Прерывистая текучесть в промышленных алюминиево-магниевых сплавах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГБ

П

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Криштал Миха1-ш Михайлович

УЖ 534.16:548.4

ПРЕРЫВИСТАЯ ТЕКУЧЕСТЬ В ПЮМЫШЛЕННЫХ АЛНМИНИЕВО - МАГНИЕВЫХ СПЛАВАХ

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата Фиэшсо-математических наук

Самара - 1994

Работа выполнена в научно-иссшедовательской лаборатор! N 10 кафедры "Материаловедение и технология металлов" толь® тинского политехнического института

Научные руководители: академик. ИЛ Р1> и МИЛ, доктор техш

ческих наук, профессор Криштал ли

доктор Физико-математических наук, профессор Выбойщик М.А.

Официальные оппоненты: доктор ({мэико-математачеасих нау!

профессор Алехин В.П.

доктор технических наук, профессс {Опии В.Д.

Ведущая организация: Управление лабораторно-исследовс

тельских работ АО "АвтоВАЗ"

Защита состоится 15 июня 1994 года в 10 — часов I заседании специализировадаого совета Д 063. 16. 03 по залц те диссертаций на соискание ученой степени кандидата Физию: математических наук при Самарском государственном технически университете по адресу-. 443010, г.Самара, ул. Галактионовс к&я, 141, ауд.23.

С диссертахшей молено ознакомиться в библиотеке универа

тега.

Отзывы просим высылать по адресу: 443010, г.Самаре

ул. Галактионовская, 141, ученому секретарю совета.

Автореферат разослан "А/ " ¿¿¿¿¿У^ 1994 г.

Ученый секретарь специализи

рованного совета доктор Физи

ко-математических наук

Л

Митлина Л.^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Современный уровень развития промышленности требует постоянного повышения качества изготовления различных изделий методами обработки металлов давлением, увеличения точности расчетов изделий на прочность и надежности трогнозирования поведения материала изделий при эксплуатации. Зозникает необходимость изучения деформационных процессов на различных масштабных уровнях с учетом присущей пластической цеФормации неоднородности. С практической точки зрения, более актуальным представляется исследование макронеоднородностей деформации, которые непосредственно приводят к. снижению проч--юсти изделий и качества их поверхности. С макронеоднород-•юстыо деформации связаны такие известные явления как деФорма-яля Чернова-Людерса, приводящая к образованию зуба и площадки текучести, и прерывистая текучесть, выражающаяся в появлении многочисленных зубцов на кривой растяжения. Прерывистая текучесть изучена, значительно хуже, так как в большей мере, чем реформация Чернова-Лвдерса, зависит от условий эксперимента, а. представления о ее природе более противоречивы.

Наиболее ярко прерывистая текучесть (ПТ) проявляется на лшавах замещения, среди которых промышленные А1-Мд сшивы гасто выбираются как объект исследования. Однако существущая ^Формация о ПТ представляетоя недостаточной, как для практи-4еского применения, так и для создания последовательной теории, способной объяснить различные зависимости, связанные с этим явлением, и предсказать особенности его проявления.

В связи с этим необходимо проведение подробных исследований прерывистой текучести на промышленных А1-Мд сплавах.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определение общих закономерностей и особен-юстей проявления прерывистой текучести при деформировании фомьшшенных А1-Мд сплавов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Изучить особенноста деформации А1-Мд сплавов в широки температурно-скоростном интервале деформирования.

2. Определить взаимосвязь явлений прерывистой текучести I отрицательной скоростной чувствительности сопротивления де-ьормированию для А1-Мд сплавов.

3. Изучить влияние масштабного Фактора на особенное, проявления прерывистой текучести при деформировании А1-1 С1 шаиоь.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Обнаружено, что тешературно-скоросш области проявления ПТ для исследованных спла.вов соответству1 переходным областям между двумя типами механизмов деФормацш характеризующимися макрсоднородностью и макронеоднородность] С помощью метода акустической эмиссии установлено, что измен« ше характера проявления ПТ с увеличением скорости деФэрмир вания сопровождается изменением механизма, контролируще] пластическую деформацию на микроуровне. Экспериментально пою зано, что ПТ в А1-Мд сплавах обусловливает отрицательную сю росгную чувствительность сопротивления деформированию. Подро» но изучено влияние масштабного Фактора на ПТ и обнаружены р нее неизвестные закономерности. Получен ряд зависимостей, ю торые нельзя объяснить с помощью традиционных теорий, связыв щих П'Г с динамическим деформационным старением и (или) с а рицательной скоростной чувствительностью сопротивления д©Фо мированию. Выявлен механизм влияния скорости деформирован на тип зубчатости при ПТ. Предложен количественный критер ПТ, позволяющий оценивать степень прерывистости течения. Пок зано, что зависимости параметров ПТ от скорости деформиров ния, температуры, толщины образца, содержания Мд объясняют изменением вклада релаксационнь.1х процессов в общую деФормаци

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Результаты исследования деформации промышленных А1~Мд спл вов в широком тешературно-скоростном интервале деформиров шя.

2. Результаты исследования влияния масштабного Фактора на ос бенности проявления ПТ и мшеролокализацию деформации при д формировании промышленных А1-Мд сплавов.

3. Результаты исследования особенностей проявления ПТ при д Формировании промышленных А1-Мд сплавов с помощью метода аку тической эмиссии.

4. Результаты исследования взаимосвязи ПТ и отрицательной ск ростной чувствительности сопротивления деформированию.

5. Количественный критерий прерывистой текучести.

6. Развитйе модели Корбела-Дубича, связывающей ПТ с действи

Фиктивного напряжения, необходимого для образования полосы (еФормации.

Анализ механизма снижения сопротивления деформированию гри ПТ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Показано, что ПТ может неблагопри-гшо влиять на качество изделий как при их изготовлении, так i в процессе эксплуатации, сощэовоздаясь появлением волнистос-м поверхности, локальными утонениями поперечного сечения, :нижением сопротивления деформированию, прочности и пластич-юсти по удлинению. Для исследованных сплавов найдены темлера-урно-скоростные области проявления ПТ и определено влияние олщины образца на параметры ПТ. Показано, что критерий ПТ (ал возможность количественной оценки и сравнения ПТ на раз-ичных материалах и образцах. Метод акустической эмиссии реко-[ендован для контроля макрооднородности деформации в производственных условиях.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты доложе-ы на VII Всесоюзной конференции "Технологическая теплофизика" Тольятти. 1988); XII Всесоюзной конференции "Физика прочнос-■и и пластичности металлов и сплавов" (Куйбышев, 1989); I Всесоюзном симпозиуме "Синергетика. Новые технологии полу-:ения и свойства металлических материалов" (Москва, .1991): III Международной конференции "Физика прочности и пластичнос-■и металлов и сплавов" (Самара, 1992); VIII Меасдународной кон-еренгц-ш по механике разрушения материалов (Киев, 1993).

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения; анали-ического обзора,- пяти глав, в которых излагаются методика, езультаты исследований и их обсуждение; заключения; изложена а 170 страницах, включает.1 в себя 51 рисунок, 2 таблицы, спи-ок литератур« из 149 наименований отечественных и зарубежных второв.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение (глава 1) посвящено общей характеристике рабо-ы. Обоснована актуальность темы, сформулированы цель и зада-

- б -

чи исследования, перечислены основные результаты: представляй щие научную новизну, практическую ценность и выносимые на за щиту.

Глава 2 является аналитическим обзором литературы и пос вящепа рассмотрению макроасопических проявлений неоднородное та деформации. Основное внимание уделено прерывистой текучее та (ПТ), которая наблюдается в определенных температурно-скс ростных областях деформирования на металлах с различной крис таллической решеткой, содержащих некоторое количество приме сей, образующих растворы замещения или внедрения, а также ь однофазных и двухфазных сплавах. ПТ проявляется на деформационных кривых в виде периодических неоднородностей (скачкс нагрузки (напряжения), Формирующих зубцы типа повторяющегос зуба текучести). В главе 2 проанализированы особенности и ое щие закономерности ПТ. Отмечено, что ПТ, как правило, связан с локализацией деформации, которая для поликристаллов проявлю ется на макроуровне в виде полос деформации (область локализг ции деформации, соответствующая локальному утонению образца располагающаяся под определенным углом к оси растяжения; Рассмотрены основные известные модели ПТ. Показано, что д] описания этого явления используют различные подходы:

(1) макроскопические (основанные на предположении о toi что отрицательная чувствительность сопротивления деформировг ним к скорости деформирования является причиной неустойчивое та пластической деформации при ПТ; основанные на предположи нии о том, что ПТ обусловлена локализацией деформации) и

(2) мик.роскопические (связывающие появление скачков напр: жения со взаимодействием дислокаций с диФФундирукщши к ш примесями; учитывающие также закрепление дислокаций на ра: личных препятствиях; учитывающие только дислокационное взаимс действие,- анализирующие взаимосогласованное поведение дислокг ционных ансамблей и точечных дефектов).

Проведенный в главе 2 анализ показал, что многие пробЛ( мы. связанные с ПТ остаются нерешенными. В частности, остакг ся открытыми следующие вопросы. 1. О взаимосвязи явлений ПТ отрицательней скоростной чувствительности сопротивления деФо] мированию. 2. О влиянии масштабного Фактора на ПТ. 3. О прич нах температурно-скоростных зависимостей параметров ПТ.

Глава 3 содержит обоснование выбора материала и методики ^следования, а также необходимую информацию по обработке :>пытных данных.

Для исследования прерывистой текучести были выбраны промышленные алюмшшево-магниевые сплавы АМг2, АМгЗ и АМг5 по следующим причинам. .ПТ наиболее ярко проявляется на сплавах замещения, к которым относятся промышленные Al-Mg сплавы. На U-Mg сплавах ПТ демонстрирует наиболее общие закономерности 1 наблвдается в обычно применяемом при кратковременных испыта-шях скоростном интервале деформирования при комнатной и повышенных температурах. Кроме того, изучение ПТ именно на про-шшленных сплавах позволяет, наряду с выяснением природы эго-х> явления, получить важные сведения по прочности и для опти-мзации некоторых технологических процессов. В то зке время, юскольку основным легирующим элементом, изменяющим механичес-ме свойства, является Мд, такой выбор материала позволяет оп-эеделигь влияние его концентрации на особенности проявления IT.

Образцы для испытания на растяжение вырезали из листового проката так, чтобы ось растяжения и направление прокатай »впадали. Для исследования температурно-скоросгных зависи-юстей изготавливали короткие пропорциональные образцы типа I ; размерами рабочей части 4x10x40 мм. Для определения влияния асштабного фактора изготавливали образцы типа II с постоянны-и размерами рабочей части: рабочая длина - 50 мм. ширина -:оим и варьируемой ТОЛЩИНОЙ: АМг2 - 5; 4: 3; 2 ММ; АМгЗ и Мг5 - 4; 3; 2 мм, которые испытывали при комнатной температу->е. Обе широкие грани образцов типа II полировали на плосколиновальном станке для визуального наблюдения за их поверх-остью в процессе деформирования.

Для стабилизации структуры в пределах исследуемого темпе-атурного интервала и для снятия поверхностного наклепа после зготовления образцы перед испытаниями отжигали в вакууме один ас при 450±5°С. после чего средний размер зерна составлял '30 мкм. Микроструктуру исследуемых двухфазных Al-Mg сплавов зучали до и после растяжения на микроскопе "НеоФот"-2.

Испытания на растяжение проводили на машине 1231У-10.

При исследовании скоростной чувствительности сопротивле-ия деформированию изменяли скорость деформирования непос-едственно в процессе растяжения.

Для изучения особенностей деформации А1-Мд сплавов в ус ловиях проявления ГГГ. использовали метод акустической эмисся {КЗ). Выбор метода АЭ обусловлен следующими Факторами: интег рольность (одновременное реагирование АЭ на изменения в мехг низмах пластической деформации на микро- и на макроуровне) высокая чувствительность, пассивность, возможность наблвдею за, процессом деформации в ходе его развития.

Регистрацию сигналов АЭ осуществляли с помощью прибор АВН-3.

Во всех эксперимез-тах при растяжении обрей: цов типа II регистрировг ли энергетические парамеп ры АЭ, которые являк/гс наиболее информативны!' ^ ацэ при изучении пластическс

деформации: огибающую сиг налов АЭ со временем ос реднения 0,5 с - У (огне сительные единицы) и мог ность АЭ - V/ (относитеш ные единицы).

350

325

300

250

Ф

225

200

175

250

250

225

Рис.1. Фрагменты кривых растяжения сплава АМг5 при Т = 20 'С и различите скоростяг деформирования: 1 - С = 2,92 ■ 1СГ5 с-1 ; 2- ¿= 5,83 • 1СГ5 с"1 ; 3 - С = 5,83 -1СГ4 с"1 ; 4 - £ = 2,50 • 1СГ3 с"1 ; 5 - £ = 6,25 • Ю-3 с"1 ; 6 - Ё = 1,83 • 1СГ2 с-1 .

Глава 4 посвяще! исследованию влияния тег пературы и скорости деФо] мирования на прерывист: текучесть в интервале ск< ростей деформирования с 5,83-Ю-6 до 1,83 -10~2 с и в интервале температ: от 20 до 400 "С, а таю исследованиям скоростнс

ЧУВСТВИТвЛЬНОСТИ СОПрОТШ

ления деформированию гц прерывистой текучести.

Обнаружены три тш зубчатости: С, В и А, п< реход между которыми ос: ществляется последовател]

:о с увеличением скорости деформирования Ё (рис.1) или с неньшением температуры Т. Зубцы типа С характеризуются нали-ием одиночных крупных срывов напряжения (кривые 1-2 на >ис.1), зубцы типа В тенденцией к группированию в пачки (кри-¡ые 3-4 на рис.1), зубцы типа А отдельными всплесками напряже-ия на с]оне общей нестабильности (кривая б и первая половина .ривой 5 на рис.1). В области проявления зубчатости типов С и > увеличение £ или уменьшение Т приводит к возрастанию числа ¡убцов; увеличение £ ■вызывает также уменьшение их величины, о всей области проявления ПТ с увеличением £ или с уменьшаем Т наблюдается уменьшение напряжения и деформации начала рерывистой текучести.

Определены тешературно-скоростные области проявления Т для сплавов АМг2, АМгЗ и АМг5 (рис.2). При этом использо-ался предложенный в настоящей работе количественный критерий рерывистой текучести , учитывающий среднюю величину зубцов . и их количество п: Гпт = Ап/ (М £ ост ), где М - эМ^екгивный юдуль упругости системы образец-машина, £0Ст - остаточная де-ормация.

т, *с

Рис.2. Температурно-скоростные области проявления прерывистой текучести для сплавов АМг2, АМгЗ и А1.1г5:

• - АМг2, Ж - №3, ■ - АМг5 -нижняя скоростная граница области проявления прерывистой текучести;

О - АМг2, Д - АМгЗ, □ - АМг5 -верхняя скоростная граница области проявления прерывистой текучести.

ЕпЕ.

с

Показано, что область проявления ПТ является переходной бластью мачсду двумя различными типами механизмов деформации, арахтеризующимися макрооднородностью и макронеоднородностью, ели скорость деформирования оказывается меньше значения, со-

ответствующего при данной температуре низкоскоростной границ« области проявления ПТ, деформационные процессы реализуются только на микроуровне и деформация является макрооднородной Если скорость деформирования оказывается больше значения, соответствующего при данной Т шсокоскоростной границе, деформация осуществляется практически полностью по механизму, характеризующемуся локализацией деформации на макроуровне.

Наблюдение за полированной поверхностью образцов типа Г в процессе деформирования позволило установить, что зубчатоеп различного типа соответствует различному типу распространение полос деформации. При зггом можно вьщелшъ пространственно не организованное распространение полос деформации (соответствующее зубцам типа С) и пространственно организованное (соответствующее зубцам типов В и А). Появление каждого зубца типов С и В связано с образованием одной полосы деформации. Переход от зубчатости типа С к зубчатости типа В обусловлен появлением пространственной организации в распространении полос деформации. При более высоких скоростях деформирования ее величина приближается по значению к усредненной по длине образца скорости деформации в полосе. Это приводит к подгрузке образца во время падения нагрузки, происходящего за счет образования полосы (механизм компенсации) и переходу от зубчатоеп типа В к зубчатости типа А. Образование зубцов типа А саязанс с задержками в раазространении Фронта пространственно организованных палое деформации.

Обнаружено, что появление отрицательной скоростной чувст-вш'е.)1ьности сопротивления деформированию совпадает с начало] ПТ, то есть для участков с ПТ наблюдается отрицательная скоростная чувствительность, а для плавных участков скоростна. чувствительность либо отсутствует, либо положительна. Снижен» сопротивления деформированию с ростом £ объясняется уменьшением деформации начала ПТ.

Уменьшение величины зубцов А при зубчатости типов С и ] не связано с влиянием £ по механизму компенсации. Тако< уменьшение А при данной степени деформации £ связано < уменьшением сопротивления деформированию при увеличении £ А = К ( <3 ~ б0 ), где К и (5„ - постоянные величины для данноп значения £ , а <5 = е , I ).

Перепад напряжения при переключении скорости деформирования при заданной степени деформации £ оказывается ме11ыл<

азности напряжений, определенных при той же £ . но при растя-:ении с постоянными скоростями деформирования (рис.За). Это »бусловлено релаксационными процессами при ПТ.

Установлено, что если при скорости деформирования Е{ ПТ /геутстауег, а при скорости двЮрмирования . £г присутствует, х) переключение в процессе де1юрмировалия с £( на £г вызыва-¡т вначале некоторое повышение напряжения, а потом его более ¡начительное уменьшение, связанное с началом ПТ (рис.36). Это ■казывает на то, что на микроуровне с началом ПТ не должно гроисходить резкого изменения величины скоростной чувствитель-юсти сопротивления деформированию (для исследованных сплавов >на остается положительной) и, что наблюдаемая отрицательная ¡корыстная чувствительность является следствием макролокализа-;ии деформации в полосах деформации. Переключение с £г на \ вызывает повышение напряжения и исчезновение ПТ.

Рис.3. Кривие растяжения, полученные при последовательном нагружении с двумя различными скоростями деформирования:

1 - переключение с 5,83-10"'' с"' на 5,83• 10-6 о"1 : 2 и б - с 5.83-10-6

на 5,83-Ю"4 с-1. Кривые получены для А!,1г5 при Т=20'С;

пунктиром показаны кривые, полученные при постоянных скоростях деформирования.

Показано, что ПТ вызывает уменьшение прочности и пластич-юсти; приводит к отрицательной скоростной чувствительности и номальной температурной зависимости ¡алию и предела прочности.

сопротивления деФормиро-

Сделан вывод о том. что многие из полученных результатов не укладываются в рамки традиционных представлений, связывающих ПТ с динамическим деформационным старением.

Н, мм

Глава 5 посвящена изучению влияния масштабного Фактора нг особенности проявления ПТ.

Обнаружены два. типа полос деформации: располагающиеся по; углом к оси растяжения в плоскостях параллельных узкой (тип 1) и широкой (тип 2) граням образца. Полосы типа 1 примерно в дег раза уже полос типа 2. Расположение полос деформации зависим от толщины образца, скорости деформирования и степени деформации.

Для сплавов АМгЗ и АМг5 обнаружена линейная зависимосп ширины Н полос типа 2 от толщины образца h: Н s const -h (р>ис.4). Скорость деформирования и марка сплава слабо влияют на ширину полос типа 2.

Установлено, что при увеличении толщины образца возрастают: напряжение и деформация начала прерывистой текучести; величина зубца отнесенная к эффективному модулю упругости.: сопротивление деформированию в то* часта кривой растяжения, гдь наблюдается зубчатость; снижается частота зубцов. То есть, npi увеличении толщины образца происходит смещение области проявления ПТ в сторону более высоких скоростей деформирования.

Причиной изменения основных параметров ПТ при увеличении толщины образца является изменение особенностей макролокализации деформации. В частности, если, как, это показано в работе, величина зубца А = £BMH/L ( £g- степень деформации в полосе деформации, М - эффективный модуль упругости системы об-

0.52

4 h.

Рис.4. Зависимость ширины полос деформации типа 2 от толщины образца для сплава АМг5:

M -£ = 4,67-Ю"5 с"1; О - ¿ = 4,67-Ю"4 с-1;

-£ = 2-Ю"4 с-1

А - £ = 2*10*

Значения Н при h= 0,52 мм взяты из литературы.

гЗ .-1

разец-машина, l -поскольку H ~ h.

- рабочая длина образца), то A/M = £в H/L, и A/M ~ h. Величина A/M. является, по-существу,

усредненной по длине образца деформацией в полосе. Поэтому ее увеличение приводит к уменьшен!® числа зубцов, необходимых для осуществления той же общей деформации, то есть к снижению час-готы зубцов.

Глава, б содержит описание результатов, полученных с помощью метода акустической эмиссии (ЛЭ), использованной для изучения особенностей деформации при прерывистой текучести.

Показано, что изменения энергетических параметров АЭ -огибающей сигналов У и мощности V/, отражают макроскопические аспекты деформации при ПТ в большей мере, чем диаграмма растяжения. На кривых У помимо большого пика АЭ, соответствующего пределу текучести, наблюдалось Формирование малых пиков АЭ. При времени осреднения 0,5 с образование каждого малого пика зсответствовало: для зубцов типа С - каждому скачку напряже--шя (рис.5); для зубцов типа В - каждой пачке зубцов. Для зубцов типа А кривая У подобна кривой У . полученной при зубчатости типа В. Это связано с тем, что при переходе от зубчатости пша В к зубчатости типа А характерные особенности распространения полос деформации сохраняются. Формирование малых пиков при зубчатости типов В и А начинается задолго до того, как становятся различимы отдельные зубцы или неровности на деформационной кривой. Более того, наблюдалась модуляция большого пика малыми.

Кривая V характеризуется наличием многочисленных всплесков, каждый из которых возникает при образовании: отдельных полос деформации, что наблюдалось как при зубчатости типов В и С (рис.5), так и при зубчатости типа А. При зубчатости гапов С и В всплески на диаграмме V/ соответствовали также скачкам напряжения на кривой, растяжения.

Количественный анализ диаграмм У показал, что при увеличении скорости деформирования происходит плавное изменение ме-<анизма, контролирующего пластическую деформацию на микроуровне. При Фиксированной величине деформации и отсутствии изменений механизма,, контролирующего пластическую деформацию, пара-

¡| ззо

о 315 >-" 15

53»

Шл

24 25 26 £ ( ¡5

Рис.5. Зависимости параметров АЭ и напряжения от деформации для образца сплава АМг5 толщиной 4 мл при £ = = 4,67-Ю"4 с"1.

метры АЭ должны изменяться прямо пропорционально скорости де Формирования (растяжения), так, как количество источников Ас срабатывашцих в единицу времени, в этом случае, находится прямой зависимости от скорости деформирования. Построенные за висимосги приведенных к скорости растяжения V максимальной ве личины огибащей сигнала АЭ - Ymax / V и минимальной вели чины - Ym)n / V от скорости деформирования являются убывающи ми. (Величина Y тах соответствует высоте большого пика АЭ, ве личина Y^jn - минимальному уровню АЭ, который практически к меняется после образования большого пика и начала прерывисто текучести.) То есть, идентичные изменения наблюдаются как да участка кривой растяжения, соответствующего только равномерно деформации, так и для участка с ПТ. Таким образом, равномерна деформация при ПТ не обеспечивает скорости деформации, coca ветствующей скорости деформирования. Это, в свою очередь, при водит к постоянному увеличению вклада макрэнеоднорэдной дефор мации, которая на макроуровне должна характеризоваться теь же процессами, что и макрооднородная.

Глава 7 является обсуждением некоторых основных эксперт ментальных результатов, полученных в настоящей работе.

В первой части главы 7 рассматривается влияние скорост деформирования, температуры и концентрации Мд на ПТ.

В связи с тем, что ряд экспериментальных результа тов нельзя объяснить с помощью традиционных представлений связывающих ПТ с динамическим деформационным старением, привс дящим к отрицательной скоростной чувствительности, в осное обсуждения была полажена модель Корбела-Дубича.

В соответствии с этой моделью для образования полос деформации, требуется определенное эффективное напряжен!' С5ея , которое определяется как сумма прилаженного <За и внут ршнего C5int напряжений:

<5 е// = (5сх +6int = const (1

При этом (3!nt зависит от времени релаксации. Это дает1 возмоа ность простого объяснения отрицательной скоростной чувств! тельности сопротивления деформированию _ при ПТ. Очевидно, чп при уменьшении скорости деформирования £ возрастает временно интервал между образованием зубцов прерывистой текучести. Э1

фиводит к уменьшению 6|r,t. Тогда для достижения величины Зея = const при меньшей £ потребуется большая величина б0 •

Корбел и Дубич полагаклч что внутреннее напряясение (5[nt зозникает в результате образования предыдущей полосы.

С нашей точки зрения, величину (5int следует связывать, трэде всего, с действием структурных концентраторов напряжений, таких кале интерметаллические включения, границы зерен, зекоторые более продеформированные по сравнению с прилегающими объемами области (например, отдельное продеформированное зер-ю) и т.д. На таких структурных концентраторах может- зароада-гься полоса деформации.

Нельзя отрицать и роли макроскопических концентраторов 1апряжения, так как первая полоса при ПТ всегда образуется юзле галтели образца, а полосы типов В и А образуются рядом ipyr с другом . Однако полосы типа С, после образования пер-зой полосы у галтели образца, располагаются хаотично по длине образца. Это указывает на то, что при достаточно большом вре-1ени перегрузки At (время мевду моментами после образования 1редыдущего зубца и достижения напряжения, после которого про-1зошло'предыдущее падение напряжения) рядом с только что образованной полосой успевает пройти релаксация и, поэтому, новая юлоса зарождается в другом месте образца. (Можно было бы федположить, что здесь решающую роль играет деформационное гпрочнение. Однако его вклад с уменьшением £ ослабевает, а не осиливается, именно из-за релаксационных процессов.) Таким об-эазом, напряжение, возникающее из-за действия макроскопических сонцентраторов. скорее следует отнести к внешним, а не к внутренним Факторам. Тогда выражение (1) следует переписать в виде

C5ef/= (5а (1 + К) +6,-nt = const (2)

лде К - коэффициент концентрации напряжений, связанный с 1акроскопическим концентратором (галтель образца или другая юлоса. деформации), (5¡nt - внутреннее напряжение, связанное с действием структурных концентраторов, вблизи которых мажет заходиться полоса деформации. Поскольку первая полоса всегда за-ххздается рядом с галтелью образца, то для нее можно принять С = const независимо от £ . Тогда, с уменьшением £ величина 5 int уменьшается и это вызывает необходимость повышения (5а ю величины, при которой достигается необходимое значение

(Dejf =const. To есть, уменьшение e должно приводить к увеличе нию напряжения начала ПТ, что наблюдается из эксперимента.

Далее, образование каждого зубца приводит к. умень шению сопротивления деформированию при данной степени дефор малдии. Действительно, за время перегрузки л t . если бы н произошло образование зубца, напряжение повысилось бы н определенную величину д Ai, где индекс L указывает на то что величины дб[ и A-L определяются при данной степени де с{ормации. (При абсолютно упругой перегрузке л б -L = (A-t/M)K-L где K'L - коэффициент упрочнения при данной степени деФорма ции.) Тогда суммарное уменьшение напряжения' за счет образова ния п зубцов составит величину п

Д б ~ 21 А: (3

s t=l L

С ростом скорости д©1ормирования число зубцов п возрастает п нескольким причинам. Во-первых, уменьшается деформация начал ПТ. Во-втор>ых, увеличивается частота зубцов nf . Причем, есл бы за время At перегрузка была чисто упругой, можно было б считать, что n£ " 1/А . Действительно, чем больше А, тем ме ньшее число зубцов требуется для осуществления той же деформа ции.

Однако за время пер>егрузк.и происходит также некотора пластическая деформация д£р , связанная с релаксационными raff Фектами. Очевидно, что с увеличением скорости деформировали вклад этой пластической деформации в деформацию перегрузк уменьшается, что приводит к дополнительному увеличению n£ . 1 есть можно записать

n = пе (£ост - ^н > W

и

n£ = 1 / [(А / М) + Д£р ] (5

где Еост - остаточная деформация, £н- деформация начала прерь: вистой текучести.

Таким образом, уменьшение величины зубцов А с ростом скс рэсти деформирования не может компенсировать увеличения числ зубцов п, так как сопровождается уменьшением деформации на чала ПТ £н и равномерной пластической деформации за время пе регрузюи д£р. Это приводит к возрастанию дСЗ^. (см. Зорму лу (3)) и к отрицательной скоростной чувствительности сопрс

гашения деформированию.

Для зубцов типа Л следует принять a6-l = £C-L- ГС ¡., где £ci~ деформация, соответствующая образованию одной серии полос. )чевидно, что £с = д £п пс , где а£п - деформация в полосе, усредненная по длине образца. пс - их число в серии. При увели-•тении с , в конце концов, наступает ситуация. когда ¿£CL = = £ocm • Дальнейшее увеличение скорости деформирования, из-за усиления ее влияния по механизму компенсации, приводит к шеньшению дбг и зависимость бв от -1п£ становится возрастающей .

Развиваемый здесь подход также позволяет объяснить смещение скоростного интервала проявления ПТ в сторону более высо-сих скоростей деформирования с ростом температуры Т . Действи-гельно, увеличение Т при данной £ должно приводить к умень-иению 6!nt и к возрастанию ба (см. формулу (2)). При скорос-га деформирования ¿нг , отвечающей нижней скоростной грани-де области проявления ПТ. напряжение начала ПТ dH достигает предела прочности; бв . Увеличение Т при £ вблизи £нг может тривести к необходимости увеличения приложенного напряжения ба=бн до величины большей бЕ , что невыполнимо. Поэтому происходит возрастание величины £нг до такого значения, три котором бн = бв . Увеличение с ростом Т скорости деформирования £6Г . соответствующей верхней скоростной границе, связано с .увеличением скорости деформации £в в полосе деформации, что. по-видимому, обусловлено облегчением прохождения различных термически активируемых деформационных процессов.

При уменьшении концентрации Мд значительно уменьшается сопротивление деформированию, что приводит к замедлению ре-паксационных процессов. По этой причине, с уменьшением содержания Мд. область проявления прерывистой текучести должна сдвигаться в сторону меньших скоростей деформирования. Это ус-повие не выполняется только для АМг2 при Т > 150° С для нижней скоростной границы и при Т > 200°С - для верхней (рис.2). По-зидимому, зто связано с растворением второй Фазы, что приво-цит к большей структурной однородности и уменьшению, связанного со структурной неоднородностью, внутреннего напряжения. 1ричем. при более низких скоростях деформирования этот про-десс может продолжаться в ходе деформирования. а при более высоких должен завершаться до начала нагружения.

Во второй части главы 7 рассматривается влияние масшта< ного Фактора на прерывистую текучесть.

В связи с тем, что при образовании полос деформации опр* делящее значение имеет эффективное напряжение, обсуждает вопрос: почему при увеличении толщины образца возрастает на! ряжение начала ПТ. Дня объяснения масштабного э<М>екта учитын ется. что первая полоса деформации образуется возле галте. образца. Далее для "толстых" и "тонких" образцов сделан сра! нительный качественный анализ изменения распределения напряда ний в области галтели, происходящего в процессе деформиров ния. Показано, что необходимое для образования первой поло« эффективное напряжение в области галтели на более толстом о< разце достигается при более высоком среднем напряжении в е: рабочей части.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты и выводы:

1. Формирование зубцов прерывистой текучести обусловлено те] что усредненная по длине образца скорость деформации в полос деформации превышает заданную скорость деформирования. Уст новлено. что полосы деформации представляют собой области ма! рапокализации деформации, проявляющиеся в виде локальных ут нений образца - микрошеек, располагающихся под углом ~55° направлению растяжения.

2. Для сплавов АМг2, АМгЗ и АМг5 в интервалах температур 20 400°С и скоростей деформирования 5.83 • 106 - 1,83 • 10 ~ 2 с ~1 о: ределены температурно-скоростные области проявления прерывм той текучести, положение которых зависит от количества и ра пределения шорой Фазы.

3. Обнаружено, что температурно-скоростные области проявлен прерывистой текучести являются переходными мезду двумя типа механизмов деформации, характеризующимися макрооднородностью мшсронеоднородностыо. Нижняя скоростная граница области проя ления прерывистой текучести соответствует переходу к макроо, нородной деформации. Верхняя скоростная граница обусловле приближением величины скорости деформирования к усредненной ] длине образца скорости деформации в полосе деформации.

4. Предложенный в работе критерий прерывистой текучести позв ляет оценивать степень прерывистости течения и дает возма

юсть количественного сравнения прерывистой текучести для раз-[ичных материалов и образцов.

I. Найдены зависимости типа зубчатости, количества и величины ¡убцов, деформации и напряжения начала прерывистой текучести, »противления деформированию от температуры, скорости деФорми-ования и толщины образца. Для исследованных сплавов эти зави-¡имости аналогичны.

I. Прерывистая текучесть при деформировании исследованных Л-Мд сплавов приводит к отрицательной скоростной чувствитель-[ости сопротивления деформированию, что вызывает снижение [рочности на 10-15.%.

'. Увеличение толщины образца для исследованных сплавов вызы-¡ает повышение напряжения и деформации начала прерывистой те-учести, возрастание ширины полос деформации и величины зуб-[ов, отнесенной к эффективному модулю упругости, снижение ча.с-оты зубцов и приведенного уровня огибающей сигналов акусти-[еской эмиссии. Причиной изменения основных параметров ггреры-!Истой текучести при увеличении толщины образца является изме-1ение особенностей макролокализации деформации. I. Увеличение скорости деформирования приводит к изменению ме-:анизма, контролирующего пластическую деформацию на микроуров-¡е. Это установлено для участков кривой растяжения, соответствующих макрооднородной деформации, и для участков с прерывис-ой текучестью.

Изменения параметров прерывистой текучести в зависимости от [атериала и условий эксперимента для исследованных сплавов >бусловлены изменениями на микроуровне вклада релаксационных гроцессов в общую деформацию.

.0. Обнаружено, что метод акустической эмиссии позволяет регистрировать полосы деформации и начало макронеоднородной де-ормации, что может бытъ использовано в производственных ус-ювиях.

Основные результаты и положения диссертации опубликованы 1 следующих печатных работах:

1.Мерсон Д.Л., Криштал М.М. Особенности деформации технического сплава АМг5., тезисы докладов VII Всесоюзной конференции "Технологическая теплофизика" , раздел VI "Теплофизика Физико - химических методов обработки".

1988, с. 376-377.

2.Кршгтал М.А., Криштал М.М.. Кацман А.В., Мерсон Д.Л. IIpi-рюда порывистой текучести в сплаве АМг5., Межвузовски сборник: Термическая обработка и Физика металлов, изд.УШ Свердловск, 1989, с. 109-115.

3.Криштал М.А., Кршггал М.М., Мерсон Д.Л., Кацман А.В. С особенностях прерывистой текучести и механизмах ее реал!/ зации в сплаве АМг5., тезисы докладов XII Всесоюзной коь <3>еренции "Физика прочности и пластичности металлов и сплг ВОВ", Куйбышев, 1989, С. 188-189.

4.Криштал М.М. Прерывистая текучесть в алюминиево-мапниевь сплавах., ФММ, 1990, N 12, с. 140-143.

5.Криштал М.М. Влияние скорости деформирования, температур и размеров образцов на прерывистую текучесть в Al-Mg сплг вах., тезисы докладов II Всесоюзного симпозиума "Синерге тика. Новые технологии получения и свойства металлически материалов", Москва, 1991, 12-17 мая, часть II, с. 137.

6.Криштал М.М.. Мерзон Д.Л. Влияние геометрических парамел ров образца на механические свойства и акустическую эмж сию при прерывистой текучести в Al-Mq сплавах.. ФММ, 199] N 10, С. 187-193.

7.Криштал М.А., Криштал М.М. Динамические явления при крис таллизации ванны и в околошовной зоне., Сварочное проис водство, 1992, N 4, с. 32-34.

8.Криштал М.М. О прерывистой текучести и зарождении поле деформации., тезисы докладов XIII Международной конфер*э ции "Физика прочности и шастичности металлов и сплавов' Самара. '1992, с. 121-122.

9.Криштал М.М. Особенности образования полос деформации щ прерывистой текучести., ФММ, 1993, т. 75, в.5, с. 31-35.

lO.Krishtal М.М. On deformation band nucleation under intei rupted yield., in "Fracture mechanics: successes and prol lems", Lviv: Collection of Abstracts of ICF-8, Kiev, 199: Part II, p. 334.

Фор>мат 60x84 1/16. Объем 1,0 п.л. Набрано на персональном компьютере. Размножено на ксероксе. Тир. 100 экз.