Введение к работе
Актуальность. На протяжении нескольких десятилетий остается актуальной проблема предсказания механических свойств и создания новых материалов. Разработка современных технологий, решение важных задач прикладного характера требует развития представлений о процессе пластического течения. Определенный прогресс в описании закономерностей формоизменения был связан с изучением свойств дислокаций. Однако многочисленные экспериментальные и теоретические исследования поведения элементарных носителей деформации не привели к созданию компклесной теории прочности и пластичности.
Осознание того факта, что вклады отдельных дефектов в общую картину формоизменения неаддитивны, привело к появлению новых подходов, таких как представления о коллективных модах деформации В.И. Владимирова, отражение эволюции дефектных субструктур на стадийности кривых нагружения Э.В.Козлова, Н.А. Коневой, Е.Э.Засимчук, В.И.Трефилова и др., теория структурных и масштабных уровней пластического течения В.Е.Панина с сотрудниками, а также развитие физической мезомеханики структурно-неоднородных сред. Принципиальным моментом вышеназванных концепций является неоднородность пластического течения на всех структурных уровнях. Эта проблема представляет особенный интерес, поскольку появление локализованных полос определяет закономерности пластичности и места последующего разрушения. Однако известных экспериментальных данных о характере распределений неоднородности формоизменения в пределах всего нагружаемого объекта явно недостаточно.
Установление закономерностей пластической деформации на каждом уровне и принципов перехода от уровня к уровню обеспечит основу для создания целостной картины формоизменения. В то же время, существующие результаты физических исследований относятся, в основном, к объемам микро- и мезоуровня. Для выяснения закономерностей перехода от мезо- к макроскопическому уровню необходимы эксперименты с достаточно представительными объемами материала, с разрешением, обеспечивающим получение данных и о более низких структурных уровнях. Такие результаты могут быть получены при анализе распределений локальных деформаций в пределах целого деформируемого объекта в процессе нагружения.
В связи с этим, исследование и анализ макроскопической локализации пластического течения монокристаллов чистых металлов и сплавов, а также материалов нового поколения, с одной стороны, позволяет
рассматривать неоднородность пластического течения как неотъемлемое свойство кристаллической решетки и установить закономерности этого явления, а с другой — обеспечивает развитие дополнительных и создания новых критериев механического состояния деформируемых твердых тел.
Целью настоящей работы является анализ распределений компонент тензора дисторсии при нагружении материалов, обладающих разными механизмами пластичности, установление зависимости типа локализации деформации и параметров распределений неоднородности формоизменения от структурного состояния и механических характеристик металлов и сплавов. В соответствии с поставленной целью были сформулированы конкретные задачи:
1. Используя метод двухэкспозиционной спекл-интерферометрии
исследовать пространственные распределения компонент тензора дис
торсии при деформации монокристаллов меди и сплава Cu-Ni-Sn в
трех структурных состояниях. Проанализировать поля деформаций
при активном растяжении материала с мартенситным превращением.
-
Исследовать эволюцию распределений локальных деформаций и связь со стадийностью кривых упрочнения вышеупомянутых материалов.
-
Определить параметры распределений компонент тензора дисторсии в процессе нагружения материалов с разными механизмами деформации. Установить связь этих параметров с механическими свойствами металлов и сплавов.
-
Рассмотреть интерпретацию наблюдаемых закономерностей пластического течения с использованием синергетических представлений о самоорганизации и диссипативных структурах.
Научная новизна и практическая ценность результатов. При помощи метода двухэкспозиционной спекл-интерферомстрии получена количественная информация о характере и параметрах распределений компонент тензора дисторсии для материалов с дислокационным и мартенситным механизмами пластичности. Обнаружена связь распределений локальных деформаций со стадиями кривой нагружения и структурным состоянием материала. Показана связь параметров распределений компонент тензора дисторсии с особенностями кристаллографического скольжения. Предложено объяснение природы наблюдаемых распределений в рамках представлений о деформируемом объекте как об открытой неравновесной системе, в которой происходит формирование автоволн и стационарных диссипативных структур.
Значимость полученных результатов связана с углублением понимания природы пластической деформации и создания теории, адекватно отражающей физические процессы на всех структурных уровнях.
Открывается перспектива использования анализа распределений локальных деформаций для характеристики состояния материала и его эксплуатационных свойств.
На защиту выносятся следующие положения.:
-
Совокупность экспериментальных данных о видах неоднородности макроскопической пластической деформации монокристаллов меди, сплава Cu-Ni-Sn в трех структурных состояниях, а также никели-да титана при образовании деформационного мартенсита.
-
Установление соответствие типов распределений локальных деформаций со стадийностью кривой нагружения монокристаллов.
-
Обобщение экспериментальных данных в форме представлений о деформируемом материале как распределенной системе коррелированных сдвиговых зон, возникающих в результате формирования дис-сипативных структур.
Апробация работы. Результаты и положения диссертационной работы были представлены на 5 Международных школах — семинарах, конференциях, симпозиумах: II Китайско — российский симпозиум "Прогрессивные материалы и технологии" (Шеньян, КНР, 1993); II Международная школа — семинар "Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах" (Барнаул, 1994); XIV Международная конференция "Физика прочности и пластичности материалов" (Самара, 1995); III Международная школа — семинар "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах" (Барнаул, 1996); III симпозиум "Синергетика, структура и свойства материалов, самоорганизующиеся технологии." (Москва, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа общим объемом 151 страниц состоит из введения, о глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа иллюстрирована 62 рисунками, содержит 2 таблицы, библиографический раздел включает 175 наименования.
