WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 3 01;05 Закономерности локализаци пластической деформации при формировании шейки в сплаве циркония © Т.М. Полетика, Г.Н. Нариманова, С.В. Колосов Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634021 Томск, Россия e-mail: poletm@ispms.tsc.ru (Поступило в Редакцию 7 июня 2005 г.) Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения сплава Zr–1% Nb. Обнаружена неустойчивость пластического течения, определяемая колебательным периодическим изменением пространственно-временной картины распределения локальных деформаций. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетической модели эволюции пластического течения.

PACS: 62.20.Fe Введение ала — „бегающих шеек“ — задолго до возникновения устойчивой шейки и последующего разрушения.

Несморя на имеющуюся информацию о пульсируВ настоящее время общепризнано, что пластическая ющем характере развития локализации течения при деформация развивается неоднородно во времени и по больших пластический деформациях и попытки их объобъему материала. Экспериментально установлено [1,2], яснения, в том числе в рамках синергетических модечто макролокализация пластического течения имеет лей [8,9], физические причины возникновения неустойместо на всех стадиях пластического течения, а не чивости на завершающей стадии пластического течетолько на этапе образования макроскопической шейки, ния остаются не вполне ясными. Это связано с тем, как традиционно считалось. При этом число реально что не все детали макролокализации при больших существующих форм такой локализации ограничено, и пластических деформациях изучены в равной степени появление любой из них однозначно определено реживследствие методических трудностей, возникающих при мом пластического течения и законом деформационного исследовании деформаций в локально деформированных упрочнения, действующим на соответствующей стадии областях образца непосредственно в процессе течения.

процесса деформации [2].

Тем не менее знание закономерностей возникновения и В данной работе исследуются закономерности развиразвития локализации деформации, проиводящих к потетия локализации пластической деформации на параболире устойчивости пластического течения и разрушению ческой стадии пластического течения и стадии предразпри изменении формы, имеет большое практическое рушения сплава циркония в условиях одноосного расзначение, в частности, для оценки запаса технологичетяжения, когда возникают неустойчивости пластической ской пластичности циркониевых сплавов, которые поддеформации с последующим переходом к образованию вергаются большим деформациям в процессе получения макроскопической шейки. Согласно сложившимся предготовых изделий [10].

ставлениям, развитая пластическая деформация всегда происходит неоднородно, что обусловлено чередованием процессов упрочнения и релаксации в локальных объМатериалы и методика эксперимента емах материала [3,4]. Взаимосвязанные коллективные эффекты на мезо- и макромасштабном уровнях могут В работе исследовалась пластическая деформация приводить к установлению колебательного режима, в бинарного сплава Э110 (Zr-1 wt.% Nb) [10]. Сплав имел ходе которого наблюдаются периодические изменения рекристаллизованную структуру, состоящую из зерен дефектной структуры и механических характеристик –Zr (средний размер зерна 5 µm) с равномерно материалов [5]. Исследования процессов локализации и распределенными по объему выделениями упрочняющей неустойчивости пластического течения, проведенные в фазы –Nb размером до 0.08 µm.

работах [6,7], позволили зафиксировать циклический ха- Плоские образцы с размерами рабочей части рактер пространственно-временного процесса эволюции 42 5 2 mm растягивались на испытательной машине распределений локальных деформаций, сопровождающе- „Instron-1185“ со скоростью = 4 · 10-5 s-1. Одновре гося возникновением в материале колебательного про- менно с записью диаграммы нагружения пошагово с прицесса типа „упрочнение–разупрочнение“. Этот процесс, ростом общей деформации за каждый шаг 0.2% методом согласно [7], обусловливает периодическое образование спеклинтерферометрии [1,2] регистрировались поля векв образце областей локально разупрочненного матери- торов смещений точек на поверхности образцов r(x, y).

Закономерности локализаци пластической деформации при формировании шейки... Основная особенность эволюции локализации деформации на параболической стадии деформационной кривой циркониевых сплавов состоит с том, что при n 0.система очагов локализации пластичской деформации стационарна, а при n < 0.5 очаги снова приобретают способность двигаться и это движение продолжается вплоть до конца параболической стадии [12].

Поскольку именно на этом этапе процесса начинается подготовка к вязкому разрушению, рассмотрим подробно характер изменения пространственного периРис. 1. Схема определения локальных деформаций в очагах ода локальных неоднородностей на параболической локализации пластического течения при растяжении образцов (обозначена штриховкой). стадии деформационной кривой исследуемого сплава (на подстадии, где n 0.5, величина остается постоянной). Это согласуется с данными измерения периода локализации деформации, полученными ранее Затем путем численного дифференцирования получендля параболической стадии кривой нагружения мононого поля смещений по координатам были вычислены и поликристаллических материалов [1,2]. Однако далее компоненты тензора пластической дисторсии i j = r.

при деформации исследуемого сплава на тех подстадиях, В статье использованы данные о распределениях только где n < 0.5, = const. Из анализа картин локализации одной компоненты — локальной деформации удлинения пластической деформации, соответствующих подстадиxx = u/x (u — проекция вектора r на ось растяжения ям параболической кривой в интервале от 0.4 > n > 0.образца x).

следует, что периодически меняется по мере развития Для выявления характера эволюции пространственнодеформации. Это исслюстрируется рис. 2, на котором временного распределения деформации в образце опреприведена зависимость пространственного периода лоделялась суммарная величина компоненты внутри xx кализации от степени общей деформации образца. Так, выделенных зон неоднородности пластической дефоресли при n 0.5 пространственный период неоднородмации по образцу, отвечающих зонам максимумов и ностей деформации 5 mm, то при n < 0.5 его веминимумов локализации деформации, как показано на личина периодически изменяется в пределах 3.5-8 mm.

рис. 1. Таким образом определялись локальный прирост Следует отметить, что период изменения коррелирует деформации через каждые 0.2% общей деформаxx с продолжительностью соответствюущих подстанций пации и интегральная величина локальной деформации раболической кривой (рис. 2) [11]. Поскольку величина как результат последовательного сложения локальных пространственного периода локализации деформации sum удлинений xx внутри указанных зон за определенное время нагружения.

Важной количественной характеристикой картины макролокализации пластического течения является пространственный период локализаци деформации — расстояние между ее соседними очагами. Для более точного определения использовали спектральный анализ наблюдаемых распределений компоненты тензора xx пластической дисторсии.

Результаты и их обсуждение В работах [11,12] было показано, что циркониевые сплавы Э110 и Э635 склонны к локализации пластической деформации. Кривые течения таких сплавов () сразу за пределом текучести аппроксимируются параболической стадией, где n < 1 — показатель параболичности. Детальные исследоания показали, что такая параболическая стадия имеет сложный характер и разделяется на последовательные подстадии с уменьшающимся значением показателя параболичности, принимающего значения в интервале 0.7 n 0.1. При этом нижнее значение n соответствует началу формирования Рис. 2. Характер изменения пространственного периода на видимой макроскопической шейки. параболической стадии деформационной кривой сплава Э110.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 46 Т.М. Полетика, Г.Н. Нариманова, С.В. Колосов соответствует расстоянию между очагами локализации деформации вдоль оси растяжения, то N = L/, где L — длина рабочей части образца (в общем случае — число очагов локализации). Итак, на параболической стадии наряду с периодически изменяется и количество зон локализации деформации N в образце. В рассмотренных случаях 3 N 11, а один очаг локализации, образующийся на заключительной стадии деформации, развивается затем в шейку. Следует ожидать, что изменение числа зон локализации деформации должно сопровождаться перераспределением локальной деформации в образце.

В настоящей работе предпринята попытка оценить интегральную величину локальной деформации удлинения путем суммирования значений по площаxx ди, занимаемой зонами максимумов или минимумов (рис. 1). Это позволило определить в них как локальный прирост через каждые 0.2% общей деформации, xx так и величину локальной деформации, накопленной в процессе нагружения. Суммирование значений по xx всему образцу на параболической стадии нагружения позволило выделить три области локализации деформации, для которых интегральная величина локального sum удлинения xx выше, чем по образцу в целом. Расстояние между этими зонами составляет 8 mm. При sum этом с развитием деформации величина xx быстрее возрастает в одном из очагов локализации, который трансформируется в очаг предразрушения, а затем в шейку. Подобная эволюция локализации деформации, сопровождающаяся возникновением нескольких „неактивных“ шеек, одна из которых с развитием деформации становилась „активной“ (устойчивой), наблюдалась в [6] при растяжении сплавов In–Pb.

sum На рис. 3 показан характер изменения величины xx, приведенной к величине общей деформации в данный момент времени, (рис. 3, a), а также характер прироста локального удлинения (рис. 3, b) в области такого xx очага предразрушения по сравнению с изменениями sum этих характеристик в зоне одного из минимумов ло- Рис. 3. Зависимость величины локального удлинения xx (a) и (b) от степени общей деформации в зонах максимума и xx кализации на параболическом участке деформационной минимума локализации.

кривой (здесь суммирование производилось с подстадии с n 0.25). Рис. 3, a, показывает, что скорость sum накопления xx в очаге примерно в 2 раза превышает скорость накопления деформации в области минимума деформации на параболической стадии выявило следулокализации, что свидетельствует о существенной неодющую закономерность: периодическое увеличение сонородности пластического течения на параболической провождается периодическим накоплением деформации стадии деформационного упрочнения. При этом процесс в рассматриваемом очаге локализации пластического накопления деформации в очагах локализации развиватечения. Этот процесс достаточно хорошо описывается ется неоднородно (рис. 3, b). Так, если в минимуме прикорреляционными зависимостями между и, предxx рост локального удлинения остается практически xx ставленными на рис. 4, a–d для подстадий с показателяпостоянным с ростом общей деформации образца, то ми параболичности 0.4, 0.22, 0.25 и 0.2 соответственно.

в области очага наблюдаются периодические колебания Следует отметить, что аналогичная периодическая завивеличины.

xx симость от степени общей деформации наблюдаxx Сопоставление зависимостей прироста локального ется и для двух других зон интенсивной локализации удлинения (рис. 3, b) и пространственного пери- деформации, однако приросты локального удлинения в xx ода неоднородностей (рис. 2) от величины общей них на подстадиях с n < 0.25 постепенно снижаются до Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Закономерности локализаци пластической деформации при формировании шейки... Рис. 4. Корреляционные зависимости пространственного периода локализации деформации и прироста локального удлинения в области очага предразрушения (r — коэффициент корреляции).

xx тех пор, пока не устанавливается один очаг локализации казаны картины распределения локальных удлинений xx пластического течения, соответствующий образующейся при различных значениях общей деформации на подсташейке. дии параболической кривой с n 0.4, соответствующей одному циклу изменения пространственного периода Поскольку величина обратно пропорциональна количеству зон локализации деформации в образ- (рис. 2). Стрелками указано направление перемещений це, то ясно, что уменьшение количества очагов ло- очагов локализации деформации при изменения. Видкализации сопровождается накоплением в них ло- но, что увеличение сопровождается объединением очагов локализации, которое обуславливает накопление кальной деформации. Анализ эволюции картин xx пространственно-временного распределения компонент деформации в ряде зон локализации (рис. 4), а при локального удлинения позволил выявить механизм про- уменьшении происходит формирование новых очагов цесса накопления пластической деформации в зонах меньшей интенсивности. На рис. 5, b представлена эвоинтенсивной локализации. Схема, иллюстрирующая дан- люция картин пространственного распределения очагов ный процесс, представлена нарис. 5, a, b. На рис. 5, a по- локализации деформации на заключительной стадии Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 48 Т.М. Полетика, Г.Н. Нариманова, С.В. Колосов будущей шейки. Полученные в данной работе результаты отвечают представлениям о пространственно-временной цикличности процесса локализации пластической деформации [6,7]. С позиций механики деформирования сплошных сред наблюдаемая нестабильность пластического течения является следствием упрочнения в зоне локализации, приводящего к увеличению скорости деформации и, соответственно, росту напряжения течения в этом месте, сопровождающемся торможением локализации деформации и дальнейшим более однородным изменением формы образца. Один подобный цикл упрочнения–разупрочнения в нашем случае соответствует одной из подстадий параболической кривой с n < 0.5. схожее поведение материала характерно для сверхпластического течения [13].

Существование периодических колебаний пространственного периода активной деформации, представленное на рис. 2, может быть объяснено следующим оразом. В соответствии с [12], удлинение, соответствующее одному шагу нагружения, составляет L N xx l = L/ xx l, где l — ширина активной зоны деформации, xx — средняя деформация в очаге. Поскольку при растяжении с постоянной скоростью L = const, рост xx вызывает уменьшение числа зон N активной деформации в образце, то есть наблюдаемое возрастание величины. Полученные экспериментальные данные о периодическом характере картины распределения пространственного периода локальных деформаций и изменения интенсивности последних в ходе пластического течения позволяют сделать вывод о некоторых общих закономерностях эволюции неравновесной системы на завершающих стадиях процесса.

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.