Реактивные напряжения в сплавах с эффектом памяти формы при сложном напряженном состоянии тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

На правах рукописи

1 5 ДЕК 1326

АРЕНДАТЕЛЕВ Игорь Гурьевич

Реактивные напряжения в сплавах с эффектом памяти формы при сложном

напряженном состоянии

Специальность 01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новгород - 1996

Работа выполнена в Новгородском Государственном Университете имени Ярослава Мудрого

Научный руководитель - доктор физико - математических наук,

профессор Малинин В.Г.

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук,

профессор Даль Ю.М., кандидат физико - математических наук Шипша В.Г.

Ведущая организация: Физико - технический институт им.

А.Ф.Иоффе, г. Санкт - Петербург.

Защита состоится 1996г. в час. мин. на

заседании диссертационного Совета К064.32.04 при Новгородском государственном университете им. Ярослава Мудрого по адресу: 173003, г.Новгород, ул. Б.Санкт - Петербургская, 41, четвертый учебный корпус, I поточная аудитория (факс (816-22) 2-41-10).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого.

Автореферат разослан " 11 199бг-

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент 9^/с

А.И.Косенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопросы создания надежных инженерных методов прогноза механического поведения материалов новых поколений, в том числе и объектов, обозначешгых в современной научной литературе как интеллектуальные материалы, разработка методов их испытаний при сложных термомеханических режимах воздействия входят в основные приоритеты научно технического прогресса. Яркими представителями названных материалов являются сплавы, способные к обратимым термоупругим превращениям и обладающие эффектом памяти формы (ЭПФ). В настоящее время выявлено большое количество материалов, в которых наблюдаются ЭПФ. На физическом уровне исследований подробно изучены основные механизмы формирования большого количества разнообразных свойств, инициированных фазовыми превращениями мартенситного типа. Среди них такие деформационные проявления как эффекты пластичности превращения, памяти формы, многократнообратимой и реверсивной памяти формы, эффект деформации ориентированного превращения, явления генерации и релаксации реактивных напряжений и др. Известны впечатляющие примеры создания принципиально новых инженерных решений и технологий, основанных на использовании новых физических принципов, обусловленных применением материалов с ЭПФ. Например, разработка уникальной технологии сборки крупногабаритных стержневых конструкций в открытом космосе (эксперимент "Софора") и многие другие. В то же время отсутствуют систематические экспериментально-теоретические исследования механического поведения обсуждаемых материалов при сложном напряженно-деформируемом состоянии и нестационарных режимах термомеханического . воздействия. Имеется большое количество работ, посвященных изучению реактивных напряжений, однако они носят случайный характер, получены на основе различных методик и на разнородных объектах. Как правило, исследование ограничивается только оценкой максимальной величины реактивных напряжений без изучения кинетики всего процесса. Практически полностью отсутствуют сведения о влиянии вида напряженно-деформируемого состояния на процессы генерации и релаксации реактивных напряжений. В то же время данные по названным вопросам необходимы для формирования целостного представления в механике деформируемого твердого тела о таких важных с научной и практической стороны явлений как реактивные напряжения и эффекты памяти формы в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.

Целью работы является выявление наиболее важных закономерностей механического поведения материалов с обратимыми мартенситными превращениями при реализации эффектов памяти формы, генерации и

релаксации реактивных напряжений в условиях вариации сложного напряженного состояния и режимов термомеханического воздействия.

Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи:

• создание оригинальной компьютерно-экспериментальной методики исследования механического поведения материалов с ЭПФ;

• выполнение систематических исследований деформационных свойств материалов с ЭПФ при сложных траекториях нагружения в пространстве напряжений, и вариациях исходного фазового состава;

• выполнение систематических экспериментальных исследований . кинетики генерации релаксации реактивных напряжений при

вариации режимов термомеханического воздействия и сложного напряженного состояния.

Научная новизна. В работе проведено систематическое исследование механических свойств, сопровождающих термоупругое мартенситное превращение в сплаве Т150%№ и Ре12%Мп при вариации термомеханических режимов нагружения и сложного напряженного состояния. Подробно исследованы:

• влияние исходного фазового состава на' механическое поведение

; вышеобозначенных материалов при сложных траекториях нагружения в

пространстве напряжений; -•закономерности формирования деформационных свойств при деухзвенных ортогональных траекториях нагружения с учетом вариации размеров каждого звена траектории нагружения;

• циклические свойства при знакопеременной деформации и сложных траекториях нагружения в пространстве напряжений;

• влияние вида траектории нагружения на формирование циклически анизотропного упрочняющегося состояния с выходом на циклическую стабилизацию; . . .

• закономерности деформационных свойств материалов : с ЭПФ, возникающие при "нейтральных" траекториях нагружения.

Впервые в работе проведены систематические масштабные исследования закономерностей генерации и релаксации реактивных напряжений в зависимости от различных термомеханических факторов и вариации вида напряженно-деформированного состояния. При этом подробно исследовано влияние:

• величины деформации противодействия;

• вариации жесткости противодействия;

• величины деформации свободного формовосстановления;

• способа задания соответствующих компонент деформации противодействия;

• траекторий деформирования в пространстве деформаций;

• эффектов многократно обратимой памяти формы и деформации температурного расширения на кинетику процессов генерации и релаксации реактивных напряжений при сложном напряженное, состоянии.

Проведенные систематические исследования основывались на структурно-аналитической теории, которая позволила исследовать закономерности формирования нетривиальных термомеханических эффектов в условиях сложного напряженного состояния с учетом проявления тензорных свойств исследованных объектов.

Обоснованность научных положений, выводов и достоверность результатов обеспечена тщательной проработкой всех сторон экспериментальной методики, проведением контрольных экспериментов на других аналогичных установка, проверкой программы вычислений на тестовых режимах.

Практическая ценность. Созданная компьютерно-экспериментальная методика может использоваться в инженерной практике для прогноза и исследования механических свойств материалов с эффектом памяти формы при вариаций термомеханических режимов нагружения' и сложного напряжённого состояния. Полученные в работе экспериментальные результаты могут использоваться для рекомендации по выбору материала и режимов термомеханического воздействия при проектировании конкретных изделий, содержащих: элементы из материала с ЭПФ.

Апробация -работы.1 Основные результаты работы доложены и обсуждены на Межреспубликанском семинаре "Актуальные проблемы прочности" (г. Новгород, 1994 г.), на первой международной конференции "Актуальные проблемь! прочности" (г. Новгород, 1994 г.), на международной конференции " Технология 96" (г. Новгород, 1996 г.), на выездном заседании Головного Совета "Машиностроение" (г. Новгород, 1996 г.), на семинарах кафедры "Механика и физика прочности материалов и конструкций" Новгородского Государственный университета 1993 - 1996 г.

Публикации. Основное содержание диссертации и результаты исследований опубликованы в 10 статьях и 4 авторских свидетельствах. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 250 страницах и содержит 125 страниц машинописного текста, 200 рисунков, 2 таблиц и списка литературы из 90 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность вопросов относящихся к изучению свойств интеллектуальных материалов, лежащих в основе создания оригинальных устройств и механизмов.

В первой главе представлен анализ возможных механизмов упругого и неупругого деформирования различных кристаллических материалов, приведен обзор функционально-механических эффектов, наблюдаемых в материалах с мартенситным механизмом деформации, а также дан анализ подходов при математическом моделировании деформационных свойств в материалах с ЭПФ. Отмечено, что доминирующим механизмом деформации у материалов с ЭПФ является фазовый канал. В начале обзора изложены физические представления о механизмах деформации указанных материалов. В обзоре функционально-механических свойств в поликристаллах с мартенситным механизмом неупругости дан анализ факторов, оказывающих влияние на величину фазового предела текучести, приведены типовые диаграммы деформации с учетом фазовых превращений. Показано, что формовосстановление в зависимости от истории термомеханического воздействия может принимать разнообразные проявления эффекта памяти формы. Например, однократнообратимый ЭПФ, эффект реверсивной памяти формы, эффект многократнообратимой памяти формы, эффект реверсивно-обратимой памяти формы, баромеханический эффект памяти формы. Термоциклирование объектов с мартенситным каналом неупругости через интервал мартенситных превращений с различными термомеханическими условиями позволяет реализовать гистерезисные эффекты при неполных мартенситных превращениях, инициировать накопление деформации ориентированного превращения, генерации и релаксации реактивных напряжений. Многообразие эффектов, которыми обладают сплавы с термомеханической памятью лежат в основе создания деталей, устройств и механизмов с использованием более 100 видов сплавов.

Вторая часть обзора посвящена анализу существующих подходов математического моделирования деформационных свойств в материалах с ЭПФ. Отмечены основные недостатки и преимущества существующих методов. Обоснован выбор методов структурно-аналитической теории, как наиболее полно отражающей физику явления процесса массопереноса при мартенситных реакциях и позволяющих выполнять адекватный опытным данным теоретический прогноз механических свойств материалов с ЭПФ в условиях сложного напряженного состояния и нестационарных режимов термомеханического воздействия

Во второй главе сформулирована цель и задачи диссертационной работы.

В третьей главе представлены основные положения структурно-аналитической модели среды с микроструктурой, учитывающей фазовый механизм деформации, возможности и основные характеристики программы 1Х8АТ , созданной на основе инструментальной интегрированной компьютерной среды структурно-аналитической теории прочности [5,8].

Натурные эксперименты выполнены на двух специально сконструированных установках. Установки выполнены из взаимозаменяемых узлов, скомпонованных в горизонтальном [1, 2] и в вертикальном

исполнениях [3]. Описаны основные узлы, позволяющие реализовать широкие возможности термомеханического воздействия на образец. Оригинальные узлы нагружения и захваты позволяют реализовать широкие возможности механического воздействия на образец в жестком и мягком режимах, а также использовать комбинации указашшх режимов с вариациями температуры и времени выдержки.

Узлы измерения напряжений и деформаций созданы на основе упругих элементов с наклеенными тензорезисторами, преобразующими измените механических величин в электрический сигнал.

Узел термоциклирования позволяет осуществлять нагрев образцов выше температуры окончания обратных мартенситных превращений с помощью нагревателей омического сопротивления и охлаждение ниже температуры окончания прямого мартенситного превращения с помощью жидкообразных хладагентов (вода, двуокись углерода).

Запись функционально-механических зависимостей выполнялась с помощью . контрольно-регистрирующей аппаратуры, включающей планшетные самописцы типа Н-307, и потенциометры КСП-4 для контроля температурного поля образца.

Образцы из модельных материалов Т1-50%№ и Ре-12%Мп были выполнены в виде тонкостенных труб с головками для захвата (соотношение размеров ЬМср=2,9; 4,24; 8/ёср=0,037; 0,06 , где Ь - базовая длина образца, Я -толщина стенки образца).

Глава содержит описание основных этапов подготовки образца к исследованию. Состоящую из механообработки, термообработки. Контроля геометрических параметров образца, а также последовательность монтажа образца в рабочей зоне установок и тарировку узлов измерения напряжений и деформаций.

В четвертой главе приведены результаты исследования деформационных свойств эквиатомного никелида титана и железомарганцевой стали с содержанием марганца 12% в условиях вариации режимов термомеханического воздействия и сложного напряженного состояния [4, 6,

Я

В начале были выполнены опыты в условиях чистого растяжения, сжатия, сдвига и термоциклирования под нагрузкой и в свободном состоянии для определения характеристических температур фазовых превращений.

Исследование механических свойств сплава П-50%№ при циклическом нагружении в условиях состояния чистого сдвига показало, что изменение амплитуды напряжения практически переставало влиять на диаграммы деформации после первых механоциклов, т.е. испытываемый материал имеех хорошую способность приспосабливаться к сменам амплитуд механического воздействия. Стабилизация механических свойств более ярко проявляется в однофазном состоянии. Двухфазная структура показала качественно-аналогичное поведение, однако, стабилизация свойств наблюдалась после

•Дт, МПа.

10 и

ст.МПа

Рис. 1. Схемы двухзвенных траекторий Рис.4. Схемы "нейтральных" траек-

нагружения с ортогональным изломом.

ктории нагружения.

У&т, МПа 1700 \ -170 ■

г, 6

1 1,3,5,7,9

-О 300 а,МПа \ 4,8

4'8Г-

-335

т/Зт,МПа 2,6

1,3,5,7,9

V1т,МПа - 150 у"

-ЗОЩ 4,8

I

I

-10

175

О а, МПа -175

10

4,3,5,7,9

2,6

335 а,МПа

Рис.2. Схемы многозвенных траекторий нагружения с ортогональными изломами.

^Зт,МПа 8 1

Г 1 1

, / 1 /. 14

-300^ ■ о \?,%7,9\300 а,МПа |

1 1___-

-300

?°0<т,МПа

-300\2

Рис.3. Схемы многозвенных пропорциональных траекторий нагружения.

большего количества механоциклов (5 - 7 циклов). Отмечено, чтс циклические свойства эквиатомного никелида титана характеризуется проявлением весьма сложных эффектов нетривиального характера отличающих его поведение от объектов, деформирующихся без включения фазового механизма деформации,

Исследование механического поведения сплава при двухзвенных траекториях нагружения (рис.2) с ортогональным изломом траектории вскрыло сложное влияние резкого излома траектории нагружения от вида напряженного состояния, так и от исходного структурного состояния. В двухфазном состоянии материал ведет себя более пластичным, чем е мартенситном состоянии. Неожиданный результат обнаружен при деформировании материала на втором звене траекторий одного из режимов воздействия. В этом случае степень упрочнения на втором звене существенно зависит от величины первого звена траектории нагружения. Отмечено, что в аналогичных экспериментах для меди, стали и других кристаллических материалов, деформирующихся по дислокационному механизму, проявляется совершенно противоположная тенденция.

Анализ диаграмм механического поведения сплава при многозвенных траекториях знакопеременного нагружения рис.3 в условиях сложного напряженного состояния показал, что в целом независимо от вида напряженного состояния и исходной структуры, как и при простейших режимах испытаний наблюдается формирование циклически анизотропного упрочняющегося состояния с четко выраженной тенденцией к стабилизации циклической диаграммы деформации. Отмечено, что сложные деформационные эффекты были инициированы именно фазовым каналом массопереноса в процессе механического воздействия.

Диаграммы механического поведения материалов с ЭПФ при многозвенных пропорциональных траекториях нагружения рис.4 показали, что во всех выполненных программах испытаний наблюдается сложная кинетика формирования циклических свойств. Четко просматривается тенденция к упрочнению и стабилизации гистерезисных диаграмм. Во всех опытах, однако в различной степени, в зависимости от истории нагружения, проявляется эффект псевдоупругости, причем разной величины для различных компонент деформаций £ и у/-Уз.

Опыты, выполненные при изотермическом деформировании сплава в мартенситном состоянии по "нейтральным" траекториям нагружения рис.4, выявили различие траекторий деформирования в пространстве деформаций для одной и той же траектории нагружения. Причем, для всех опытов характерно накопление остаточной деформации при нагружении в рассмотренных программах "нейтрального" нагружения.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния термомеханических факторов на кинетику генерации и релаксации реактивных напряжений в сплаве Тх-50°/о№ при простых схемах напряженного состояния [10].

Для шшциирова1шя процессов генерации и релаксации реактивных напряжений необходимо предварительно задать образцу остаточную деформацию, которая может быть получена изотермическим деформированием в мартенсите или путем пластичности превращения.

Исследование влияния способа задания на кинетику процессов генерации и релаксации реактивных напряжений, дало возможность утверждать, что траектория предварительного изотермического воздействия не оказывает существенного влияния на кинетику и максимальное значение реактивных напряжений при термоциклировании в стесненных условиях с постоянной жесткостью противодействия и одинаковом уровне предварительно заданной остаточной деформации. при многократных повторах процесса изотермическое деформирование - генерация - релаксация реактивных напряжений в одинаковых условиях максимальный уровень реактивных напряжений увеличивается от опыта к опыту и достигает насыщения после четвертого повтора. Варьирование уровнем касательного напряжения при охлаждении под напряжением не оказывает влияния на кинетику и максимальный уровень реактивных напряжений при термоциклировании в стесненных условиях с постоянной жесткостью противодействия и одинаковой предварительно заданной деформации. В итоге можно отметить, что способ наведения остаточной деформации (изотермическое деформирование, пластичность превращения) не оказывает существенного влияния на кинетику и максимальный уровень реактивных напряжений при термоциклировании в стесненных условиях с постоянной жесткостью противодействия и одинаковом уровне предварительно заданной остаточной деформации.

Исследование влияния остаточных деформаций на максимальный уровень реактивных напряжений, полученных при термоциклировании образца с бесконечной жесткостью противодействия (рис.5, рис.6), показало зависимость максимальных реактивных напряжений от уровня остаточных деформаций. Причем максимальные значения указанных напряжений не выходят за диаграмму изотермического деформирования в аустенитном состоянии.

В результате исследования влияния величины предварительного свободного восстановления на реактивные напряжения (рис.6, рис.7) установлено, что величина максимальных реактивных напряжений в стесненных условиях при бесконечной жесткости противодействия после свободного восстановления не зависит от степени предварительной остаточной деформации, а также от величины предварительного свободного восстановления и определяется только значением угловой деформации, фиксируемой в захватах установки, т.е. от величины деформации противодействия.

Исследование влияния жесткости противодействия (рис.9, рис.10) показало, что максимальный уровень реактивных напряжений зависит от величины фиксированной жесткости противодействия К и определяется

■ёх.МПа.

Рис 5. Диаграммы механического поведения сплава из "П50%№ при чистом сдвиге. Кривые изотермического деформирования мартенсита: 1, 2; 8, 9; 15, 16; 22, 23, аустенита: 29, 30; сплошная линия ( — 3, 10, 17, 24) - генерация, пунктирная. ( - - 4, 11, 18, 25 ) - релаксация реактивных напряжений;

штрихпунктирная (--- 6, 7, 13, 14, 20, 21, 27, 28 ) - кривые деформации

притермоциклировании в свободном состоянии ( тл/з =0).

Рис. 6. Кривые кинетики генерации (3, 10, 17, 24) и релаксации (4, 11 , 18, 25) реактивных напряжений при чистом сдвиге и бесконечной жесткости

противодействия; ( уг = Т/г- =У>; 0,75; 0,5; 0,25%).

/ л/3 ост /л/Зпр

т/Зт,М11а

Рис.7. Диаграммы механического поведения сплава из Тл50%№ при чистом сдвиге: 1,2,5,6,9,10,14,15,19,20,24,25,29,30 - кривые изотермического деформирования мартенсита; сплошная линия (— 7,12,17,22,27,32) -генерация, пунктирная (- - 8,13,18,23,28,33) - релаксация реактивных

напряжений; штрихпунктирная (--- 3,4,11,16,21,26,31,34,35) - кривые

деформации при термоциклировании в свободном состоянии (т -Уз = 0) .

¡/3?,МИа

Рис.8. Кривые кинетики генерации ( 7, 12, 17 , 22, 27, 32) и релаксации (8, 13, 18, 23, 28, 33) реактивных напряжений при чистом сдвиге и бесконечной жесткости противодействия: (уД/Зост= уД/Зпр = 0,75; 0,625; 0,5; 0,375; 0,25; 0,125%).

у5г,МПа

Рис.9. Диаграммы механического поведения сплава из И50%№ при чистом сдвиге: 1,2,5,6,12,13,16,17,20,21,24,25,28,29 - кривые изотермического деформирования мартенсита; сплошная линия (— 7,14,18,22,26,30) -генерация, пунктирная (- - 8, 15,19,23,27,31) - релаксация реактивных

напряжений; штрихпунктирная (--- 3,4,10,11,33,34) - кривые деформации

при термоциклировании в свободном состоянии (х -Д - 0 ). .

,мии

Рис.10. Кривые кинетики генерации (7, 14, 18, 22, 26, 30 ) и релаксации (8, 15, 19, 23, 27, 31 ) реактивных напряжений при чистом сдвиге и различных жесткостях противодействия: (у/л/з ост = 0,75%.

деформацией противодействия. Варьируя параметром жесткосп противодействия К можно добиваться сложных траекторий генерации i релаксации реактивных напряжений. Для получения линейного закон; изменения реактивных напряжений в зависимости от температуры пр^ термоциклировании, требуется сложная траектория изменения деформации противодействия в интервале ост-

Эксперименты показали, что при термоциклировании в стесненны} условиях через интервал мартенситных превращений эффекты реверсивной * многократнообратимой памяти формы порождают специфически; проявления реактивных напряжений, максимальный уровень которьо существенно зависит от закона противодействия закрепляющего устройства i процессе термоциклирования.

Результаты исследования реактивных напряжений в интервале температур неполных фазовых превращений позволяет говорить с возможности формирования различных законов генерации и релаксации реактивных напряжений в зависимости от уровня температур образца расположенных в интервале температур мартенситных превращений.

Исследование влияния термомеханических факторов на кинетику генерации и релаксации реактивных напряжений в сплаве Ti50%Ni прг простых схемах напряженного состояния позволило построить обобщеннук диаграмму реактивных напряжений (рис. 11, рис.12, рис.13, рис.14).

В шестой главе представлены результаты исследования кинетикг реактивных напряжений в сплаве Ti-50%Ni в условиях сложногс напряженного состояния [10]. Исследование влияния траекторий заданш соответствующих компонент остаточных деформаций на реактивные напряжения выполнено на образцах из Ti-50%Ni в условиях изотермического деформирования. Изучено влияние шести траекторий деформирования дс двух значений интенсивности деформаций противодействия, равных 0,75% v 0,5%.

В результате анализа кинетики реактивных напряжений в сплаве Ti50%N. в условиях сложного напряженного состояния с учетом термокомпенсации v компенсации многократнообратимой памяти формы, был построен контур реактивных напряжений (рис. 11) для сплава Ti50%Ni, деформируемого пр£ различных режимах изотермического воздействия с остаточными деформациями противодействия, отраженными на рис. 10.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана оригинальная компьютерно-экспериментальная методик; для исследования материалов с эффектом памяти формы при сложноь напряженно-деформированном состоянии и нестационарных режима? воздействия. В рамках данной методики создан оригинальны!

T73„MI

Рис.И. Обобщенная диаграмма реактивных напряжений для сплава Ш0%№ при чистом сдвиге. Символы (•, А, +, а, *) отражают максимальные реактивные напряжения в зависимости от : (•) от степени деформации противодействия; +) от

жесткости противодействия при ^/у- = 0.5%; (■, *) от жесткости противодействия при У/ - 0.75%; 1 - диаграмма деформации аустенита, 2 - диаграмма деформации

/ ч^оа

мартенсита

, МПа

4(1(1

300

200

0.25 0.5 0.75 |.о 1.25 %

Рис.12. Обобщенная диаграмма реактивных напряжений для сплава Ti50%Ni при чистом растяжении. Символы (•, А +, И, *) отражают максимальные реактивные напряжения в зависимости от : (•) от степени деформации противодействия; (А +) от жесткости противодействия при еоа = 0.5%; (а, *) от жесткости противодействия при Е„сх = 0.75%; 1 - диаграмма деформации аустенита, 2 - диаграмма деформации мартенсита

Рис 13 Обобщенная диа1рамма реактивных напряжений для сплава Т150%№ при чистом сжатии. Символы (., А, 9, *) отражают максимальные реактивные напряжения в зависимости от : (•) от степени деформации противодействия; (А, +) от жесткости противодействия при £„сг= -0.5%; («, *) от жесткости противодействия при £ои - -0.75%; 1 - диаграмма деформации аустенита, 2 - диаграмма деформации мартенсита

0,15,МПа -

Рис 14 Обобщенная диаграмма реактивных напряжений для сплава Т150%№ при чистом растяжении. Символы (•, А, +,) отражают максимальные реактивные напряжения: (.) чистого сдвига; (А) - чистого растяжения; (+) - чистого сжатия. I -Диаграммы деформации аустенита при чистом сжатии (1), чистом кручении (2.) и чистом растяжении (3). II - Диаграммам деформации мартенсита при чистом кручении (1), чистом сжатии (2) и чистом растяжещш (3)

7/0. Х|

Рис.15. Диаграмма остаточных деформаций для инициирования реактивных напряжений. Символ • - интенсивность остаточной фазовой деформации.

Рис. 16. Обобщенный контур реактивных напряжений для сплава "П50%Ж Символы А, ш, ... , © отображают максимальные реактивные напряжения в условиях: л - режима 1; ■ - 2; • - 3; * - 4; * - 5; + - 6; © - при простых траекториях деформирования; о - при пропорциональных траекториях деформирования.

испытательный стенд и соответствующая экспериментальная оснастка д выполнения исследований, а также используются возможное интегрированной инструментальной компьютерной среды структура аналитической теории прочности (¡ХБАТ ).

2. Выполнены систематические исследования деформационных свойс материалов с ЭПФ в условиях вариации режимов термомеханическо воздействия, исходного фазового состава и сложного напряженно состояния. В результате этих исследований установлено, что в: напряженного состояния, траектория нагружения в пространстве напряжет и исходный фазовый состав оказывают существенное влияние деформационные свойства. В частности, установлено что

• двухфазное состояние сплава И50%№ с примерно одинаковым составе зерен аустенита и мартенсита, проявляет- при всех изученных режим большую деформативность, чем материал в мартенситном состоянии;

• деформационный отклик материала при двухзвенных ортогональш траекториях нагружения в окрестности излома траектории име нетривиальный характер и существенно зависит от организащ траектории нагружения и исходного фазового состава. При эте возможно, как проявление эффекта упрочнения материала на вторе звене траектории с ростом величины первого звена, так и разупрочнение

• Циклические свойства сплава Ш50%№ и Ре12%Мп проявляются в ви эффектов циклического анизотропно-упрочняющего поведения с быстрь (в течении 2-3 механоциклов) переходом в циклически стабильн состояние. Обнаружено влияние вида напряженного состояния на степе) циклической анизотропии, а также величину эффекта псевдоупругости.

В результате изотермического деформирования сплава Т150%№ мартенситном состоянии по "нейтральным" траекториям (т.е. траектории когда сохраняется постоянным значение интенсивности напряжений < наблзодается неупругая деформация за счет мартенситного термоупруго; превращения, что ставит под сомнение возможность использован] представлений о поверхности текучести для описания свойств материалов мартенситным каналом массопереноса.

3. Выполнены систематические исследования влияния различит термомеханических факторов на кинетику генерации и релакеащ реактивных напряжений. В результате указанных опытов установлено, что:

• кинетика процессов генерации и релаксации реактивных напряжений, также величина максимальных реактивных напряжений, практически : зависит от способов задания деформации противодействия при проста схемах нагружения чистого сдвига, чистого растяжения и чистого сжатия

• существенное влияние на реактивные напряжения оказывает урове) деформации противодействия, величина и характер вариации жесткос противодействия; наличие и величина предварительного свободно: восстановления и другие факторы.

имеется методическая возможность формировать сложные термомеханические гистерезисные фигуры при инициировании реактивных напряжений в условиях термоциклирования в неполном интервале температур фазовых превращений.

можно за счет специально подобранного режима предварительного деформирования инициировать реверсивные и многократнообратимые реактивные напряжения. Исследованы закономерности названных эффектов и отработана методика, позволяющая учесть вклад эффектов многократнообратимой памяти формы на кинетику процессов развития реактивных напряжений. 4. Исследована кинетика реактивных напряжений в сплаве Ti-50%Ni в :ловиях сложного напряженного состояния. В частности установлено, что: траектория деформирования на этапе задания соответствующих компонент тензора деформации противодействия не совпадает с траекторией генерации и релаксации реактивных напряжений. В целом, независимо от предшествующего режима деформирования в процессе термоциклирования в образце (закрепленном с бесконечной жесткостью противодействия по соответствующим компонентам угловой и осевой деформаций) инициируется процесс генерации и релаксации реактивных напряжений в виде лучевых траекторий в пространстве реактивных напряжений о-л/з-с.

угол наклона названных лучевых траекторий существенно зависит от комбинации соответствующих компонент деформации противодействия при постоянном значении интенсивности деформации противодействия, величина интенсивности (сг,) максимальных реактивных напряжений (при £,=0,75°/o=const) в зависимости от соответствующих комбинаций компонент угловой и осевой деформаций принимает различные значения, а максимальная разница между a¡ составляет 17%. Наибольшие реактивные напряжения инициируются при напряженных состояниях близких к чистому сдвигу, наименьшие к чистому растяжению, последовательный учет влияния многократнообратимой памяти формы и температурного расширения при выполнении опытов по исследованию генерации и релаксации реактивных напряжений позволяет выполнить анализ влияния вида напряженного состояния на реактивные напряжения и ввести удобное представление в виде обобщенного контура реактивных напряжений, построенного по дашшм опытов в координатном поле сг~ -J3 х.

Материалы диссертации опубликованы в 14 работах.

Арендателев И.Г., Дикалов Б.А., Малинин В.Г., Сеничев В.В. Универсальный стенд для исследования функциональных и прочностных свойств материалов при термомеханическом воздействии в условиях сложной деформации и генерации реактивных напряжений. // Труды XXX

Межреспубликанского семинара "Актуальные проблемы прочности" 16-19 мая 1994г. - Новгород-1994 - с. 162-171.

2. Малинин В.Г., Пальмбах И.В., Арендателев И.Г., Попов В.Ю., Селин Н.Г. Установка для исследования нестационарной ползучести и термомеханических свойств новых материалов при сложном напряженном состоянии. // Труды XXX Межреспубликанского семинара "Актуальные проблемы прочности" 16-19 мая 1994г. - Новгород - 1994 - с. 172-176.

3. Малинин В.Г., Селин Н.Г., Арендателев И.Г., Пальмбах И.В., Сеничев В.В., Летенков О.В. Установка для исследования влияния сложного нагружения на реактивные напряжения, прочностные и функциональные свойства новых материалов. // Труды XXX Межреспубликанского семинара "Актуальные проблемы прочности" 16-19 мая 1994г. - Новгород -1994-с. 176-183.

4. Арендателев И.Г., Дикалов Б.А., Малинин В.Г., Сеничев В.В. Экспериментальное исследование механических сплавов, обладающих ЭПФ при знакопеременной деформации и сложном напряженном состоянии. // Труды международной конференции "Актуальные проблемы прочности" 26-30 сентября 1994г. - Новгород - 1994 - с.200.

5. Малинин Г.В., Арендателев И.Г., Авдеев Р.В., Гугняев A.B. Компьютерно-экспериментальная методика исследования механического поведения материалов с эффектом памяти формы. // Материалы с эффектом памяти формы 4.2, 1-ый Российско-Американский семинар "Актуальные проблемы прочности" 13-17 ноября 1995г: - СПб. - 1995 - с. 141.

6. Малинин В.Г., Маничева И.Н., Арендателев И.Г., Герасимов В.К., Крылова И.Н. Исследование деформационных свойств материалов эффектом памяти формы при циклических режимах изотермического нагружения.// Материалы с эффектом памяти формы ч.2, 1-ый Российско-Американский семинар "Актуальные проблемы прочности" 13-17 ноября 1995г. - СПб. - 1995 - с.29-33.

7. Арендателев И.Г.,Малинин В.Г., Малинина H.A. Реактивные напряжения в материалах с ЭПФ в условиях сложного напряженного ' состояния. // Материалы с эффектом памяти формы ч.2, 1-ый Российско-американский семинар "Актуальные проблемы прочности", ч.З, 13-17 ноября 1995г. - СПб. - 1995 -с. 19-25.

8. Арендателев И.Г., Авдеев Р.В., Малинин Г.В. Экспериментальные и компьютерные методы исследования функционально-механических свойств материалов с эффектом памяти формы. // Материалы научной конференции: ч.2 -2-6 апреля 1996г. - Москва, МГАТУ им Циолковского -1996 - с.132.

9. Арендателев И.Г., Малинин В.Г., Маничева И.Н. Влияние вида напряженного состояния на функционально-механические свойства материалов с эффектом памяти: формы. // Материалы научной конференции: ч.2 -2-6 апреля 1996г.,- Москва, МГАТУ им Циолковского -1996 - с.65-66.

10. Арендателев И.Г. Реактивные напряжения в материалах с мартенситным механизмом деформации и сложном напряженно-деформированном состоянии. //Научные труды международной конференции "Технология -96" ч.1. 17-19 апреля 1996г. - Новгород - 1996 - с.32-33.

11. A.c. 1598954 СССР, МКИ3 B21D 22/26. Устройство для обжима трубок заготовок. / Б.А.Дикалов, И.Г. Арендателев (СССР) - 2 с.

12. A.c. 1438889 СССР,МКИ3 В 21D 22/20. Устройство для вытяжки. / Б.А. Дикалов, И.Г. Арендателев (СССР) - 2 с.

13. A.c. 1459082 СССР,МКИ3 B21D22/20. Устройство для прессования длинномерных трубчатых изделий без порошка. / Б.А. Дикалов, И.Г. Арендателев (СССР) - 2 с.

14. A.c. 1581682 СССР, МКИ3 В66С23/32. Самоподъемный башенный кран / Б.А. Дикалов, И.Г. Арендателев (СССР) - 3 с.

Лицензия ЛР № 020515 от 20.09.93.

Подписано в печать 20.11.96. Формат 60*84/16. Уч.-изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ Издательско-полиграфический центр Новгородского государственного

университета им. Ярослава Мудрого. 173003, г.Новгород, ул. Б.Санкт-Петербургская, д. 41. Отпечатано в ИПЦ НовГУ. 173003, г.Новгород, ул. Б.Санкт-Петербургская, д. 41.