИЕ РАБОТЫ tío введении кратко сформулирована актуальность, научная и практическая значимость темы, обоснована постановка задачи исследований.

Первая глава является обзором литературы, tí ней кратко рассмотре-^ ни способы оценки работоспособности материалов, Обсуждаются метода, применяемые в исследовании локального напряженно-деформированного состояния' вблизи концентраторов. Указаны преимущества и недостатки рассмотренных способов. Показано, что наиболее информативным струк-турно-иувствительнык методом, позволяющим получать качественные и количественные характеристики локального напряженного состояния, является рентгеновская тензометрия. Привадятся достоинства метода такие как: возможность определения степени неоднородности локальных макро- и микронапряжений и характера их распределения, величины и глубины зоны пластической деформации и целого ряда других параметров.

Рассматриваются подходы к анализу процессов микромеханики дефорки рованного металла, которые разделены на три группы; механические, физические и методы численного моделирования, Обсуждается область применения каждого из них с учетом изменения дефектной структуры при различных условиях испытания образцов.

Приводятся результаты исследования различных авторов о взаимосвязи между кикроструктурой и условиями развития трещины. Показано, что снижение прочности и пластичности твердых тел связано с наличием несовершенств в кристаллическом строении в виде точечных, линейных, объемных и др.дефектов. Приведены основные типы разрушения и сопутствующие додели, в которых поведение твердых тел под нагрузкой рас-

сытераввегоя па зялоав преда*езлзнвя о лрэгвшшв в жя одаогроазлио дзу-с рай i» ежи розжг jîk.'wîcïôciujc пр од.--со оз - да (¿рркярозэяяя к рва-* ру~з ir»; я.

:1сойадовьакп зеаоксхзрвкява пэяяэнзя гафоогруккуры аэпрдаекно-го о ос? о ял-ля яря рззлпщц;' усаооаях кеСорннрозэжя покоаызозг, и сводная №сло::зц;зоелоя cipy:«eyps в цроцзсоо да^орквцв» es ряд коадсгвзьчцх Нзпря^пао-до^юрмройопасо сооэогдае '.

л заршпч зарвйгериоубася авжчием ик:ф ос кол»' '¡зой-ос обзос-той •

с роаяячш'З уроаядои уярощкжя, аогораз влиял иэ гелзчниу лрз'-шо-огя с на cïpyKiypmo парскмрк горажгярувдке vpcqi!E0ci0¡,кость ¡юн;.-рвозв. Соозиоеошя ¿»зду осаружгурок «вгзллов я «ореиезроиа ругишя, до аекэторо2 сгуяоки" позволяй® ооуцсетз'/шь вожидайвий . прогдоз кзхяшчесюх ев osota вагириоло. одпекс, вззпгосзяз'ь sissy ' '• . ки;фоо2ру1сгур:са:в довгэр&ы /разбором аврзз, плдановгж'йкадокецйй,' диоперспоогь» с|зз и ¡pop¡.oíí в;ш©ниД/ л упруго-пгасуа чвогя«к onoüo?'-' mm иелаия я aie рзокркгаз гредяад ооггагоя «зчэсгззаашк..

- Прлаздон онелиз #шче«вне-мег о?.ов, поззолидах исояодовюь зшй- ' нае с• рукгуряых фокзоров на Ешрдаоако~дефор::ирэ»зянов сосгояакв года. Уохаяомгно, чго язабзкво отрукаурко-^ьсгвиг огааш'ыех'одои я»« лдазся иегодц рваягоносгрукгу ряого- аязлвзо, в часгносяи ,• лрицальвоя-..". рекзггоаоаскоя гаизоаедрая. ' ■ ' ■ . • ' ' '

Показано, чго по да фракционной кэргиио понучзаао:! с прздвертаель-* ко дафориирозэнной обяаегг «8»ори8ДЗ иогуг tfaes доскеы оззвдеикс о дксюрсм; зсрисгвлли-вской рекам«. Сосевесстуэций зкзляз дцурэгаде- ' ouïïoto профиля ренггсповокой imhkií позволяет о высокой ючлойтв» ен-чяслигь дисперсию упругой деформации и упругув энергии де£орш1розз«~ iioii облаем галз. Установлена взаимосвязь мзэду ранггоновешшк''rispe-.. «озреыи и хзрзхсгоряиикзми разрушения воногрукциониоЯ сголл.:

Пря заданы модели, опвсызвщке гзоггнцив зарездэния a poonpoespeas-/'.-на я усааиоотной грещикц. £ан анализ лроцассов,'mnciffiseatu ргссдог-'' . рвннвыа моделями. Соглеопо одной нз «ах, грзгданв заррадоогся y.noäoo '•" скольншшя» в вале воккой грахгдараой облаогя сильно днюркировз:шога, мвгвривлв, Модель рвешшрявев? -бвявне мекду адкуаулйровзяпой я';шр- ч ГК0Й одзяговэй плэс2ич8ск02 дзформэцпи, вновобовдокной. эшргиой yftpj" • гой деформации к вззрзогзащай довврхкасалой эдаргшй. 'Ошюнвготся . ззроядони- усхвюслтй трещт ïo.ikîo в одаоы зерш. , •" -/.. ;

Приводьэся экспвринвйгольаш рвзуяыми по иоолэдозоиаю устплоог-• ¡ьк процессов, в струкгурэ Дйфорг^ролонного аагорив.лэ .. Сложат • нзмика взецмодййстгиа . сгрукгуры, авличао аоквльвах- обнзо- ; V

.гей с различимы»! прочноетнцш! ciioiiaraawii являйся характерно^ осо-•бэнностио деформированной зоны в герщщю усааяосгной гредпш.

Рассмотрено влигаыо поворчи ошшх слоев ле эштласгиционнцз евэ;ь gibo ивхориеиов. йикрострукгурнш процессы» ндпрашр, рогациопнио з^шсси развиваются по от&шгиы закопан з поизрхлостпнх сдоях, чем к йомена кагор!8ка. Яовэдашо паогиосав дислокаций зблизи погерхпо-01'. крисаадла а/шяег не процесс упрочнения.

Излагаемся эшргеа-ичасшй подход к оцзлнз трециносюЗкосгй. Кс-слздовзкие запасенной упругой энергии йэег возможное г ь изучать эволюцию да^екгзоМ ссруазуры при язвогнчоокой деформации л оцгшпхь количество израсходованной анергии не процесс разрушения.

Заканчивается глава hocishobkos задачи исследования.

Эгорзя глава посвящена не годика исследований и подгогов«ольдой работа к аколерииенге^ьаой и раочзгной частям по изучению каярнхен-; ¿-деформированного состояния вблизи растущих троцчи.

Получены ШХ8НИЧ901К9 свойства ыэ-гариапов, шикашых при разных видах нвгружепия: но схема внацзнтренного по-эг одного раотяаекия компвкеиого сварного соединения с инициированной трзциной, изготовленного иэ перлитной корлуадой стели и еусгенигиого на удорнь© .испытания образцов из высокопрочной стали о недревом поело предварительного упрочнения; не одноооное растяжение с постоянной скоростью деформирования, образцов в форш двойной лопат ли из тэхшчес-ки чиокшс металлов /.Я? ; ; tfr ; У/ / и cesíbí; Ы5Н10Т; От.2).

Сьеыка обрвацоа ооуцесЕвлялась на рентгеновском дафрактоштре •йРОН-г.й".

'* Приводятся описания оконояруировакннх и изготовленных приставок к рентгеновским двфракгормегрви типа ДРОН, предназначенные для исследования локального напряденного и деформированного состояния в образцах - но долях и изданиях как с плоской» ток и о криволинейной поверхность Изготовлено »стировочное приспособление для фиксации и со лодам дао участка образца. Приводится описание изготовленной ыи: ропучковой приставка, к скорая позволяет независимо.от работ основ ной реа?гвноопмческой схвв^ с гоакоивяром выполнять регистрацию рентгеногрвымн по схема "обратной" съемки на ф 02 од ленку.

Описываются ыекодики исследования для определения макрозапряжв-mh /раатгеаогоквя .тензометрия и «егод конечных элементов/.

Едфорквдии о гонкой структуре в рассматриваемых материалах полу чала иа 'вагйиаа ^ормы профиая рентгеновской линии. Для выполнения наобхб.вдых раочеаов о целью получения яуиаой информации в роаульт ■ 5- .' ::' • ■ .' :

те о я о л.; as пройдя ре.'агеновской л.шм бшш оглашена специальные программы для УЗМ индивидуального пользования.

Для'вьдасдзная плотности эиорган деформации и кооффщионга кинде-«рацяи налршонш: з оаэряоа совдаюяш по охоив внзхротрзшого рас-тяиояия бил попользован muí од кош'юли diouohiob. По специально со-стовлешшй арогреада раочюжс, используя лрацосо последовательного прибызюяин первого и ззгорого порядков, т.а. в упругой и упругоплас-

bw4jckoü лзсеоноико зздочи лолу'дли (яючения норыедышх и 1'эсзтбль-

нах оосгаалдздл азпрягоаця / С, ; ty ; ftp ; £?■ /> рэохввлдациа тензора обдай йз$ориэцаи { Sx \ fy \ \ ¿¿ /.с ггамо ого ялоо-ги че см в мишшэом / ; ; ; //*"* /.

Для исследования гонио!-; структуры крисяолли'юского строения по- • изрхносгеЛ изломов, получении« з розулыaro различных мсхшшческнх-испытониЯ, 0 001ЭВЛЗИЭ ыеюдекз обрзйогки асимиетричногй профиля дифракционной ж лен. Считая, но ъ любом отдельно ерях ом шкрообаеыэ локальная функции раолредекопян упругих де^орызций оаышгричнэ, из экопсраиояхэяшого вслмегрищого npa¿u ля дифращкошшх яиииЯ мего-дои Фурье анализе эадвлялись' сеыосзопгв яъ;ш оишвтричныв функцш. ,' /ого слагаемые/, которые псами ооогвегсгэозать "прочла иным" и "отой~ ■ лешш" аикрооб;58гаы. Процесс сингазировзлия выделенных слэгзечнх- ' оингяетоз рентгеновской линии выполнен по специально оосгввяэнноЯ программе.

Из выводов сделанных по методической части paCoi-u слэдует, что . ' проведанная подготовительная робота позволяэг осуществить заплзн'иро- • ваяякз экопзрилэивы.

В третьей глава приводятся дешив ыехадичзских и стлана Я, реигго-" новокой тензометрии и катодов чаолани'ого моделирования по' изучен'» деформированного ссстояшп вблизи иояцэнгрэторсю напряжений при раз-', ньк условиях нагружали я <

В рэзулиэге исолздовашя пшгряйэнно-дэфоретрэзэлного оостояния э:. сварном о о еда не пии при поыаци ректгенеструктурного анализа и методом копзчлых элсцзнтов /Ш&/ одалоао кгртографпролопие поля нзпргкйний вблизи взршишд инициированной традоы, яомрыэ указывают иогрэвллшу • наиболее вероятного распространения грацини. В результата задери пек-'' тельного определения и вычислений получили дэняье роапрэдолонг.я поля нопряяашй, кюорца изображала в виде эквипотенциальных линий* £ор-iüiiHS трещины /см.р/o.I/. По дшкш эксперимента по мере' укаличзияя .-..•• усилий и опыт а? ель ной метины эквагкявнвдвльныо линии обрвзовзйи р"сэ-'

акагкза, б/ - на основе раочзте по ¡Ж. Дифрьки обозначены зизчеакя напряжения в Шв. I - ооковной aasaoi, II - сворной шов, III - инициированная традаз.

нок кояцеисричзоких эллипсов, большая ось которых почти ке изыонялв свое Л ораенгеиш озспосигвяьно оси концентратора: от IU20 при усилий 8 х 10^ Я до luпри нагрузке 16 х IG^ Н. Угол наклона увеличивался до 117° лии£ после рзстяяенкя с с;;лой 20 х 10^ Ii, при этом уровни дейотзуюцих яепряавнйй сувдогвошю изменялись. Резукьтэлы вычислений показывав!, что экзкпгаонциельнье линии расположатся кон-Шмрич&оии вокруг концентратора, »о выглядя! боле о округлыми. Угол наклоны диаиегрв, вдоль когораго нэблвйвется о&ншэтркя, к оси концентратора состзвккет .саккз 102 - IU4-0, но не увеличивается яри воз растении нагрузки. Вз личине непрямоШй по данньи росчзва монотонно р&гаут, превшая ^ исследуемого материале. Отмеченное иесоохвея CIBU6 измора иных величин.напряжений вблизи коицэитреторе укезывает на нзсоваркенство подели расчета, в которой, .надо полагать, недостэ s очно полно учганы процессы пластического течения в взрииш трерны Предположение о роли процессов пластической дефорыоции косвенно подтверждается обнаруженный изменением £ыаи«скаго уыирения рентгеновской лиши, которая регистрировалась в ходе всего зкспаришнге в одной и s ой m точке. образца вблизи концеитрегЬрС непрдаеиий, в зависну ости от величины приложен ной внешней нагрузки, «азмческое ушц. ниб пропорциональное плотности дислокаций, монотонно возрестело. дс 8'

стирая насыщения при усилия ¿JJ х I04 i!, э ззге.у резко уменьшалось ¡üi',.p.\ü.'¿¡. Из нэвда-.доемой зависимости исияо предположить, что изменение картины распределения напря;;:е uiü при значительных впекших усилиях связано с кочзрланце« запаса пластичности з локальных иикро-об^виах и агоры ала в верицце трещины.

Рассмотрение эволюции пластической зоьы з вершине трещн-ны в озорном соединении при изменении нагрузки /Р/ методом конечных элементов при упруго-плэстичзской постановке задач" показало, что в интервале 0,025 í rA i

h10'

п

sî

и

31

32

/ / I

/

у

о S 16 2Í РЖИ

но. а

Изменение фичичэского усиления fj- при уволичзнив нагрузки в сварном соединении.

0,и5 наблюдается локализация деформаций с ростоу плот кости энергия деформации /см,рис.3 а/ и б//. Здесь Г ~ расстояние от вериины трещины до исследуемой точки в области напряженного состояния, & - половина длина инициированной трещины, Л - коэффициент плотности энергии деформации. При больших нагрузках /Р = 16 х 10^ й/ наояздается рост величины локализации зависимости J-f(f) . , что отражает усиление неоднородности напряженного состояния в рассматриваемом интервале вблизи вериинк трещины. Средняя величина коэффициента плотности энергии деформации ¡ Л/>. / больше в основном.металла, чем в материале шва, притом разница между Д*р. увеличивается по ыаре роста внешней нагрузки. Вычисление ко-вффициентз плотности энергии деформации показывает, что область пластической деформации имеет'повышенную плотность энергии деформации; наблюдаемое увеличэние да личины локализации зависимости Д*/(Р) при усилиях на образец характеризует неоднородность нвпряжешо-дефф-мировэнного состояния в пластичзокой зоне; пошаешое значение Д в материале шва отражает низкий запас прочности, что подавзркдается данными механических ивпитокий» т.е. трещина распространяется по сварному шву.

Поскольку под действие« внешнего прилошнного напряжения в ыате- . риале возникает локализация плотности анэргии деформирования, пред-

А0*

№ .0

0,5 ОМ

4 &

у* 0 СНГ ор <г; л 1 — * * * г

лг \ ! п .У

-и' ■Ъ^к-С // Д| г* л? .X \ \ ' V , 1 г ^ / / /

................. • 4

о 0,025 00 №5 7<г

О 0,025 00 0;0?5 %

Рис..З Значение юэ^/ициенва ллагноогй анэргии деформации - при усилиях аэ обрвеоц Р: 12 х 10* Н - ь(\ ¿0 х 10^ К - б/ в «аг-рице и свзраом ива по резузаввгак расчесов - I и '¿\ по данным рентгеновского анзяиав в ммрице - У.

сх'ввяяло прзиатастй иаверво выясни®ь, квк небольшая плэогическея деформация, возникшая при небольших нагрузках, молэе повлиять на энергоемкость рвзруаения образца в целом. С этой цзяьк были осущем-влены иехвничзокие погашения на ударный изгиб образцов с надрез он «о от ом 09Г2С в ишерввда температур ог -70° до '+аО°С. Кривая, ха-рзетеркгуюиея изменение гели чины ударной вязкости у /в исояе-довзннои го глературнок ингервэт и получанная по охвыв сгвндаргшх исшдапяй, шшгоогхю ахвидисгваянв кривой для материала, предварительно деформированного уснгшец в 4 х Ю3 И. Пооле воадайсавйя нагрузи 5 х Ю3 Н эквидимвнЕность сохраняема ишь до яешерезур ио-«цг-зкиа - йО°С, при более высишх ®ешюрв»урех охрупчивающее дайс®-31:о лре два риге лького натружеиия еще сильней /он .рис. 4/' йабдздаеиые. ■ э/сспер.шенгельно фэкгы оба ленда ся изиенвяиеи упруто-плэогичесгих ; хороетариевкк выделенного объемного зла менее в вершине надрезв, ко-" торов будез сопряжено с изшнанием внутренних напряжений, чго в свою очередь аквиваяенвко перераспределению дислокационных асрядов вдоль '. . границ» Твкоо поророопреде лзние дофакгоз криемвдаеокото отроения ооздвег дополнаагальнэв полз внутренних нвпрдаений, которое опредо- , . лаг в двльнвШом_хзмкгер рзэруиеккя: —7

где ¿G ¡i 4 - составляющие тензора внутренних напряжений, У - коэффициент Пуассона, & - взлачшиз крытия трещины, if - век-гор Бюртерсз, Ь - характерная размер зерна.

Таким оброзом, небольшая пластическая деформация способ-па инициировать тюзиикловэкиа дислокационных; зарядов по границам"областей /о<&сыов/, где развивается деформация. Внугрм такой области возможно упрочнение, которое влияет на кинетику рвзвкгия пластической зоны.

toe отмеченная эквидистантность магкду графиками

для предварительно кодаформированного образца

л

ан ег-л/сл'

и

--

vi / / i

/ Л41

-Í0

О W Т'С

Рис.4. Зависимость ударно;! вязкости / /оа; ¡температуры Д°С/ испытания образцов па очзт.'л Ст.ОЭГаС. •

I - без предварительной нагрузки; 2 - после предварительной нагрузки из '4 ж I03 Н; 3 - посла нагрузки га 5 х Л)3 Н.

и испытавшего начальное усилие з4-х 10^ Н обусловлена лишь изменением ¡¿а&гаабол плзспгческо«! зоны а 'области конщзнтрвтора. Нарушение эквидистантности после негру-гения силой 5 х 10® К ножа г указывать нз дополнительное изменение упруго-пластических свойств материала в семой деформированной зоне йз-за особенностей процесса деформации.

Высказанные соображения о роли пластической деформации в внутреп-шй /дефектно^ структуре в энергоемкости разрушения не противоречат обобщении, ода ленному по болшому количеству работ разшх торов.

Энергия, запасенная при пластической деформации твердого тела в системе дефектов крисголличзского строения, должна бьжь связана о ий-8ико-«еханичвоаиыа характеристиками этого года. Вгз энергия остается в твердом теде поело снятия нагрузки и выделяется при процессах, связанных с гвопюцией сястеш дефектов /ншриыер, возврат/, как правило, при повышении тзмперзвуры.

Результаты экспериментов в вида графических зависимостей аопасзп-

. ii

г

Лк

№

№ то

а/

Т

/ч

' -л-у' V* Яг

лЕ

м?

и

0,2

и -

о

Рас .5

0,25 0,$ 9,75

<Г

Л!к

т

Ж

т

о

47

К* 1 \

'{ \ с-»-- \

XI

АР

с;б ■

ол 0,1

е& о,в. ц&г/ьм

Кривмо деформирования С'(£) - I и лзтекгноя энергия в по- ■ иархносгкон олое после дадоршроввшя - 2, посла враьлешя -8 з кеда - а/ и железе - б/ в зависимости от приведенной пласшчаокой деформации ¿¡¿хе.

ной упругой знзргиз на фоне кривой депортирования показаны из рас.5. По порядку величины значения внутренней епергки, нзйдешол пугем анализа формы рэшгеновсюх линий, оказались близка извэогкш оценка,' о вкладе различных ¡сипов дефектов крисгэллачзокого сароешя в запасенную упругую энергии. Обрещаек на себя равнение нзыонозошосгь полученных зоввскыооге«. ¿ыплиаддо колэбзяа]; величины хатеиттИ »»оргии превышает'внлх® рассеяния экспераыенгзльных гочек, обусловленные з очи ост; ш измерений и вычислений. ¿¡го значке, чю колебания рзс-снюраввомои величины являются &;сперииеи:сввьньм фокгоа, коюрой в аналогичных опытах рзнзе да обнэруяалоя. Для проверю! эдого фэкгв с . позорхносги исследованных образцов элекгрбхишчеокиы способом бал удален поверхности!! слой яолцнной 0,15 т, после чего вновь была I выполнена ронтгеновскея сьеыко в условиях, вне логичных первоначзль-шш. Обработке новых рентгенограмм локезэла оэсугоэазае небаодэвпихся осцилляции /см.ркс.5/« Обнаруженные колебания величины запасенной упругой энергии, а г а кие н значения дисперсии, илогносги дислокаций, которые учаогвоаапй в расчетах, были связаны с явлениями, проходивши« в гонко« приповерхностно« олое нв образцах.

Для получения ответе не вопрос о возможных причинах обнаруженной коноюиносги оотвгочной энергш в ириповзрхносзсноы сдое бал проведен

Табл.1 Плотность дислокаций по геро удаления от поверхности для полакриегвллпческих заэшниевых образцов, где J> -платность дислокации, }j - толщина образца, Т - температура отгсйга.

(йркнл от Rc&axHOW- 2 лкл 0 5 19 15 & 35 7S

pit Cß PWI 1% 2,39 iu Щ гр Щ т

k^jejt w tß Щ Щ ш ¡л

k г Р№'Х w !>53 ф? EßS ш J

дополнительный експерншенв. Исследовались образцы из поликристэлли-чаского алюшшш /99,96%/ сечмшец от 0,5 х 0,5 до 5 х 5 деформированное одноосный растяжением с постоянной скоростью 0,052 u/v. Получений экспериментальные данные предсвБвлэны в таблица I. С помощью измерения мвкоуглового рентгеновского рассеяния находился сродник угол раз ориентации суботруктуры. Из полученных экспериментальных дзаних можно заключить следующее: . .

- на всех образцах имеется поверхностный слой о измененной структурой; толщина слоя тем болыие, чем тоще образец: от 20 ыкы для образца юлидакой 0,5 ш до 75 шад на образце толщиной 5 мы;

- плотность дислокаций в поверхностном слое вше, чем в объеме, а межблочная рвзориентация пошкенэ;

- изменение плотности дислокаций при удалении от поверхности немонотонно.

Таким образом, обнаруженные факты немонотонного изменения запасенной упругой энергии обусловлены-неоднородным развитием дислокационной структуры вследствие повышенной по сравнению с об&еыои суп-мерной плотности хаотических дислокаций н возможного наличия поверхностных концентраторов напряжений» Уменьшение плотности дислокаций в области дислокационной неустойчивости оовместда с данными по увеличению угла раз ориентации субструктуры в этих не слоях позволяет предположить, что в данном факсе прсявляэтся одно аз свойств мезо-скопического масштаба дефектных структур - ротацнонкэя яоуогойча-вость деформации.

ОСНОЗНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны экспериментальное основы прицельной рентгеновской тензометрии для решения задач микромеханики разрушения. Создан пакет программ для практической реализации метода, применительно к дифрак-тометру ДРОН-3.

2. Проведены доследования эволюции иапряжённо-дефоршрозанного состояния в сварной околошовной зоне пр.; различных условиях нагрукения. Выполнено картографирование полей напряжений в вершине инициирован^ ной треа(ины. Показано, что механические расчётные характеристики выполненные методом конечных элементов и данные анализа рентгеновского эксперимента коррелируют до момента страгивания трещины.

3. Экспериментально поручены количественные данные об изменении запасенной упругой энергии при разных температурно-силовых условиях испытаний. Показано, что в среднем доля латентной энергии от общих энергозатрат на деформацию составляет 0,5$. Тем не менее эта величина играет существенную роль в анализе механизмов'разрушения материалов.

4. Показано, что при деформации материалов приповерхностный слой материалов имеет существенные особенности. Развитие искажений структуры в нем в процессе деформации происходит немонотонно. Глубина слоя о особыми свойствами составляет в среднем Ю мкм.

Основные результаты работы диссертации опубликованы в работах:

1. Михайлов '3.Е., Макаров 3.3., Петров fl.fl. Влияние водорода на-пластическую деформацию в вершине трещины при замедленном разрушении. //3 еб. Повышение хладноломкости и несущей способности конструкций. П-ЛПС, а5 СО АН ССОР, Якутск, 1987, С.

2. Александрова Т.В., Барохтьн Б.К., Петров П.П., Шахназаров Ю.В. Строение изломов инструментальных сталей после термоциклического на-' гружения. //3 с5. Оптимизация структуры и свойства сталей и сплавов

в свете реолизайии программы "И-90". Материалы краткосрочного семинара 25-26 сент. 1967 г. Л.: 1907, С. 29-32.

3. Барахтин Б.К., Петров П.П., БоКкова К.И. Напряженно-деформированное состояние вблизи магистральной трещины в процессе нагруме.цш сворного образца из разнородных сталей» //Тезиоы докл. объединённого засед» трёх Постоянных Зсесовзних семинаров. Поверхность раздела, структурные дефекты и свойства металлов и сплавов. ЧГПИ, Череповец, 1988, С. 25.

1и Петров II.П., Ноетз '*/!», иакарой 3,3. Энергетика пластической

14

деформации по данным рентгеновского анализа. //Тезисы докладов У11 Республиканской научно-практической конференции молодых учёных и специалистов. II ч. Якутск, 1988, С. 49.

5. Сорокина Л.И., Борахтин Б.1С., Петров П.П., Пескиыев С.А. Циклическая трекиностойкость низкоотпущенного мартенсита стали 9Х£!й. //3 сб. ¡Ьташовые стали для горячего и холодного деформирования, ЛДНга, Л.: 1988, С. 27-30.

6. Барахтин Б,К., Петров П.<1., Сорокина Л.И. Кинетика разрушения низкоотпущенного высокоуглеродистого мартенсита. //Тезисы докладов сессии Постоянного семин. "ластическая деформация сплавов и порошковых материалов по теме Кинетика и термодинамика пластической деформации. II ч. МИ им. И.И.Ползунова, Барнаул, 1988, 0.71.

7. Барахтин Б.К., Иванов С.А., Петров. П.П. Запасённая упругая •энергия в приповерхностном слое деформированных металлоэ. //В сб. Физика и технология упрочнения поверхности металлов. ¿Тй им. Иоффе, АН СССР, Л.: 1988, С. 56-58.

8. Бетехтин В.й., Владимиров В.И., Еахтибаев Л.Н., Кадомцев А.Г., Петров А.И., Иванов С.А., Петров П.П. Дислокационная структура поверхностных слоев деформированного алюминия, //» сб. Теоретическое

и экспериментальное исследование дисклинаций. §Гй им. А.Ф.Иоффе, АН СССР, Л.: 1986, С. 201-206.

9. Берахтин Б.К., Петров И.О., Москвин А.И. Рентгеновокая приставка с четырьмя степенями свободы для исследования криволинейных поверхностей. //Приборы и техника эксперимента. 1969, М» С. 219-220.