WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Бочкарёва Анна Валентиновна ЛОКАЛИЗАЦИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МАТЕРИАЛЕ С ПРЕРЫВИСТОЙ ТЕКУЧЕСТЬЮ Специальность 01.04.07 – физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк– 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Данилов Владимир Иванович Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор Шаркеев Юрий Петрович кандидат технических наук, доцент Коновалов Сергей Валерьевич Ведущая организация Учреждение Российской академии наук Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН

Защита состоится « 06 » октября 2009г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.04 при ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, Кемеровская область, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Автореферат разослан « 20 » августа 2009г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор хим. наук, профессор Горюшкин В.Ф.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Исследования особенностей макролокализации пластической деформации показали, что характер локализации определяет важные прочностные и пластические характеристики материалов, а также позволили сформулировать новый взгляд на взаимосвязь между явлениями на разных структурных уровнях: микро-, мезо- и макромасштабном.

К проявлениям макролокализации пластической деформации принято относить распространение полосы Чернова-Людерса, формирование шейки разрушения, формирование сбросов, прерывистую текучесть. Однако в середине XX столетия ряд исследователей (Рей, Гарофало, Одинг, Чанг и Грант, Кибардин, Пресняков и др.) отмечали пространственную и временную неоднородность пластической макродеформации при отсутствии особенностей кривых нагружения. Наконец, сотрудниками лаборатории физики прочности Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ СО РАН) было установлено, что зоны локализации макродеформации существуют на любом этапе пластического течения, от предела текучести до разрушения, в любых материалах и в любых условиях, и что эволюция картин макродеформации определяется стадийностью деформационных кривых. В этих условия важно установить связь между видом картин макролокализации и особенностями деформационных кривых в первую очередь с характеристиками прерывистой текучести.

С другой стороны, известна связь деформационного поведения с изменением акустических характеристик исследуемого объекта. Это многочисленные работы по исследованию акустической эмиссии, затуханию упругих волн и изменению скорости звука в процессе пластического деформирования. Следует ожидать, что в условиях прерывистой текучести поведение акустического отклика должно иметь существенные особенности.

В связи с этим представленная работа, в которой приводятся результаты исследования эволюции локализации пластической макродеформации и особенностей изменения скорости ультразвука в материале с прерывистой текучестью и их анализ, представляется актуальной.

Работа выполнена в рамках комплексных проектов Сибирского отделения РАН: № 01.2.007 04645 «Экспериментальная и теоретическая разработка автоволновой модели локализованной пластической деформации структурнонеоднородных материалов на мезо- и макромасштабных уровнях и ее приложений к определению критических состояний и оценке прочности, износостойкости и долговечности материалов и конструкций» (2007-2009 г.г.), № 0120.0 407223 «Экспериментальное и теоретическое исследование взаимосвязи и корреляции процессов локализации деформации на мезо- и макроуровнях в структурно-неоднородных материалах и конструкциях с концентраторами напряжений и принципы построения критериев предельных состояний для них» (2004-2006 г.г.).

Цель работы Цель данной работы – выявить особенности эволюции локализованной пластичности и их взаимосвязь с акустическим откликом при активном одноосном растяжении материала, в котором реализуется явление прерывистой текучести.

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ кривых нагружения материала с прерывистой текучестью на предмет стадийности.

2. Провести одновременную регистрацию полей векторов смещений и акустического отклика исследуемого материала на всем интервале пластического деформирования.

3. Получить эволюционные картины макролокализации пластической деформации в материале с прерывистой текучестью, исследовать их особенности в рамках автоволновой концепции.

4. Исследовать характер изменения скорости ультразвука в процессе активного растяжения материала с прерывистой текучестью.

5. Установить взаимосвязь картин макролокализации пластической деформации с изменением скорости ультразвука при активном нагружении материала с прерывистой текучестью.

Научная новизна 1. Установлено, что в материале с прерывистой текучестью тип зубчатости определяется коэффициентом деформационного упрочнения К и показателем деформационного упрочнения n. На стадии линейного упрочнения (K=const и n=1) формируются зубцы типа В или С. На стадии параболического упрочнения Тейлора (Kconst, n=) и на стадии предразрушения (Kconst, n<) формируются зубцы типа А.

2. Предложена модель формирования картин макролокализации пластической деформации, согласно которой вид картины определяется типом зубчатости и напряженно-деформированным состоянием, при котором возникают соответствующие зубцы.

3. Впервые показано, что в материале с прерывистой текучестью изменение скорости ультразвука в процессе активного нагружения имеет скачкообразный характер. Форма и продолжительность скачков скорости ультразвука определяются стадией кривой нагружения.

4. Показано, что зарождению каждого подвижного очага локализованной макродеформации на стадии предразрушения соответствует скачкообразное изменение скорости ультразвука.

Практическая ценность работы заключается в том, что в результате проведенных исследований зависимости скорости ультразвука от напряженнодеформированного состояния алюминиевых сплавов можно осуществлять контроль качества сварных соединений алюминиевых листов, полученных лазерной сваркой, а также рекомендовать интенсивность ударной ультразвуковой обработки для обеспечения высоких технологических и эксплуатационных характеристик выполняемых деталей.

Личный вклад автора состоит в проведении металлографических исследований, механических и ультразвуковых испытаний, а также обработке полученных данных, сопоставлении полученных результатов с литературными данными и формулировании выводов.

Положения, выносимые на защиту 1. Совокупность экспериментальных данных, определяющих связь между типом зубцов прерывистой текучести, стадиями кривой нагружения и видом картин макролокализации пластической деформации:

- зубцы С-типа формируются на стадии линейного упрочнения и соответствуют макролокализации пластического течения в виде фазовой автоволны;

- зубцы А-типа формируются на стадии Тейлора и соответствуют макролокализации в виде стационарной пространственно периодической системы очагов деформации;

- на стадии предразрушения неоднородное и несимметричное формирование мезополос деформации, соответствующих зубцам А-типа, обусловливает образование картины сходящихся к месту будущего разрушения очагов макролокализации.

2. Модель формирования различных картин макролокализации пластического течения за счет реализации разных типов зубчатости и соответствующих мезополос деформации.

3. Совокупность данных, устанавливающих связь между скачкообразными изменениями акустического отклика системы, типом прерывистой текучести и картинами макролокализации пластического течения, а именно:

- каждому зубцу С-типа на стадии линейного упрочнения соответствуют симметричные с постоянной амплитудой скачки скорости ультразвука;

- зубцам А-типа на стадии Тейлора отвечают асимметричные скачки скорости ультразвука с возрастающей к концу стадии амплитудой;

- один асимметричный скачок скорости ультразвука на стадии предразрушения соответствует нескольким зубцам А-типа, а начало каждого скачка связано с образованием нового подвижного очага макролокализации пластического течения.

4. Совокупность данных, доказывающих эффективность применения автоциркуляционого метода измерения скорости ультразвука для аттестации сварных соединений листов алюминий-литиевого сплава, полученных путем использования лазерной сварки и ударной ультразвуковой обработки этих швов.

Достоверность данной работы обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач и использованием апробированных методов и методик исследования, применением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных, согласованием полученных результатов с данными других авторов.

Апробация работы Результаты работы представлены на следующих конференциях:

Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» (Томск, 2005, 2006); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2006); IV Всероссийском научном семинаре памяти профессора С.Д.

Волкова «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (Екатеринбург, 2006, 2008); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному моделированию и разработке новых материалов ИФПМ СО РАН (Томск, 2006); 45-ой международной конференции «Актуальные проблемы проч ности» (Белгород, 2006); VI Всероссийской конференции молодых ученых «Проблемы механики. Теория, эксперимент и новые технологии» (Новосибирск, 2007); V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, 2008); VIII Всероссийской школе-семинаре с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства2008» (Томск, 2008); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения" (Томск, 2008); The 12th International Conference «Metal Forming 2008» (Krakow, Poland, 2008).

Публикации Результаты диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах, в том числе 5 из них – статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, литературного обзора, 6 разделов и списка литературы. Объем диссертации составляет 131 страницу, в том числе 54 рисунка, 3 таблицы. Список литературы включает 124 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности проводимых исследований, сформулированы цель работы и задачи, представлены научная новизна и выносимые на защиту положения.

В первом разделе диссертационной работы приводится описание феноменологии развития знания о пластической деформации твердых тел, механизмов пластического течения и их особенностей на микро-, мезо- и макроскопических масштабных уровнях. Значительное внимание уделяется современному представлению о пластической деформации как многоуровневом процессе, а также взаимодействию всех трех масштабных уровней в ходе развития пластичности. Особая роль отводится описанию неоднородности пластического течения как пространственной (локализация пластической деформации), так и временной (явление прерывистой текучести). Приводятся результаты исследований характера макролокализации пластической деформации, проводимые в лаборатории физики прочности ИФПМ СО РАН, которые показали, что эволюция локализации макроскопической деформации, реализующаяся в рамках автоволновой концепции, осуществляется в строгом соответствии с законом пластического течения материала. Подобное соответствие обнаружено и при изучении акустического отклика деформируемых объектов. Важно, что все исследования проведены на материалах с монотонным пластическим течением и не исследовались материалы, пластическая деформация которых протекает немонотонно. Остается неизвестным, можно ли ожидать особенностей в эволюционных картинах локализации пластической деформации, а также в поведении акустического отклика при деформировании подобного рода материалов. Анализ имеющихся теоретических и экспериментальных исследований позволил сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Во втором разделе приводится описание используемых в работе методов экспериментальных наблюдений и обработки полученных данных. Это металлографические исследования на оптическом микроскопе Neophot-21, механические испытания при комнатной температуре по схеме одноосного растяжения с использованием универсальной машины Instron-1185, метод двухэкспозиционной спекл-фотографии для изучения эволюции локализации макродеформации, а также автоциркуляционный метод регистрации изменений скорости ультразвука в деформируемом образце. Аппаратурное оформление двух последних разработано сотрудниками лаборатории физики прочности ИФПМ СО РАН. Здесь же приводятся обоснование выбора материала для проведения исследований и исходные данные для приготовления образцов.

Комплексные исследования выполнены на поликристаллическом алюминиевом сплаве Д1 (химический состав сплава: Al – 95%, Cu – 3.5%, Mg – 0.2%, Mn – 0.5 %, остальное – Si, Fe, S, P, Zn). Образцы изготовлены штампованием из горячекатаного листа толщиной 2 мм в форме двойной лопатки с рабочей частью 5010 мм, с последующим отжигом при температуре 300С (t=1 час) и охлаждением в печи. Структура сплава представляет собой равноосные зерна твердого раствора на основе алюминия, средний размер которых dср=37±6 мкм. Интерметаллидные упрочняющие частицы CuAl2, Al2CuMg металлографически не выявлены, так как имеют субмикронное строение.

В третьем разделе представлены результаты механических испытаний по & схеме одноосного растяжения со скоростью =6,6710-5с-1 в виде пилообразных кривых нагружения. Скачкообразные спады деформирующего напряжения имеют место на всем участке пластического течения от предела текучести до разрушения, что свидетельствует о реализации явления прерывистой текучести.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»