О природе пространственной и временной периодичности при пластической деформации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

институт физики прочности и шериаловещения

сибирского отделения российской академии НАУК

На правах рукописи

горбатенко Вадим Владимирович

О ПРИРОДЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ И ЕРШЕННОЙ ПЕРИОДИЧНОСТИ

ига ШМ.СПНЕСКОЙ деяюрммш

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

Автореферат

• диссертации на соискание' ученой степени кандидата физико-математических 'наук

Томск -

1993

Работа выполнена в Институте физики прочности и. материаловедения СО РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Данилов'В. И.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Чумляков В.И.

доктор физико-математических наук Гриняев С.В.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский и .конструкторский

институт энерготехники (НИКИЭТ), г.Москва

Защита состоится " " с 1993 г. в

на заседании специализированного совета Д 003.61.01 при ИФШ СО РАН по адресу: 634048, г.Томск, пр.Академический, 2/1.

С диссертацией ыояно ознакомиться в библиотеке института. ' Автореферат разослан " " сг^/ ^ ^ 1993 г.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организацм просим присылать в'2-х экз. на адрес института.

Ученый секретарь спецсовета, доктор физ*.-мат. наук

Е.В.Чулков

- 1 -

онцая 1аракгешстика работу

Актуальность. Развитие и совершенствование представлений о процессах пластической деформации и разрушения твердых тел в наибольшей мере связано с успехами в изучении свойств дислокаций. В то se время, по мере накопления фактических данных о поведении единичных дислокаций становились' все более очевидными трудности в создании теории макроскопических механических свойств материалов, На сегодняшний день теория дислокаций не. привела к создании инзенерной теории прочности и пластичности, причины этого неоднократно рассматривались и не в последнюю очередь обусловлены не-возмозш>стьэ простого "суммирования" свойств элементарных носи-.-телей деформации - дислокаций для описания поведения крупного конгломерата. Этим объясняется поиск новых концепций и подходов в физике пластичности, среди которых в последнее вреда преобладает анализ поведения ансамблей дефектов и тех кооперативных эффектов,' которые характерны для них.

На протяжение последних десяти лег такие подходы успешно развивались з работах Панина В.Е. (структурные уровни пластической деформации), Козлова Э.В. (эволюция дефектной структуры и стадийность пластической деформации), Владимирова В.И. (ротационная неустойчивость пластической деформации) и многих других представителей отечественной икоды. Пока эти концепции не могут еще претендовать на универсальную роль в описании пластического формоизменения. Причиной тому слушт, вероятно, недостаточная развитость экспериментальных и методических подходов к деформации как коллективному эффекту: значительный опыт, накопленный за десятилетия в физике пластичности, связан, в основном, с изучением поведения индадцуальных дислокаций.

• Поэтому применительно к физике пластичности сегодня возник глубокий интерес эксперимента торов к кооперативным процессам в деформируемом материале, но ощущается неполнота представлений о возможных видах саг/оорганизации. Перспективы здесь могут быть связаны с применением нового метода анализа " м^/Ьц" долей пластической деформации - голографяческой интерферометрии, eró усовершенствованием с цель» существенного повышения точности и производительности, что может предоставить новые количественные данные о макроскопических эффектах, необходимые для развития теории пластической деформации.

Целью проведенных исследований является уточнение количест- ' венных представлений о волновой природе пластической деформации за счет принципиального повышения точности используемой экспериментальной аппаратуры, увеличения степени ее автоматизации и работки ¡элементов количественной модели, пригодной для описания наблюдаемых в экспериментах пространственной и временной периодичности процесса пластического течения.

Для этого в работе поставлены и решались следухцие задачи:

1) Разработать и создать прецизионный высокопроизводительный программно-управляемый комплекс для спекя-фотографяи, который бы позволил перейти от в большей степени качественного описания полей деформации к их количественному анализу на протяжении всей кривой деформация-нагружения. Подготовить пакет программных средств для работы с такого рода данными статистического и других видов анализа для выявления параметров пространственно-временной самоорганизации.

2) Используя такой комплекс, выяснить количественные и качественные закономерности самоорганизации пластической деформа- . ции на макроскопическом уровне. Рассмотреть условия возникновения пространственно-временных периодичноетей -в зависимости от структурных особенностей материала (коно- а полукристаллического состояния) на примере алюминия, для которого достаточно глубоко проработаны основные дислокационные модели пластического течения и деформационного упрочнения.

Научная новизна результатов. На основе применения спенл-ин-терферометрического метода регистрации полей дисгореии в работе впервые получены достоверные количественные характеристики про-■ странственно-временной периодичности пластического течения и проанализировано их поведение при изменении условий и режимов деформирования. Предложена и проанализирована физическая модель возникновения периодических распределений компонент деформации. Выявлены необходимые условия существования пространственно-временных периодических структур, предложены модели возникновения периодичности и развития жидкометаллической хрупкооти алюминия. Обоснована возможность раннего обнаружения зон предразрушения в нагруженных объектах.

Практическая ценность. Результаты работы были использованы ■б IíiíIM СО РАН при создании волновой теории распространения пластической деформаций и разрушения твердых тел, а также при оформлении международной российско-японской патентной заявки на авто-

ыагазированный комплекс "AIMEC". Программа и техническая реализация метода днухэкспсзиционной спекл-интерферсметрии, выполненные в работе, могут быть использованы в исследовательской практике экспериментальных лабораторий, научно-технических учреждений и в производстве в целях диагностики разрушения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Конструкция и программное обеспечение автоматизированного комплекса для анализа спеклсграмм, получаемых при исследовании пластической деформации.

2. Совокупность экспериментальных данных о полях деформации при растяжении коно- и поликристаллов алюминия.

3. Модель возникновения временной и пространственной периодичности пластической деформации на основе микроскопических релаксационных актов в деформируемом материале.

Аппобзтхпя результатов. Результаты работы были долокзны на "5 Всесоюзных и региональных конференциях, семинарах и симпозиумах: Всесоюзный семинар "Поверхности раздела, структурные дефекты я свойства металлов" - Череповец, 1988; II Всесоюзный симпозиум по перспективным мегаллич. материалам. - Москва, 1981; I Всесоюзная конф. "Оптические метода исследования потоков". -Новосибирск, 1991; к.-г. конференция ''Интеркристаллигная хрупкость сталей и сплавов". - Ижевск, 1989; Всесоюзный семинар "Пластическая деформация в условиях внешних энергетических воздействий". - Новокузнецк, IS88.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Струкгупз диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 118 стр., 43 рисунка, I таблицу. Список датируемой литературы содержит 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

»

Во введении обоснована актуальность работы,'сфор-мулировшш задачи исследования и положения, выносимые на защиту.

Первая глава имеет обзорный характер: в ней рассмотрены основные представления о физике деформации и разрушения ГЦК металлов.

Во второй глазе изложены методика экспериментов и описана автоматизированная система анализа спеклограмм.

В работе исследовался высокочисгый (99,99 %) и электротехнический (99,6 %) алюминий. Из предварительно прокаганвых полос алшиния толщиной 1-2,5 мм изготавливались образцы в виде двойной лопарки. Готовые образцы подвергались рекристаллнзационному отжигу.

Металлографические исследования поверхности проводили на микроскопе "Неофот", шрактографический анализ на сканирующем электронном микроскопе' Я/£<7Д ".

Образцы деформировали со скоростьв 0,1 мм/мин растякениегл в захватах испытательной машина Ц85". В процессе де-

формирования производили съемку двухэкспозиционЕых спеклогракм.

Спекл-фотограсрга - одна из разновидностей голографической терферометрии. Ранее этот метод успешно применяла при анализе полей смещений упруго деформированных объектов в саду высокой точности, простоты аппаратурной реализации и низких требований по виброзащита экспериментальных установок.

Образец, закрепленный в захватах испытательной машины, освещают расширенным лазерным.пучком. Первую экспозицию производят после, деформации до предела текучести, затем образец растягивают на 50-100 мкм {&£ ) со скоростью <? и производят вторую экспозицию. После.смены фотоносителя (фотопластинки) ёе экспонируют, снова деформируют образец на &£ , производят вторую экспозицию, меняют фотопластинку и т.д. Таких! .образом, после проявления фотопластинок получают набор спеклограым, каздая из которых в хронологическом (через ^ = ¿¿/б) порядке содержат информацию о .поле смещений образца по отношеаию к предыдущей.

Процедура расшифровки спеклограммы сводилась к ее последовательному просвечиванию в каадой точке лазерным пучком (сканирование) , определению наклона и шага интерференционных полос Юнга, расчета величины вектора прироста смещения и его компонент.

Сложность и трудоемкость ручного замера параметров полос Юнга резко ограничивают возможности метода. В литературе описано несколько различных подходов к автоматизации*анализа полос Юнга. Все указанные системы базируются на микро-ЭВМ и содержат черно-белую телекамеру и специальное устройство сопряжения с компьютером, которое служит для оцифровки изображения и передачи его в оперативную память компьютера в виде массива чисел.

Упрощенная схема работы на исследовательской установке для расшифровки спеклограмы следующая. Спеклограмма устанавливается

ва микроподвижный столик с дистанционным управлением. Столик позволяет перемещать спеклограмму в ее плоскости в двух координатах в пределах 100мм, минимальным шагом 14 миг и ошибкой позиционирования 0,5 %. Перемещения осуществляются двумя миниатюрными шаговыми двигателями, которые управляются персональным компьютером IBM РС/АТ-286 в помощью встроенного интерфейса. Спеклограмма просвечивается узким (I юл) лазерным пучком. Картина полос Юнга за счет дифракции на спеклограмме формируется па полупрозрачном экране, позади которого на фиксированном расстоянии Lz расположена видеокамера. Сигнал с видеокамеры поступает на встроенный в компьютер интерфейс, который производит оцифровку "^сигнала и осуществляет прогрнгсчяо-упразляемый ввод данных в оперативную память компьютера.

Управление компьютером в режиме сканирования спеклограммы осуществляется по разработанной программе, которая анализирует изображение картины полос, вычисляет их шаг и наклон, перемещает спеклограмму з соответствии с определенным рабочим полем сканирования. Перед началом работы оператор в диалоговом режиме зада- . от конфигураций системы. Назначаются также режимы фильтрации изображения и параметры фильтров. Устанавливает число необходимых замеров в одной точке спеклограммы. Затем спеклограмма выводится оператором в позицию Х=0, Y =0: после этого оператор кокет переместить спеклограюлу' в любую точку области сканирования и-начать работу в ручном или автоматическом*режиме.

Инструментальная ошибка комплекса при замере локальных удлинений с использованием отечественной телекамеры КТП-52 (видикоя) ¿I'lO"* (данные для десятикратного замера в каждой точке).

В.третьей главе изложены результаты исследования полей пластической деформации алюминия е разных структурных состояниях и на различных участках кривой нагружения.

Первая -часть работы посвящена исследованию моно- и бикрис-тзллов для детального изучения макроскопических аспектов пластического поведения, простейших с точки зрения структуры агрегатоз и выявления основных закономерностей макроскопического формоизменения при разных степенях общей деформации.

Полученные таким образом данные использованы для анализа более сложных поликристаллических объектов и крупнокристаллических агрегатов с измененным состоянием границ - в условиях жидко-металлического охрупчивания.

- б -

Образцы из высокочистого алюминия подвергали рекристаллиза-ционному окшгу, а затем отбирали из них такие, в которых центральная (рабочая) часть представляла собой монокристалл размерами 40-50x12x2 ш. Полученный монокристалл деформировали с одновременной съемкой спеклограмм через каждые 60 мкм (ОД %) общей деформации при Т = 300 К. Первые 12 спеклограмм сняты в интервале общих деформаций <£ от 0,2 до 1,3 %. Следующие 10 спеклограмм - в интервале деформаций от 5,0 до 6,0 %.

При малых степенях деформаций, соответствующих стадии линейного упрочнения, удлинение монокристалла происходит крайне неоднородно, а распределение сдвиговых деформаций имеет апериодический характер. Монокристалл сначала разбивается на несколько частей-фрагментов с локализацией скольжения на их границах; эволюция в этом случае заключается в постепенном расширении участков локализации до их полного слияния в момент начала стадии параболического упрочнения.

Рост общих деформаций до 1,2-1,3 % приводит к снижению локализации удлинения из-за того, что участки, не подверженные удлинению, становятся все более узкими или исчезают совсем, т.е. деформация охватывает уже весь кристалл. Апериодичность пространственных распределений сдвиговой деформации заметно снижается и возникают регулярные распределения.

В целом неоднородность приростов удлинений монокристалла с ростом общей деформации снижается. Для иллюстрации этого факта полезно воспользоваться некоторой обобщенной характеристикой поля деформации. В этом смысле удобным является среднеквадратичное отклонение (СКО), которое в данном случае может характеризовать суммарное отклонение локальных удлинений и сдвигов от их средней величины. С ростом общих удлинений СКО этих величин монотонно возрастает, однако скорость ее роста при деформации от 5 до 5,9 % существенно ниже,, чем при деформации от 0,2 до 1,3 %.

Исследование полей деформации бикристаллов, в которых параболическое упрочнение начинается раньше, чем в монокристаллах, демонстрирует влияние границ зерен и связанных с ними аккомодационных процессов на начало Ш стадии. Здесь имеет место совпадение первого зарегистрированного акта интенсивного удлинения в приграничной области со стороны "жестко" ориентированного зерна с началом Ш стадии. Начиная с этого времени, зерно, ранее деформировавшееся крайне слабо, сильно увеличивает вклад в общую деформации. -Такое поведение мокно объяснить как "прорыв"

сдвигов через границу с последующим инициированием скольяения внутри зерна.

Вероятным представляется аккомодационный сдвиг в приграничной области, который стал возможным из-за возникновения ПС, характерного для Ш стадии. Здесь концентрация наполнений к этому моменту времени достигла максимального значения. Тот факт, что подобный сдвиг происходит циклически с ростом общей деформации, указывает, вероятно, на отличную от характерной для середины зерна природу этого процесса и нуждается в детальном исследовании. Отметим следующее: имеет место цикличность аккомодации приграничной области, уравнивающий интенсивности деформирования двух смежных зерен, которые сначала деформировались существенно по разному, а после аккомодации практически одинаково.

3 монокристалле после 1,3-1,5 %, а в бикристалле после 0,8-0,9 % общей деформации наступает параболическое упрочнение, возникают периодические пространственные распределения сдвигов, степень неоднородности скоростей пластической деформации скачком снижается. В поликристаллическом алюминии Ш стадия начинается практически сразу после предела текучести, степень неоднородности пластической деформации не изменяется, а распределение сдвигов имеет периодический характер. В таблице приведены результаты спектрального анализа пространственных распределений сдвигов для различных степеней деформации, размеров зерен и толщин поликристаллических алюминиевых образцов при активном растяжении. Видно, что целенаправленное изменение этих параметров в ходе экспериментов не оказывало влияния на пространственный период. Такой набор данных и их анализ позволяет сделать предварительный вывод о том, что пространственная периодичность возникает яа стадии- параболического упрочнения и обусловлена на микроскопическом уровне развитием ПС. Она неразрывно связана с ахяоыодациоянши процессами, снижающими уровень упрочнения в локальных областях материала.

Основываясь яа данном вывода, молено было бн предположить, что изменение характеристик ПС должно оказать сильное влияние на параметры возникавших периодичностей. Известно, что ПС - термически активируемый процесс, поэтому смена тевдературно-скорост-ного режима деформирования на Ш стадии сильно изменяет вид кривой кагружения. Можно предположить, что эксперимент, аналогичный описанному с поликристалличесякы материалом, но проведенный'

- а -

Таблица

Пространственные периода локальных сдвигов в поликристаллическом алюминии при Т = 300 К

Деформация, Размер Толщина Период, Спектр.

% зерна, мм образца, ш юл плотность

од 2,5 2 5,19 0,0082

0,2 2,5 2 4,86 0,0066

0,4 2,5 • 2 5,59 0,0082

0,5 2,5 2 5,33 0,0077

0,6 2,5 2 •5,38 0,0093

0,7 2,5 2 5,18 0,0066

1,0 2,5 2 5,26 0,0106

1,7 2,5 ' 2 5,10 0,0062

1,2 2,5 2 5,37 0,0058

5,1 ' 2,5" 2 5,20 0,0092

5,2 2,5' 2 5,19 ■0,0099

5,4 2,5 2 5,10 0,0067

5,5 2,5 2 5,69 0,0072

5,6 2,5 2 . 5,37 0,0075

5,7 2,5 2 5,38 • 0,0058

5,8 2,5 2 5,38 ■ 0,0057

5,9 2,5 2 ' 5,16 0,0073'

6,0 2,5 2 5,43 . 0,007?

'1.0 •0,2 1.0 5,40 0,0071

1,0 0,2 1,5 5,60 0,0052

1.0 2.0 2 5,20 0,0029

1,0 1,0 2 5,40 0,0022

яри пониженной температура, з случае изменения характера периодичности сдвигов мог бя подтвердить правильность предварительного вывода.

Снижение температуры испытания до 200 К, а значит я активности ПС, резко меняет характер полей деформации алшишгя. Средний пространственный период сдвиговой компонента тензора при Т = 300 К составил по результата?.! спектрального анализа 5,4 им, при Т = 200 К он увеличился до 8,3 мл. Т.е. среддай период пространственного распределения - темпэратурно-чуБСГВитэльная характеристика деформируемого материала.

Рассмотренные особенности процесса деформации бякркстаялов алюминия позволяют швести следущуэ упрощенную последователь-кость его:

I) знугрззереннов скольгение - 2) возникновение поворотных моментов - 3) аккомодационный сдвиг в приграничной области -- 4) возврат к пункту I. Такой процесс, как унз отмечалось, протекает циклически и приводит к ceeschhb раз нищ в деформации сыеаных зерен. Затруднения в реализация аккомодационных процессов инициируют рглаксацзэ путей трещинообразования, gapynesse сплошности е"разрушение. .

• Следуя внЕвошманной схеке,. иопяо озздать при нзкггешш свойств грашщ зерэЕ и приграничных областей резких изменений пластических сзойсгз. Наличие диффузионных потоков по границам . зерен в случае зидкометаллячесяого охрупчивания, например, В'случае контакта AI с гадким G'x ,. также приводит к резкому. свжект пластичности материала.

Небольше количества£а-ещз не вызывают катастрофического охрупчивания алюминия, во существенным образе..: изменяют картину пространственных распределений локальная деформаций, которые з этом случае становятся апериоднческэ.ш с резкими аг.шштудшгщг всплесками в районе предразрушекия. Коренным образом при этом меняется схема взаимодействия смежных зерен. Релаксация упругих напряжений в приграничных областях происходит путем взаимного сдвига зерен в противоположные стороны в плоскости образца и образования трещины. При этом одно из зерен биярнсталла практически не деформируется.

Для качественной интерпретации полученных данных будем исходить из того, что обогащенная галлием граница становится диффузионным источником для тела зерна, так что в направлении, нор-

мальном к границе, возникает диффузионный профиль, характеризующийся падением концентрации примеси в объеме кристалла. Это затрудняет аккомодационные сдвиги и ведет к интеркристаллитному разрушению. Это выражается в нарушении периодичности пространственного распределения локальных деформаций. Таким образом, можно говорить о том, что пространственная периодичность является формальным признаком устойчивого пластического течения, а ее нарушение может свидетельствовать о формировании критического состояния, ведущего к разрушению.

• Кроме того, такой подход позволяет несколько по иному взглянуть на феномен £Ш на примере системы Ы-Са. Учет влияния пластических процессов делает возможным предложить следующий механизм охрупчивания:

1) После нанесения на поверхность поликрисгаллического алюминия происходит его активная диффузия по границам зерен, так что к моменту достижения предела текучести при нагрукении материала успевает проникнуть во все границы при условии его достаточного количества..

2) Хорошо известно, что в твердых растворах вероятность ПС уменьшается, поэтому можно предположить затруднение аккомодационных процессов в приграничных областях; причем контролирующим фактором является не стационарные концентрации^ здесь, а их градиента, т.е. диффузионные потоки из границ в зернам Таким образом, динамика развития ПС и аккомодационных процессов контролируется скоростью такой диффузии.

3) Снляение возможности ПС как аккомодационного процесса обуславливает релаксацию напряжений в приграничных районах путём -рзшукоосрагования', в этом случае затруднено будет и затупление заро;:-:да!адихся трещин.

4) Как было отмечено ранее, такая аккомодация происходит ц::к.'1иччски по мере развития деформации; в этом случае рост тре-

буцот прогрессирующим.

; предложенном механизме заложена обратная функциональная сейзь у&ау интенсивностью дай-узш и степенью охрупчивания. В соответствии с ним снижение скорости деформации способствует то-•47, ч1у медленная в данных условиях аккомодация будет "успевать" ¡.елаксироьзть напряжения, увеличение температуры ускоряет дифузу-

а значит контролируемую ею аккомодацию и снижает степень -•■хгуичгааяия за счет снижения вероятности релаксации напряжений

Полученные результаты и их анализ свидетельствуют о тесной связи пространственной периодичности с микроскопическими процессами, протекающими в материале в ходе пластического течения, характером дислокационного скольжения. Такие процессы имеют на стадии развитой пластической деформации характерные времена <1 сек и пространственные масштабы, соизмеримые со средним пробегом дислокаций аг1-2 мкм. Они, вероятно, обусловливают периодичность значительно более мелкого масштаба -1-10 мкм, т.е. субструктуру. К настоящему времени такой подход активно используется при описании процессов образования субструктуры в деформируемом материале.

3 связи с вышеизложенны!.! при попытке объяснения эксперимент тальных фактов необходимо сделать допущение, не имеющее прямых экспериментальных подтверждений, а тленно: исследуемая периодичность локальных скоростей деформаций вдоль оси растяжения является суперпозицией мелкомасштабных "высокочастотных" колебаний скоростей пластической децормации. При этом измеряемое в точке в ходе эксперимента значение локальной скорости зависит от частоты осцилляции скорости деформации в локальном объеме, которая определяется скоростью и количеством подвижных дислокации.

При создании возможной модели для условий активного нагру-жения будем рассматривать пластическую деформацию, как процесс релаксации внутренних локальных напряжений. Рассмотрим элементарный объем материала (далее - релаксатор) размером порядка длины свободного пробега дислокаций' В* , деформируемого растяжением со скоростью^'. Тогда скорость возрастания напряжении, действующих в нем, можно представить как

-Г в (4.1)

где ¿^о - динамический модуль упругости системы "окружающий материал-релаксатор"; - скорость-пластической деформации объема; ¿Г - модуль сдвига.

Скорость пластической деформации будет в этом случае контролироваться скоростью и количеством подвижных дислокаций, иными словами .

Я . в * (4.2).

г&ъу?^- скорость размножения дислокаций - скорость, с которой они покидают релаксатор или аннигилируют.

Явный вид уравнений (4.1).и (4.2) будет зависеть от характера движения дислокаций, т.е. от функциональной связи 1Ги ЗТ, .

способа размножения е аннигиляции. Для случая Ш стадии деформационной кривой размножение будет происходить за счет двойного поперечного скольнения (ДПС). Б втои случае кинетика размяокения по ыеханвему Видерзиха монет быть опасапа как

о

¿= $м>р„ ¿Г, (4.3)

— г** '

где коэффициент рагшогешш подвижных дислокаций, 2 - г //- ?))!, (4

гдесС - число петель, Бознцкашшх црн одном акте поперечного скольеокия;/п - количество отлх актов, испытываемых одной винтовой дислокацией на единице площади;/> - вероятность второго поперечного скольаэния. Экспоненциальный члеы в этом выражении, как показывают расчеты для алгмикия, слабо изменяется с ростом калряхэнш. Коэффициент /л сильно зависит, в частности, от плотности дислокаций леса. Полагая, что эта плотность медленно и незначительно изменяется на стадии параболического упрочнения внутри релаксатора., будем считать коэффициент ^константой. Скорость терадакгквированного дзлкекия дислокаций выразим как

ехр Г - + ъу/лтЗ, (4.5)

где и - энергия активации; V- активациенный объем.

В общей виде система уравнений, с учетом (4.1)-(4.5) при ёр= Лл 3 ^ выглядит гак:

(<? - - ^ ег.--

1 • С г- ^ (4.6)

, . (с/^ я ¿^лт /Г - Щ/Э/т?,

• [1схр Г-1//ХГ+ ГуГ/*,^

¿Г = 1

I £ 2-/5 , - - ¿/< у г

где/5 - коэффициент тормоаения для квазлвязкого движения дислокаций;^- обратно среднему времени, за которое дислокации аннигилируют, покидают объем релаксатора или теряют подвиеность.

' Эти уравнения описывают затухапцие колебания напряжений и плотности подвгЕшях дислокаций, в ходе растяжения. Стационарная точка (фокус): ТЛ - />7" - е* А) + М)/^

а =

В го до время для болев полного приближения к реальному процессу необходимо учитывать наличие дислокаций леса с точки зрения их вклада в поле дальнодейстзухщвх напряжений и как источник гетерогенного размножения, разницу в величинах действующих напряжений в плоскостях поперечного и пёрвичяого сяолкзений,

т-8': ¿Г- £ еу> £~ У/ХТ + ЪеУ/М^, }

где Те- 2Г- 2" - 6 V(¿^ /- эффективные напряжения; / ~ 0,3 - константа междяслокйционного взаимодействия; 6 -- вектор Бюргерса; - плотность дислокаций леса. В итоге, учитывая (4.1М4.7), шеем:

- <$> Л ехо£-£//хПЩ2--ребт/ОЬ+Л))/**'^

где // - коэффициент, учитывающий разницу в велитанах дейстзуэ-щих напряжений в плоскостях поперечного и продольного скольжений; доля дислокаций леса, участвушда в размножении. • Колебательный процесс в такой система обусловлен, но существу, следувдим. Рост напряжений а релаксаторе происходит до уровня спонтанного размножения дислокаций в плоскости поперечного скольжения. Процесс этот термически активируемый а развивается при высоких напряжениях, при этом напряжения в плоскостях первичного скольжения-оказываются достаточными.для безактиваци-оняого движения дислокаций и быстрой релаксации напряжений. При этом подвижные дислокации покидают объем релаксатора, а процесс размножения прекращается. Активное растяжение кристалла вновь приводам к росту напряжения, активизируется размаоквниеи цикл повторяется. ..*'.''.

Численное решение системы уравнений (4.8) проводили методом Рунге-Кутта. В расчетной модели использовали для алшиния: и = 2,2 эВ, У « 4,8'1СГ21 см3, <е = 0,3, в - 4*10 Ша'с, = -103 м/с, £ = 25000 МПа, ¿¿=0,7 (плоскость поперечного скольжения под углом 45 0 к плоскости первичного скольжения),

¿с = 0,000017 с'1, остальные параметры варьировали в ходе машинного моделирования. Начальные условшу^ = 0 и Т =г -60 МПа.

Результаты показывают наличие затухающих колебаний плотности подвижных дислокаций и напряжений в релаксаторе, причем'наибо-

лее сильное влияние на характер колебаний оказывают два параметра модели к - активность дислокаций леса как источника размножения яодвкшис дислокаций.

Добавка к уравнению (4.8)членав, опксывавдкх взаимодействие релаксаторов, даог переход к распределенной системе. Характер такого взаимодействия еще недостаточно ясен, во при использовании членов диффузионного шха уравнения могут описывать макроскопическую пространственно-временную периодичноеть.

Основные вывода

1. Экспериментально доказано наличке пространственной периодичности на унастке деформационного упрочнения поликристаллячес-кого А1. Величина пространственного периода составляет « 5 мм и не зависит от размеров образцов и зерен в них. При понижении температуры испытаний от 300 до'200 К величина пространственного периода возрастает до*=5 9 мм.

2. Показано, что такая периодичность связана с процессами релаксации упругих напряжений в деформируемом материале. При этом отклонения ог регулярности являются признаками изменения характе-

а пластического течения, б частности зарождения разрушения.

3. Предложена релаксационная модель развития пластичности, приводящая к колебательному режиму деформации и учитывающая ки-

зтпку элементарных дислокационных сдвигов в материале. Прознали-ированы условия возникновения пространственных и временных колебаний в деформируемой системе с учетом ее микроскопического строения.

4. Разработана конструкция и создано программное обеспечение автоматизированного комплекса для обработки спеклограмм. Повыше-на точность измерений компонент тензора пластической дисторсик, расширена информативность их представления и увеличена производительность процесса обработки экспериментальных данных.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Зуев Л.Б.Горбатенко В.В., Данилов В.И. Экспериментальный анализ поля смещений вблизи трещины.// Техническая диагностика и неразрушаидий"контроль. - 1991, £ 4. - С. 65-68.

2. Зуев Л.Б., Горбатенко В.В., Данилов В;И. Пластическая деформация алюминия при жвдкометаллическом охрупчивашш. // ФХШ. -1991, Я 4. - С. 92-95.

3. Зуеэ Л.Б., Данилов В.Й., Горбатенко В.З., Гончаренко Л.В. Границы зерен при пластической деформации алюминия при Т< 0,3 Трт.. // Тезисы докл. Всесоюзного семинара "Пластическая дефор- • мация в условиях знеиних энергетических воздействий". - Ново-кузнец, 1933. - С. 25-26.

4. Горбатзш;о З.В., Зуев Л.Б., Данилов В.И. Ротационные процессы при зидкометаллаческом охруцчивании алюминия. // Тез. докл. я.-т. конференции>"Интеркристаллитная хрупкость сталей и сплавов". - йкевск, 19В9. - С. 26-27,.

5. Горбагенко В.В., Даналоз В.И., Зуев Л.Б. Спекло-интерферомет-рялеский метод исследования деформаций. // Тез. докл. I Всесоюзной конф. "Оптические метода исследования потоков". -Новосибирск, 1991. - С. 183-189.

6. Зуев Л.Б., Панин В.Е., Данилов В.Н., Горбагенко В.В. Самоорганизации элементарных актов пластичности и волны пластической деформации. // Тез. докл. II Всесоюзного симпозиума по перспективным метаядич. материалам. - Москва, 1991. - С. 89-90.

7. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Горбагенко В.В. Прягяой количествен-янй анализ пластической деформации и разруиэния при действии ПАЗ. // Тез. докл. Всесоюзного семин. "Поверхности раздела,

- структурные двфзктн а свойства металлов"» - Череповец, 19.38. - С. 30.

Формат 60x84 1/16. Объем 1S1 печ. я. Захю 419. " Тираж 100 экз.

Малое предприятие 'Папвграфвет*

634055, Tomcs=55s пр. Ахадеьгачесхза, 2/8