Влияние давления на хрупкопластический переход и пластичность металлов при различных скоростях и температурах деформации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



РОССИЙСКАЯ АЯАДШЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОРДША ТРУДОВОГО КРАСКСГО ШПЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ

На правах рукописи

ЧУРЕШЗ Рлсмль Ваякнурович

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА М^ЛНОПМСТИЧВСКИЙ ПЕРЕХОД И ПМСПШОСТЬ МЕТАЛЛОВ ПИ! РАЗЛИВШИХ СКОРОСТЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ ДЕЙОШЦИИ

01.04.07 - фимкя »»га

Автореферат диссертация га соисюшяв учииЯ стсясл кандидата фоико-юткгатнческих наук

Екатеринбург 1993

Мота вгагшша в огдьле ьасоких давлений Ордена Трудового Краевого Згаше-ш Инстштута. франки металлов УрО РАН .

Иаутнй руководитель - доктор фиэако-иатшвдичоскнх наук, профессор Г.Г.Тадуц доктор физкко-ыатематичезках »мук, ведший научный сотрудник ¿.В.Добрсишяоп

Сфндеаяьнда оппоненты :доктор $изнко~ма¥еш?зческих тук,

оэдуца* научный сотрудник Н.И.Чаракова зднеддо физико-математических наук, 4 старший научный оогрудкка В.И.Свксв

Вадущэо предприятие - Уральский Ордена Трудового Красного Знамена государственный унмворентэт вы.Д.И.Горького г. Екатеринбург

Заката состоятся " " CJ?\r<(^,H 1993 г. а часов т заседдкли мюцйажазкрое&шюго совета К 002.03.01 в Институте фкза» мзталлов УрО РШ по адресу: 620219 «г.Ькатврлк-бург, ГСП-170, уа.С.Нош. ¿всаой,' 18.

С диссертацией иоздо огийксамгься в библиотеке Института фйБВКИ MSTÜiKOB УрО PÜI1. ,

. Авторсфзрат ¿авосин " " HC'JHfj^ 1993 г.

УченЦ! секретарь

сшядопчровшис*» , ......' . В.Р.Гавахсв

coEssa кандидат физиво- .

штвкпячвекйх туш

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность теш<. Развитие различных отраслей те химии требует создания качественных »»терналов, обладающих высокими физако-иехаиичасктш свойствами, методами пластической деформации под давлением. Поэтому изучение явления хрупкопластического перехода (ХПП) относится к наиболее значимым проблемам .физики пластической деформации и разрушения. Вопросы, относящиеся к исследованию влияния naí его характеристики различных факторог, принадлежат к числу фундаментальных задач в этой области. Важной характеристикой ХПП является температура хрупкопластического перехода. В настоящее время имеется много исследований, посвященных изучение влияния fia неё различиьсх факторов, таких как тип кристаллической решетки, текстура, размер зерна, ориентация шиокристаллов, вид структура, а также скорости деформации в условиях атмосферного давления. Однако изучение влияния давления и особенно влияние скорости д&* формации под давлением на температуру хрупкопглстического переходя

Пр&л.'ИчёСкп Н6 црОВйДИЛОcb. OïCyTCiFîvïô ïôîiâiîX мОГПО -

понять, поскольку изучение этих падач даяе при атмосферном давло-или достаточно трудоемки,а пэучеипо их s условиях высокого давления требует изготовления очень ехшагоА аппаратуры. В связи с эткл особое значение приобретают исследования влмгкглп давления d rapo-кои диапазоне изменения температуры и скорости деферпции на процессы пластической деформации, и разруссгая 1.?.тор;<алоп; кэучыдо аффекта делокализации пластической деформации под давлением; изучение заксноиернос^и изменения пластических свойств под давлением.

Цель работы. Получать даннш об изменения ткетератури хрупко-пластического перехода и пластичности молибдена и вольфрага,титана, стали ЛЭА и ыеди а зависимости от давления при различных температурах в енрокои интервале изменения скоростей деформации и усовершенствовать кетод оценки пластичности s sassicsiicsra от характера"-тип напряженного состояния.

Для решекия этих задач необходимо бшо создать установку высокого давления для дефорьнреваиия твердых-тел, которая обеспечивает контролируемое измекекие параыэтроэ эксперимента: да&яэ-ния, температуры и скорости деформации и схемы напряженного состояния в широком диапазоне.

Научная новизна диссертационно^ работы определяется тем, что о ней впервые с поаошьп новой оригинальной установки высокого

давления исследованы пластические свойства молибдена, вольфрама, титана в широком диапазоне давлений при различных температурах « скоростях деформации. Изучены: зависимость температуры-хрупко-пластического перехода молибдена и вольфрама от давления и скорости деформации, пластические свойств меди и стали У8А при изменении давления о заданному экспериментатором закону в процессе деформирования образцов. Обнаружен ряд особенностей процессов пластического течения и разрушения металлов, а именно: .

- наличие "порогового" давления как у хрупких, так и у пластичных твердых тел, проявляющегося только при деформации ниже температуры ХПП;

- эффект делокализации пластической деформации, выражающийся в образовании нескольких шеек на образцах молибдена и титана при давлениях вше 200 МПа, Т=292 К и скоростях деформации <10°сек7*

- изменение пластичности молибдена, вольфрама и титана г зависимости от давления при различных температурах и скоростях деформации по степенному закону;

- повышение температуры хрупкопластического перехода молибдена на четыре градуса при увеличении скорости деформации под давлением ы один порядок в диапазоне от Ю-4 до 10°сек .

- понижение температуры хрупкопластического перехода молибдена и вольфрама с увеличением давления по степенному закону,

- линейное изменение кривизны шейки растягиваемого цилиндрического образца меди и стали У8А в зависимости от степени деформации, независящее от давления и скорости деформации, причем угловые коэффициенты для меди и стали У8А равны' На созданную установку высокого давления получено авторское.

свидетельство СССР на изобретение.

Практическая ценность работы состоит в том, что созданная установка высокого давления для деформирования твердых тел открывает широхие возможности для более полного и корректного исследования процессов пластической деформации и разрушения, изыскания условий получения ноэых материалов, прогнозирования и управления формиро-ваилем качества изделий, получаемых о работкой давлением твердых тел и повышения эффективности технологических процессов. Технические характеристики и функциональные возможности созданной установки позволяют так&г проводить гидроэкструзию, штамповку, волочение, выдавливание мембран, а также интенсивное деформирование твердых

тел как совместима, так и раздельным действием сил в осевом и тангенциальном направлениях.

Полученные в работе новые закономерности изменения пластических свойств и температуры ХПП молибдена, вольфрама, титана,меди и стали У8А в зависимости от давления при различных температурах и скоростях деформации и усовершенствованная методика опенки пластичности твердых тел могут бить использованы для прогнозирования разрушения этих металлов при деформировании давлением и изыскания путей повдаения эффективности технологий обработки их давлением.

Основные положения, вшосимие на защиту:

- результаты по изучении закономерностей изменения пластических и прочностных свойств молибдена, вольфрама, титана, меди и стали У8А при их деформации в разных давлениях, температурах и скоростях деформации;

- установление взаимосвязи исяду тешкгр&турий АруПкОГшнОтйчёСКОГО ■ перехода и давлением для молибдэта и вольфрама;

- обнаружение эффекта делокализации пластической дефорн&ции у молибдена я титана под давлением при комнатной температуре;

- разработка н создание установки высокого давления для деформирования твердых тел, которая обеспечивает контролируемое изыо-неняэ параметров эксперимента: давления, температуры и скорости деформации и схемы деформирования в широком диапазоне.

Достоверность полученных экспериментальных результатов и обоснованность тучных положений и выводов диссертации обеспечивается, во-первых, использованием для измерений давления( усилия дефорш-ровакия, величины корости и температуры деформации термоэлектрических, манганиновых, тензорвзисторных преобразователей с линейными функция»® преобразования и их индивидуальной градуировкой; тахогенераторов и современных измерительных и электроизмерительных приборов; во-вторых, большим количеством экспериментальных данных и их проверкой на воспроизводимость, в-третьих, обработкой результатов измерения точным и достаточно простш методом наименьших квадратов о применением ыииро-ЗВМ; в-четвертых, периодическим метрологическим контролем средств измерения.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований изложены в 10 публикациях. Матсрш: лы диссертации докладывались и обсуждались на различных конференциях и семинарах в том числе на

5

Всесоюзной научно-технической конференции по пластической деформации (Абакан, 1968), Международной конференции - высокие давления в науке и технологиях (Падерборн,1989), Международной конференцаи по физике и технике высоких давлений (Троицк, 1989), на У Всесоюзном семинаре по структуре дислокаций и механическим сво^.тваы (Свердловск, 1990).

-Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Материал диссертации изложен на 168 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 3 таблицы, 269 наименований использованных литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дало обоснование актуальности темы диссертации, сформулирована цель работы, указаны научная новизна и вшосмшэ на защиту результаты. Приводится список публикаций, положенных в -основу диссертации.

В первой глава проанализировано современное состояние исследуемого вопроса и дан анализ существующих знаний о хрупкопласти-ческом переходе в твердых телах, анализ влияния внешних факторов воздействия на прочностные и пластические свойства металлов, методов оценки пластичности, а также экспериментальных возможностей установок для деформирования твердых тел под высоким гидростатическим давлением. В результате было установлено, что работы по исследованию влияния внешних факторов (давление, температура и скорость деформации) ад процессы пластической деформации и равру-. в&ния тверды« тел проводились по трем направлениям.

В первой группе исследований материалы деформировались при изменении температуры в сирокои диапазоне в условиях атмосферного давления к при некоторой постоянной скорости деформации. Этими работами было установлено, что по мере снижения температуры деформации/ Т ) повышается предел текучести ( СЬ0 ) и снижается пластичность вплоть до появления хрупкого разрушения. Хрупкопластичэс-. кьй переход (ХПП) наблюдается практически во всех твердых толах я обнаруживается только при деформировании. Для правильного понимания природы Х1Ш необходимо изучение изменения таких основнкс характеристик как напряжение разрушения (<5р), температуры ХПП (Тщ) и критическое давление пластичности в зависимости от условий деформирования и внутреннего состояния твердых тел.

Анализ работ по изучению ХШ1 выявил следующие особенности:

- исследования лПП проводили в сранительно небольшом диапазоне давлений и в области Тд, близких к Тхп для атмосферного давления и без учета скорости деформации;

- деформацию образцов осуществляли изгибом, при которой сложно установить корреляцию между углом изгиба и давлением, поскольку в поперечном сечении напряженное состояние неоднородно;

- давление в процессе деформирования било непостоянным и ивменя-! лось неконтролируемым образом.

Всо эти недостатки снижают надежность экспериментальных данных оо основных характеристиках ХПП.

Во второй группе исследований твердые тела деформировали под давлением в условиях комнатной температуры и некоторой неконтролируемой скорости деформации. В этих исследованиях был обнаружен

деформации до разрушения с увеличением давления. Этот эффетст у разных авторов описывается различающимися закономерностями даже для-одинаковых материалов.

Существуют также данные о неоднозначности влияния гидростатического давления на предел текучести и величину равномерной дефор-гл.цы1 таердцх тол. - .

Под действием давления в деформируемом теле возникает напряженное (НС), которое характеризуется симметричным тензором второго ранга содержит шесть существенных'и различных в общем случав, компонент. Поэтому в последние годы в ряде работ отмечается целесообразность определения свойств твердых тел, прежде всего пластических в зависимости от характеристик НС.

В процессе деформации материал .упрочняется', нарушается однородность его течения, а гидростатическое давление на существующих установках изменяется по произвольному закону, либо сохраняется постоянным в процессе деформирования, поэтому характеристики НС изменяются. В связи с этим пластичность определяют в зависимости от среднего за процесс деформирования характеристик НС. Для того, чтобы избежать серьёзных ошибок в трактовке и практическом применении результатов исследования необходимо сохранение характеристик НС в процессе деформирования постоянным за счет контролируемого изменения давления.

В третьей группе работ изучалось влияние скорости деформации ( 6 ) на процессы пластической деформации и разрушения-в условиях

атмосферного давления и разншс теиператур, и были сделаны следующие выводы: во-первых, влияние 6 на свойства твердых тел наиболее существенно обнаруживается при сверхпластичности,т.е. при высоких температурах, во-вторых, при сравнительно низких Тд (примерно' при

Т„ «; 0,3 Т„„ ) эффект влияния т прочностные и пластические

Д пл. . ^^

свойства твердых тел незначителен, в-третьих, повшение с. приводит

к увеличению напряжения течения, к снижению пластичности и при некоторой достаточно вьсокой скорости деформации твердое тело из плас-ткческосо состояния может перейти в хрупкое, в-четвертых, имеются данные, свидетельствующие об обратном эффекте, т.е. при увеличении

£ прочностные свойства снижаются или остаптся неизменными, а пластические - повидаются. Эти факты являются причиной различного понимания роли 6 в пластическом течении, деформационном упрочнении и разрушении твердых тел.

С учетом вшеизложеннэго и для формирования правильного понимания физических причин процессов, происходящих при деформировании твердых тел, необходимы исследования комплексного влияния давления, скорости и температуры деформации при контролируемом изменении их в широком диапазоне на процессы пластической деформации и разрушения.

В связи с этим требуется создать установку высокого давления,, ие имеющую таких недостатков извее-гных установок (существует шесть различных типов установок) тк неконтролируемое изменение в процессе деформирования давления, ограниченность фунвдюнальных возможностей, аахлючающаяся, во-первых, в_принципиальной сложности обеспечения контролируемого изменения в от опыта к опыту, во-вторых, на этих установках мопио проводить деформирование лиш осевой силой, либо вращательным моментом, в-третьих, отсутствуют данные об использовании этих установок для изучения пластической деформации и разрушения твердых тел при различных температурах, эа исключением установок, предназначенных для гидроэкструзии и тала Еридкыена, в которых давление в процессе деформирования накоктролируемо изменяется.

Во второй главе описаны материалы, метрологическое и методологическое обеспечение исследований, устройство к принцип работы, функциональные возможности и технические характеристики созданной оригинальной установки.

При проведении данного исследования были и пользованы образцы ыеталлохерамичаского вольфрама марки ВА (01Щ), молибдена баз спе-ш&лывк присадок марки ЫЧ(ОЦК), деформированного горячей ковкой, а

6

также подвергнутого отжигу, технически чистого титана марки ВТ 1-0(ГПУ), меди марки МВ(ГЦК), деформированной на ЪЬ% и стали УВА(ОЦК) в состоянии посла горячей прокатки.

Все образцы имели цилиндрическую форму. Начальный диаметр рабочей части ( ¿о ) образцов молибдена, вольфрама и титана равнялся 4 мм, а начальная рабочая длина -6о=20 мы. Образцы стали У8А и меди ИВ имели ¿0 «5 мм, -?,0 »25 мм.

Максимальное значение давления в экспериментах равнялось 1150 МПа, температура деформации изменялась в диапазоне от 180 до 873 К . Скорость перемещения активного захвата в каждом лиге была фиксированной и равнялась 8.10"4; 8.Ю""5? в'-КГ6; 810"7; 8.10""°ы/с. '

Измерения величины гидростатического -давления производилось как»манганиновым манометром, так и манометром с трубчатой пружиной типа СВ.

В качестве датчиков измерения перемещений", ио»акто5

и осевых сил использовались течзорезисторы сопротивления. Для измерения температуры применялись термоэлектрические преобразователи типа ТХА м ТЖ. Скорость перемещения активных захватов измерялась тахогенератором.

Геометрические размеры образцов до и после деформации определялись на инструментальном микроскопе ИЩ 160х50Б с точностью до 0,003 мм.

В качестве характеристик пластичности использовались относительное удлинение и предельная к моменту разрушешя степень деформации, рассчитываемая для цилиндрических образцоь по формуле

Л-2у/ГЬг(а10/с1?) , (I)

где (1р - наименьший диаметр образца а момент разрыва.

Величину относительного удлинения в общем случае определяем по формуле

и)

где -¿к - конечная длина растянутого образца.

Деформирование образцов осуществляли на установке высокого давления, созданной в рамках данной работы для решения различных задач.

Установка (рисЛ) содержит основание I, неподвижную траверсу 9, колонкы8, подвижную траверсу 3, электродвигатели 13,24,26, вариа-

9

Рйс.1. Установка высокого давления дня деформирования твердых тел

то1» скорости винтовую пару 2, силосу» плиту 4, механизм кручения 5, цилиндр высокого давления 7, рабочий иол 6, поршень 10 гидроцилиндра II, меха(шзи для регулирования давления 12 в цилиндре высокого давлвии. 7, верхний гшунаер высокого давления 14, фиксатор верхний части обрс.зт.р. 15, юдашй плунжер высокого давле-;шя 21, еток 22 механизма кручения 5, тяги 23.

Основание I и неподвижная траверса 9 соединены между собой двумя колоннами 8. Поцвикная траверса 3 переменяется вдоль колонн 8 с помощь» винтовой передачи 2. Вращение к гайке винтовой пары 2 от ¡электродвигателя 26 передается через вариатор скорости 25 и механическую передачу, вмонтированную в основание I. Цилиндр высокого давления 7 установлен неподвикно на рабочем столе 6, расположенном между гидроцилиндром II и силовой плитой 4, закрепленной на колошах 8. Верхний съёмный плунжер 14 сопрягается с гидронилиндром высокого давления 7 и закреплен на штоке поршня 10 гидроцилиндра II. Гидроцилиндр II соединен с цилиндром регулятора давления 12, снаб-

женнш управляема электродвигателем 13. Гидрзцилинде II установлен в неподвижной траверса 9. На пгс;;э 22 привода кручения. 5 закреплен нииний съпьшый плушкэр 21? нвподвимгкй в осевом направлении и содрягавдйся с цилиндром вькокого давлегзш 7. Привод вра~ щения 6 неподвижно установлен на силовой плите 4.

Механизм для регулирования давлешя 12 в цалтщре высокого давления 7 представляет собой электромеханический привод кулачковой пары, на которой закреплен поршень цилиндра механизма регулирования давления.

Привод механизмов переыещония подвижной траверсы 3, кручения б и регулирования давления 12 осуществляется электродвигателями 13,24 и 26 соответственно.

Для обеспечения различных температур деформации цилиндр висо-кого давлешя 7 помещен в пустотольтЯ цилиндр 19, который с помощья трубопроводов 18 олквя м нвгне?ан':я соединен с ультра-тормозга*ч<» 17 типа U10. Термостат закреплен на рабочем столе и действует по принципу циркуляции жидкости и позволяет поддерживать постоякнуя . температуру s рабочая камера цилиндра высокого давления 7. в дтга-зоне температур от 180 до 508 К. Вся снстска, предназначенная дгя создания температуры, изолировка тсплснзолт^ей 16.

Сочетанию на одисй установке незаЕкекюк ггзягёягиов регулирования давления, осевого н утлогого перенацокяя позволяет просо-днть следущиэ основные зид:? деформирования тверди* тал на разгите-нул степень колоть до разрушения:

I. FacTnaeimo, статно, изгиб и кручсниэ образцов различии*, размеров н формы при ат:сс[*5р;ом дгсзлеши а диявазенз теетератур от 77 до 1723 К с различна; скоростями деформации в (скорость деформации можно изменять на 4 порядка) 1

2. Растйаскке, сжатие, изгиб и кручшгаэ образцов прч кисокон постоянном или изменяемся по ззданкоау охсперкаонтаторои закону гидростатическом давлении р (кавсикзлькое значение р равно 1200 Ша) в области температур от 180 до 5I0IC цря контролируешь изменении ê в том ке диапазоне;

3. Комбинированное натруяевгда (растялекио с вручением или ссатнэ г кручением) пря параметрах гноинего позде.Чстеня,- угл?ан-иых в п.1 и 2.

4. Нагруяеняе образу наковальня®! Бридшена п соевом и окружном направлениях в условиях внсокзх кваоягидростатячззяих давлений (каксимальиоа О "S 20 ГПа) при температурах с? 77 до 7Б0 К и пра

II

контролируемом изменении - 6 •

Ь. Надавливание длишмерных образцов различной «формы и размеров и иенбрл через патрицы при различных контролируемых дав-лега&х во в лодкой и выходной частях, .температурах и скоростях де-форшции. .

В третьей главо изложены результаты исследования влияния давления на Т„„ и пластичность молибдена, ьольфраьз. при ра-личных

xii

температурах деформации Т . '

Для определения температуры >;рупкспластического перехода бшга изучены заьисииости предела текучести (50( Т ) и предельной степени деформации А ( i ) от температуры деформации в условиях атмосферного давления ( р и при начальной £ 0 ,04 Дефор-нироваяиь ыолибдела проводилось в интервале температур 180-673 К, а вольфрама 423-873 К. Было обнаружено, что температура хрупкоплас-тического перехода, при атмосферной давлении Тхп (0) неотожаенного цолибдета. равна 273 К, а отоах.едного - 24С К, для вольфраш она равна S58 К.

Воздействие высокого давления приводит к существенному возрастанию пластичности исследованных металлов. Анализ поведения кривых А. ( р ) для иолибдаа и ьольфрака пря различных температурах деформации (сн .рис .2,3 а) пригашает, что и увеличением давления ндблвдастся непрарнвнця рост предельной степени деформации до разрушения. При' температурах деформации Т^ > Т^О) вффект давления на рост ii.ïacïK4noîiii обшружисастса сразу. Действительно, характерной особенностью кривых À. ( р ) (рис.2 а - В , О ,о» рис.За-9 9 /л » О , к , о } является отсутствие m них горизонтальной гшо» вдоа шас точности, указып&юцой на наличие порогового давления. Такая особенность всех этих i;pisкгх одноэ11ачно свидетельствует о той, «то увелычешю пластичности хрупких металлов с (Щ решеткой в области «оцлер&гур деформации сипе их ТХ(^(0) происходит без встгсго порогового давления. Картина хода криви несколько ыэня-ьтся в том случае, когда деформация молибдена и вольфрама осущест-Е.здетея при тмшературах шше T^îlB этой случае на кривых Л.( р ) появляется четко высаженная плседдка нулевой пластичности (см.рис. 2a-ût рис.2 е- в , о , © , О I Д . Д ; ряс.З а - О ). Пластичность молибдена и вольфраьа при температурах деформации Тд ниже начднаьу расти только после достижения некоторой критической величины дасленяя. Появление плосг^адки нулевой пластичности свя-

12

f-

у

L

Ю /А

а б

Рис.2.Изменение пластичности нолнбдена(а) и вольфрама (б) в зависимости от давления при различных температурах деформации: а) Л -ТЛ80, о -290, О -406,о-463 К; б) д-Т-290, А-338, О- 363, С- 408, О -463, 0-5О8К.

Рис.3.¿Зависимость пластичности отожженного молибдена: а) от давления для разнкх температур: о -Т=>358, д-292,

О -¿76, х-260, 0 -258, Я -243К» б) от температуры ,цла

разных давлений: О - р=.0,1, О -60, * -150, Д-300,0-500!1!!а

Ттх

57:

••¡SI*

ш W3

timr

w w т,

Рнс.4..а)Влиянке давления на температуру хрупкопластического

перехода :Ш-молибден, ф-волы$раи; ©, в-хрупкое; О,О-пластическое состояние; б) Переход твердых тел из-хрупкого в пластическое состояние под давлением ври разных темпера-

турах деформации

13

зано с тем, что при понижении температуры деформации до Т^ресурс пластичности материала оказывается полностью исчерпанным. Величина критического давления пластичности рЯГ1 , то есть давления, при котором начинается рост пластичности с понижением температуры деформации возрастает. Если построить изобары пластичности А(Т) для отсаженного молибдена из кривых А. ( р ) для различных давлений (см.рис.3 о), то можно обнаружить, что эти кривые в исследованном интервале температур имеют ход изменения пластичности подобно кривой для атмосферного давления. Сравнительный анализ хода кривых пластичности молибдена и вольфрама на риз.2 а, б; 3 а свидетельствует о том, что сам вид этик кривых с понижением температуры нагружать не меняется, а имеет место только смещение этих кривых параллельно друг другу в сторону все более высоких значений давления. Начало каждой из кривых соответствует значению критического давления пластичности для соответству дей температуры деформации, а общий ход кривых оказывается подобным друг другу. Это особенно хорошо видно на кривых, полученных для вольфрама. Вольфрам имеет достаточно высокую температуру хрупкопластического перехода,поэтому в данном исследовании удалось получить серию кривых _Л_ ( 0 ) для сравнительно большого интервала температур ниже его Т^О).

Изменение пластичности иогег быть описано выражением, общий для лсех кривых, полученных при различных температурах:

где рхп - *фитическое давление пластичности для Тд ^ Тхп(0) > й2- постоянный коэффициент;

П.- показатель степени, в иа^ем случае ,84; Г1 «0,6^0,03.

Одинаковый характер кривых

Х(р ) в области изменения пластичности независимо от температуры деформации позволяет принять, что механизм пластической деформации при переходе через температуру ХПП при рассматриваемых давлениях существенно не меняется, а эффект влияния давлзния сказывается только на процессе зарождения и их -дальнейшем росте.

При воздействии давления 225 Ш1а Т^ молибдена понижается на 93 градуса, а воздействие давления в 1050 МШ* понижает Т^ вольфрама на 268 градусов.

Экспериментальные данные по изменению температур»! хрупкоплас-тическсго перехода от давления (рис.4 а) описываются выражением

и<«-ир)(4)

где Т^СО), Тхл(р) - соответственно, температура хрупкопластическс-го перехода при атмосферной давлении и некотором давлении р , И^ и П1 - постоянные коэффициенты, ГЛ. «0,71

Известно, что при атмосферном давлении тешература хрупкоплас-тического перехода Тт(0) соответствует точке, в которой кривая напряжения разрушения О р( 0 ) пересекается с кривой предела текучести с50(о).

Пои теыпеоатмэе Т _(0) оастос пляпфиинпл'то и?тегиала сказали - -

вается полностью исчерпанным (рис.4 б). Бри дальнейшем понижении температуры деформации ниже 1^(0) материала уровень напряжений, необходимых для протекания пластической деформации в твердом теле, оказывается более высоким, чем уровень напряжений его разрушения и с понижением температуры деформации это различие становится все больше. Для того, чтобы при таких температурах могла протекать пластическая деформация необходимо с помощью внешнего давления затруднить образование и развитие трещин, что приведет к росту напряжений разрушения.

При некоторой величине давления и Тд-Гхп( р ) ^1^(0), уровень деформирующего (разрушающего) напряжения снимается до уровня напряжения разрушения твердого тела. Такое давление можно назвать критш еским давлением пластичности и обозначается р^ . Незначительное превышение критического давления пластичности ( р > рет , см.рис.4 б) приведет к тому, что релаксация напряжений в материале будет осуществляться снова движением дислокаций. Поэтому р^ является тем пороговым давлением, которое обеспечивает протекание деформации твердого тела при температурах ниже температуры хрупкоплас-тхвеского перехода. В этом заключается физический смысл критического давления пластичности.

Хрупкопластический переход как предельное состояние характеризуется равенством напряжения разрушения и деформирующего напряжения, бесконечно малой величиной остаточной пластической деформации (Л-*0). При таких условиях напряжение течения (5Л разно пределу текучести

15 '

(501Т) для рассматриваемой температуры деформации. С учетом полной системы напряжений, возникающих при деформировании цилиндрических образцов под давлением и особенностей Ш1, получается формула для определения величины критического давления пластичности

Рлп = сэ0(Т)-6р(<П, (6)

где 6р(0)- напряжение разрушения твердого тела при атмосферном давлении.

Влияние давления на предел текучести материалов значительно слабее, чем его влияние на поведение трещин и заключается в подавлении растягивающих напряжений, действующих на трещину. Предел текучести от температуры деформации изменяется по степенному закону, в напряжение разрушения остается постоянный или слабо снижается с увеличением Тд. Поэтому изменение температуры хрупкопластического перехода в зависимости от давления таюш списывается степе'ннш законом.

Тгшш образом, во-первых, при деформации материалов выше их температуры хрупнопластического перехода Тхп(0) отсутствует так называемое "пороговое" давление. При температурах деформации ниже ТздСОЗих пластичность начинает рести 'только после достижения "порогового" давления - критике к его давления пластичности р^. Величина этого давление зависит от разницы между температурой деформации Тд и температурой хрупкопластического перехода при атмосферном давлении 1^(0). Чеа низе температура дефорггации материала относительно его. токиэратуры хруЛкопласгического перехода при атмосферном давлении, тем больше требуется давление для его пластификации.. Изменение температуря хрупкопластического-перехода металлов с ОЦК решеткой от давления подчиняется степенному закону (4).

Во-вторых, зависимость пластичности от давления для металлов с, ОЦК решеткой при температурах деформации как выше, так и ниве температуры хрупкопластического перехода описывается одной и той ае степенной функцией (3).

В четвертой главе приведены результаты по изучений влияния давления на Т^, и пластичность молибдена и титана при различных скоростях деформации. В этом ае разделе приведены также данные о вяиянии характеристик напряженного состояния на пластичность меди и етаки ¿ВА.

Пластичность молибдена и титана при атыосферном давлении и Т-292К довольно слабо зависит от изменени . скорости деформации. Однако зависимость пластичности этих металлов от £ становится более заметной при деформации этих материалов в условиях гидростатических давлений. В этом случае наблюдается непрерывное смещение кривых предельной степени деформации в зависимости от давления р с уменьшением скорости деформации в область более высоких значений А (рис.5,а,б). Измененив Л. с давлением р списывается для всех рассмогренных скоростей 6 степенной функцией.

Из анализа зависимости пластичности молибдена и титана от логарифма £ (рис.5 в,г) видно, что при всех даваниях эти зависимости описываются прямой линией, наклон которой с ростом давления становится больше. Относительный прирост пластичности молибдена и титана при уменьшении в на четыре порядка «о в«еч диапазоне давлений до 1100 МПа остается постоянным.

Температура хрупкоплостического перехода^ повышается примерно на 4 градуса при каждом увеличении скорости £ .на один порядок как при р и 0,1 МПа, так и при ¡>»100 Ша (рис.6). Уменьшение скорости деформации молибдена на порядок приводит к росту его пластичности при вс.ех рассмотренных давлениях в среднем на 0,15^0,03 (рис.5,в) для повышения пластичности на эту величину при Тдя 180...673К необходимо давление 2,63 МПа .Действие на отожженный молибден давления такой величины приводит к снижению его Т^ на 4 градуса.

Следовательно, каждое увеличение скорости деформации молибдена на один порядок в диапазоне её изменения от 10""*до Ю° в области давлений до 1100 МПа 1фиводит к увеличению Тхп на 4 градуса.

Повышение 5 с уменьшением скорости деформации, при атмосферном давлении и Т=292К также незначительно. Уменьшение скорости деформации от 0,04 до 4«Ю-6 с"1 при р*0,1 'Ша увеличивает величину равномерной (однородной) деформации <5р у молибдена на 6$, а у титана на 5,5/5. При деформации этих металлов в условиях высокого гидростатического давления это изменение существенно большг (см. рис.7 а,5). В том же интервале изменения скоростей деформации воздействие давления 1000 МПа повышает величину равномерной деформации у молибдена на 20,5%, а у титана на 14,53. Таким образом, по сравнению с деформацией в условиях атмосферного давления однородная деформация под давлением соответственно увеличивается в 3

Г7

Р' яю да €00 ~ «Я а " Ч 209 430 Ш т ШеЯЬ

Р>|с.Б.Зависимость г^гедельной степей .деформации молибдена (а) и титана (б): а,б от явления для различных скоростей

дейориации: О - в =4 • 1, Р -4 • I О-4, л -4 ■• Ю"5, X -4 • Ю^с"1 в,г -от скорости чефорыации при разшхх давлениях: О-р»0,1 ,Л-<00, □ -500, Х-ВОО Ша.

-Л -2.-1 0 $ Рис.6.Влияние скорости дефор5«ац»м на температуру хрупко-пластического перехода при различных давлениях

№ « ® И №Пл>*Ъ

^О^ЕЬЬЫ б

и хс ¡ев т тр*ь

Рис.7.Измгнекие относительного удлинения молибдена (а) и

титана-(б) в зависимости от давления для различных ^ скоростей деформации:О-? ^"Ю ,[Э-4.10 ,Д-4-Ю, Х^-КГ^с"1.

и 2,6 раза . При кандой скорости деформации наиболее аэметиий рост равномерной деформации происходит уг.е при сравнительно неболыних давлениях: для молибдена в интсршле давлений до 300 МПа и для титана в интервале давлений до 200-250 !Л!а. -

Уменьшение скорости деформации под давлением приводит к формированию на'образцах бегущей шейки. В некоторых случаях на образцах наблюдалось появление до 3-4 шеек. Такой характер деформации свидетельствует о то«, что упрочнение металла под давлением в местах локализации деформации в момент разрушения существенно больше, чем Ене. Причиной иё локализации деформации, выракающейс в образовании шейки, является относительная малость деформационного упрочнения в начале деформации. В ходе деформации тапряг.енне, необходимое для поддержания скольжения з области первоначально?! активизации, оказывается более высоким, чем необходимо для актигизод'.и г/.гсль-слглп. в мРУ^йл. в результате чего дрфорнация распро-

страняется па весь объём кристалла. Очевндши условием локализации течения является наличие з раЬтягявае!»«« сбрлсца структурных нвод-нородностей, присутствовавших там изначально или развившихся а ходе депортации. Это условие реализуется по пасх случаях.

С практической тсчхи зрения, существенное увэягаенке веяшхиы однородно!! деформации материала, при правильном выбора скорости ' деформации, означает повышение вероятности дефорчпции боо разрушения при прочих равных экспериментальных условиях, что неизбежно способствует получению изделий обработкой давлением с боле« высоким уровнен эксплуатационных свойств по всему объёму. По етоП причине для оценки пластических свойств следует одяо?.ре?лпкио учитывать и закон изменения придельной степени деформации , я величину равномерной деформации в зависимости от темдоратурно-скоростннх условий Деформирования под давлением.

Таким образец, обнаружено влияние давления при комнатной теи-пературз на скоростнуа зависимость пластичности молибдена и титана. Укзньшение скорости дефоркмрга приводят к существениоцу росту величины однородной деформации. При больших давлениях и ьалвх скоростях деформации наблюдалось образование нескольких кое::, сплдо-тэльствугзщих о переходе молибдена и титана в сверхплаетичесиоо гостояние при комнатной температура.''

При деформировании образцов, обладающих эрапртельно.1 симметрией относительно продольной оси I , напряженное состояние (НС) карактеризуется тремя главки« напряжениями: э осевом направлении

19

<Згг, радиальном (j^ и тангенциальном (обычно <jrr-~ бщУ-В данной работе для определения величины этих напряжений были исполь зованы формулы, найденные Н.Н.Довиденковыы и Н.И. Спиридоновой. Компоненты НС зависят от напряжения течения (ЭА и параметра кривизны шейки (А ). Зависимость ( А ) для меди ЫВ и стали У8А независимо от скорости деформации и величины гидростатического давления при комнатной температуре аппроксимирована линейной функцией

dL/R -сС(А-Ар), (6)

где сС - угловой коэффициент прямой, который как для меди,

так и для стали УВД.равен 0,81. Равномерная деформация для меди практически отсутствует, поэтому

Ар, «0,005 , а для стали У8А _Л_р «0,27. Кривые упрочнения аппроксимированы формулой

где (з0 - предел текучести, который для меди равен 351,8 МПа,

для стали Ш - 403,4 МПа; Q. и ß - эмпирические коэффициенты для меди ^ «=1£4,3 МПа, ß -0,568 ; для стали Ш <&-=7£8,1 МПа, 6 -0,334.

Для исследования влияния характеристик Нр на пластичность меди MB и стали УЗА деформацию растяжением осуществляли двумя способами: в первом способе - традиционном, в процессе деформации давлени сохранили постоянны! . В этом случае, пластичность определяли . в зависимости от средней характеристики НС <5/ ( <5 -среднее нормальное напряжение, равное <огг + (5<^)/3, интенсив-

ность касательных напряжений ) и от усредненного максимального растягивающего напряжения . Во втором способе, предложенном в настоящей работе, давление^ процессе деформирования изменяли по законам, определяемым "¡г (А) иСэд_."В этом случае характеристики либо (э/Т^ либо <322 в опытах в процессе деформации сохранялись постоянными. Кроме того, указывается на целесообразность определения пластичности в зависимости от

Кривые А- (d/Tö) и А имеют сходный характер, сви-

детельствующий о повыпении пластичности с ростом сжимаю^.х напряжений при прочих равных условиях, однако зависимости А (6/Тб) и А ( » полученные по первому способу, отличаются от этих же

.20

зависимостей, полученных вторю способом, расположешеы огноси-тельно друг друга.

Предлагаемая в настоящей работе методика дает возможность суще-:твенно упростить проведение эксперимента по изучений пластической деформации и разрушения твердых тел, а такгсе повьиавт надежность получаемой инфоржцяи.

В заключили сформулированы основные выводы работы.

В Ы В О 'Д Ы'_

1. Установлено, что изменение пластичности молибдена и вольфрама в зависимости с • давления при температурах деформации как выше, так и ниже температуры хрупкопластичес'кого перехода описывается степенной функцией вида

! /„\ _ Я /г.1 п

г«"' >

причем постоянная величина П. но зависит от температуры дефор-

2. Показало, что рост пластичности твердух тел при температурах деформации нияе их ^ежтературц хрупкошжстического перехода начинается только после достиг,егая критического давления пластичности рхл . Величина этого даилешя зависит от разницы.иевду температурой деформации и тостер? турей хоупхсплястичпского пзрехода иатериала при атмосферной давлзнш. Температура хрупкопяастического перехода и критическое давлегае пластичности связана между собой

тричем 0<т.< I

3. Установлено, что прирост предельной степени дефор-.ш^ии мо-зибдена и титана до разрупения при различных давлениях линейно за->исит от логарифма отношения скоростей деформацта в диапазоне их гзменения от 10°до ЮГ^с"*.

Температура хрупколластичесяего перехода колибдека в у^азиь-юм диапазоне при пошизнии скорости дс-фортацзя под давлением на дан порядок увеличивается на 4 градуса.

4. Установлено, что уменьшение скорости дефоруации под давле-ием при Т=292К приводит к суцестгенному росту величину однородной ефориации. При высоких давлениях ушздыпение скорости деформации • пособствует образованию нэскодькик шеек, свядегельствущих об эф-

21

ф^ге дел окали заци • пластической деформации по всему объёму деформируемого тела - признак перехода молибдена и титана в сверхллас тическое состояние-при комнатной температуре.

Б. Создана новая установка для деформирования твердых тел поп. давлением, на которую получено авторское свидетельство СССР на изобретение. Установка обеспечивает контролируемое изменение параметров эксперимента: давления, температуры и скорости деформации и схемы деформирования в широком диапазона путем сочетания на одной установке нескольких независимых механизмов нагружения - устройств для создания и изменения по заданному экспериментатором закону давления, осевого и вращательного нагружения образцов, темпепгтуры и скорости деформации.

Разработан метод для определения характеристик твердого тела, в частности, пластичности в условиях кожфолируемого изменения напряженного состояния в деформируемом материале путем изменения давления в процессе нагрукения.

Основное содержание диссертации отражено в работах

1. Чурбаев Р.В.»Колмогоров В.Л. .Талуц Г.Г.,Буркин С.П. Установка сложного нагружения для исследования материалов при высоких регулируемых давлениях //Заводская лаборатория.-1989.-т.55, **9.- С.98-99.

2. Чурбаев Р.В., Талуц Г.Г.,Буркин С.П. Совершенствование метода сценки пластичности металлов и сплавов //Обработка металлов давлениеы:Межвуз.'сб. Свердловск: УШ, 1968,вып.15.-С.41-45.

3. A.C. 1797329 СССР, Ш 6.1 /И3/10. Установка для испытания материалов при сложном нагружекии /Р.В Чур бае в ,С. П. Буркин, В.Л .Колмогоров ,Г.Г.Талуц - (СССР) -Опубл.03.10.92.Бш.№49.-

3 е.: ил.

4,. Добромызлов A.B. .Чурбаев Р.В., Талуц Г.Г.Зависимость пластичности молибдена от давления при различных температурах //ШМ.-I989.-т.68,№1.- .170-176.

5. Чурбаев Р.В. ,До6роыызлоб A.B.,Талуц Г.Г. Елияние давления на температуру хрупкопластического перехода и пластичность металлов с ОЦК решеткой //Ш1.-1992.-1Р2. -С. 147-152.

6. Чурбаев Р.В.,Добромыслов A.B. .КолмогоровмЗ.Л.,Талуц Г..Г. Влияние скорости деформации на пластичность металлов под давлением //6Jw.-I9SO.-J6.-C .178-183.

22

'. Dobi-oiayalcv A.V., Dolgikh O.V., Tehuxbae U.V., Œaluta 0.0.

Influence of preaauro and orientation of eii^jle oryetala on temperature of the brittle-ductile transition in molybdenum// Abstracts international conference on high pressure science and technology.- 17-21 July 19B9.- P.83

I. Колмогоров В.Л.,Чурбаев Р.В.,Буркин С.П. Далуц Г.Г. Пластичность мета, юв при постоянных показателях напряженного состояния // Всесоюзная научно-техническая конференция "Прогнозирование и управление качеством металлоизделий, получаемых обработкой давлением.Тез.докл.-Абакан,1988. - „.44-45. Добройыслов A.B. »Долгих Г.В.,Чурбаев Р.В.,Талуц Г.Г. Влияние давления и снорости деформации на температуру хрупхопле стичес-кого перехода молибдена // Международная конференция по лияикя и технике высоких давлений.Тез.до1м.-Троицк,1?е9.-С.66.

О.Добромыслов A.B. »Долгих Г'.В. ,Чурбаев Р.В,,Талуц Г.Г. Влияние давления, скорости деформации и ориентации монокристаллов на температуру хрупкопластичеокого перехода молибдена" /Д Всесоюзный семинар по структуре дислокаций и механическим свойствам. Тез.докл.-Свердловск,1990.-0.30-31,

!

Отпечатано на ротапринте ИФМ УрО РАН тира* 80 зак.118 „орма® €0x84 I/I6 объем I пач.д, 620219 г.Екатеринбург ГСП-170 ул.С.Ковалевской, 18