Введение к работе
Актуальность темы. На основе большого числа экспериментальных данных в настоящий момент установлен факт, что явление макролокализации пластической деформации наблюдается на широком круге материалов и имеет место на всех этапах формоизменения под нагрузкой, начиная с предела текучести, и до разрушения. Обширный цикл работ по изучению пространственной неоднородности распределения деформации на различных стадиях активного нагружения и ползучести различных сплавов на основе Fe, А1 и других металлов был выполнен в шестидесятых-восьмидесятых годах. Однако вопросы кинетики этого явления не затрагивались.
Существенный вклад в расширение представлений о макролокализации деформации сделан лабораторией физики прочности ИФПМ СО РАН. Было установлено, что картины распределения зон локализации деформации упорядочены в пространстве и во времени. Кроме этого, тип локализации определяется законом пластического течения, то есть, деформационной диаграммой материала. Согласно проведенному анализу, природа неоднородности деформации обусловлена процессами самоорганизации в виде автоволн и едина для всех исследованных материалов.
Однако данные о характере развития макролокализации при пластическом течении получены либо на чистых поликристаллических материалах, либо на монокристаллах высоколегированных сплавов, либо на материалах, объединяющих то и другое. Поэтому всегда остается возможность альтернативного объяснения указанных особенностей эволюции макролокализации деформации. В связи с этим, для прямого экспериментального подтверждения автоволновой природы необходимыми являются исследования макролокализации на монокристаллических образцах чистых металлов, где» микромеханизмы пластической деформации хорошо изучены, и которые являлись базовыми при создании теории пластичности кристаллических твердых тел.
Работа выполнялась в соответствии с планом основных заданий научно-исследовательских работ ИФПМ СО РАН 2001-2003 г. (п. 2.3.3. «Экспериментальные исследования иерархии механизмов локализации пластической деформации, ее эволюции и природы в моно- и поликристаллах металлов и сплавов»). Она была поддержана грантом РАН №59 проекту-победителю 6-го конкурса-экспертизы научных проектов молодых ученых по фундаментальным и прикладным исследованиям «Самоорганизация пластического течения и разрушения в форме автоволн».
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состоит в исследовании характера макроскопической локализации пластической деформации на монокристаллических образцах чистых металлов меди, никеля и цинка. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Установить качественно и описать количественно тип локализации пластической деформации на всех стадиях кривых пластического течения чистых монокристаллов меди, никеля и цинка.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ! БИБЛИОТЕКА I
-
Сравнить автоволновые характеристики эволюции макролокализации пластического течения в чистых ГЦК монокристаллах меди и никеля и ГПУ монокристаллах цинка с данными, полученными на монокристаллах сплавов.
-
Проанализировать общие закономерности и частные особенности кинетики локализованной на макроскопическом уровне пластической деформации в монокристаллических чистых металлах, в монокристаллах высоколегированных сплавов и в поликристаллических материалах.
-
Подготовить и аттестовать образцы монокристаллов меди никеля и цинка. Определить количественные характеристики стадий пластического течения и обосновать связь деформационного поведения с кристаллогеометрически-ми характеристиками образцов.
-
Усовершенствовать методику обработки полей векторов смещений деформируемых объектов для повышения быстродействия алгоритма определения пространственных и временных параметров автоволн пластической деформации.
Научная новизна работы. На основе метода двухэкспозиционной спек-линтерферометрии впервые исследован характер локализации макродеформации в монокристаллах чистых ГЦК (Си, Ni) и ГПУ (Zn) металлов. Установлено, что основные типы локализации пластической деформации: одиночный движущийся фронт на стадии легкого скольжения, система равномерно движущихся эквидистантных очагов на стадии линейного упрочнения, стационарная система очагов деформации на параболической стадии, а так же формирование преобладающего максимума локализации деформации в месте будущего разрушения, наблюдаются и на этих монокристаллах, которые были главными экспериментальными материалами при создании физической теории пластичности. Скорости автоволн локализации деформации на стадиях легкого скольжения и линейного упрочнения, чистых ГЦК (Си, Ni) и ГПУ (Zn) монокристаллов соответствуют ранее установленным зависимостям кинетических характеристик процессов локализации от приведенного коэффициента упрочнения. Обнаружено, что особенности локализации деформации в ГПУ монокристаллах Zn обусловлены образованием сбросов, которые разбивают образец на части, где деформационные процессы развиваются независимо.
Положения, выносимые на защиту:
1. Экспериментальные доказательства:
существования в монокристаллах Си, Ni и Zn, послуживших базой для создания дислокационной теории пластичности, общих со всеми ранее исследованными материалами закономерностей эволюции картин макромасштаб-ной локализации пластического течения;
необходимости учета автоволновой природы макролокализации пластического течения в описании деформационного упрочнения этих монокристаллов.
2. Объяснение роли процесса сбросообразования при деформации ГПУ моно
кристаллов цинка, состоящей в том, что за его счет образец разделяется на
зоны, в каждой из которых автоволновые процессы макромасштабной лока
лизации пластического течения протекают независимо.
Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач и использованием апробированных методов и методик исследования, применением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных, сопоставлением полученных данных с данными полученными другими авторами.
Научная ценность работы заключается в том, что ее результаты демонстрируют необходимость учета автоволнового характера макролокализации пластической деформации при описании формоизменения любых металлических материалов, в том числе и тех, которые были базовыми при создании дислокационной теории пластичности.
Практическая значимость работы. Полученные в работе данные о типах локализации макродеформации должны учитываться на практике при решении производственных задач при обработке металлов давлением и при создании систем диагностики напряженно-деформированного состояния деталей и конструкций, находящихся в процессе эксплуатации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: V Международной школе - семинаре: Эволюция дефектных структур в конденсированных средах, г. Барнаул 2000; XIV научной конференции филиала ТПУ, посвященной 300-летию инженерного образования России, г. Юрга. 2001; III, IV, V Всероссийской конференции молодых ученых: Физическая мезомеханика материалов, г. Томск. 2000, 2001, 2003; 13-ой зимней школе по механике сплошных сред. г. Пермь. 2003; II Всероссийской конференции молодых ученых: Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии, г. Томск. 2003; 9-ой Международной конференции по механическому поведению материалов. Женева. Швейцария. 2003; 9-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. Москва. 2004.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах, список работ приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, основных выводов, списка литературных источников и изложена на 132 страницах. Работа включает 51 иллюстрацию и 5 таблиц. Список литературных источников состоит из 142 наименований.
Похожие диссертации на Макролокализация пластической деформации в монокристаллах чистых металлов
