Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Пластическая деформация циркония и его сплавов 9
1.1 Цирконий и его сплавы: структура и механические свойства 9
1.1.1 Нелегированный цирконий 9
1.1.2 Промышленные сплавы циркония 10
1.2 Деформационное поведение циркония и его сплавов 16
1.1.3 Деформация моно- и поликристаллического циркония 16
1.1.4 Пластичность и разрушение циркониевых сплавов 20
1.3 Локализация пластической деформации 23
1.3.1 Устойчивость пластического течения 23
1.3.2 Макролокализация пластической деформации 25
1.3.3 Взаимосвязь неустойчивости и макролокализации пластической деформации 29
1.4 Постановка задачи исследования 32
ГЛАВА II. Материалы и методы исследования 37
2.1 Материалы исследований 37
2.2 Методы исследования 40
2.2.1 Метод обработки деформационных кривых 40
2.2.2 Метод исследования полей деформаций 43
ГЛАВА III. Деформационные кривые сплавов циркония 51
3.1. Анализ деформационных кривых 51
Заключение 61
ГЛАВА IV. Локализация пластической деформации сплавов циркония 63
4.1. Локализация пластической деформации в сплаве Э110 63
4.2. Особенности локализации пластической деформации в сплаве Э635 69
4.3. Локализация пластической деформации в сплаве циркалой-2 74
4.4. Характер изменения пространственного периода локализации на параболической стадии деформации сплавов циркония 78
Заключение 83
ГЛАВА V. Закономерности локализации пластического течения при формировании шейки в сплавах циркония 84
5.1. Метод оценки степени деформации в очагах локализации пластического течения в сплавах циркония 84
5.2. Характер накопления деформации в очагах локализации при пластическом течении сплавов циркония 87
5.3. Неустойчивость пластического течения в сплавах циркония 100
5.4. Синергетический подход к описанию эволюции пластического течения в сплавах циркония 110
Заключение 117
Заключение и основные выводы 118
Литература
- Нелегированный цирконий
- Метод обработки деформационных кривых
- Особенности локализации пластической деформации в сплаве Э635
- Характер накопления деформации в очагах локализации при пластическом течении сплавов циркония
Введение к работе
Исследования локализации пластического течения, проводимые в ИФПМ СО РАН в течение двух последних десятилетий позволили установить, что пластическая деформация развивается локализовано от своего зарождения при пределе текучести и до разрушения при достижении предела прочности. Картины локализации деформации тесно связаны с действующим на данной стадии течения законом деформационного упрочнения. При этом характер локализации в достаточной мере исследован для стадий легкого скольжения монокристаллов, линейного и параболического упрочнения. Однако одна из наиболее интересных стадий процесса - стадия предразрушения в этом отношении исследована несравненно хуже. С этой точки зрения в настоящее время детальный анализ кинетики развития локализации макродеформации именно на этой стадии и при переходе к формированию шейки и собственно разрушению представляет собой первоочередную задачу.
В этом случае очень важно не только непосредственно перейти к анализу явлений на стадии предразрушения, но и адекватным способом выбрать материал для исследования, который сочетал бы в себе достаточную пластичность (длинный участок кривой течения, соответствующий стадии предразрушения) и важные с прикладной точки зрения свойства.
Этому удовлетворяют циркониевые сплавы, которые являются основным конструкционным материалом для деталей активной зоны и тепловыделяющих систем атомных энергетических реакторов. Важнейшим конструкционным элементом, для изготовления которых сплавы циркония нашли широкое применение, являются оболочки твэлов. Дальнейшее повышение экономической эффективности использования топлива в реакторах напрямую связано с необходимостью увеличения ресурсных характеристик циркониевых изделий, которые можно повысить путем оптимизации технологии их изготовления. Здесь на первый план выступают
5 жесткие требования к пластичности материалов на разных стадиях холодной обработки давлением, а для этого необходимо знать закономерности их деформационного поведения.
Известно, что обработка материалов давлением (например, холодная прокатка или вытяжка) ограничена появлением локализации деформации, которая может сопровождаться потерей устойчивости течения от растягивающих напряжений с образованием шейки либо микротрещин. В основе подхода, традиционно используемого при анализе устойчивости пластического течения циркониевых сплавов, лежит представление о равномерности и однородности пластической деформации до начала падения напряжения перед разрушением. Однако, накопленные к настоящему времени многочисленные экспериментальные данные о локализации деформации, как обязательной составляющей процесса пластического течения с самого начала деформирования, требуют учета этого явления при оценке способности материала к устойчивой пластической деформации даже при формальном выполнении критериев устойчивости.
С помощью используемого в лаборатории физики прочности ИФПМ СО РАН метода двухэкспозиционной спеклинтерферометрии было установлено, что формы макролокализации пластической деформации различны и зависят от действующего на данной стадии закона деформационного упрочнения. Однако не достаточно изученным остается процесс развития макролокализации деформации на стадии развитой пластической деформации, которая определяет формирование очага предразрушения. В этой связи безусловно актуальной является задача установления неизвестных ранее закономерностей макролокализации на параболической стадии пластического течения и стадии предразрушения ГПУ циркониевых сплавов (Э110, Э635, циркалой-2), используемых в качестве конструкционных материалов в активной зоне ядерных реакторов.
Целью настоящей работы является изучение эволюции локализации деформации на параболической стадии пластического течения и характера потери устйчивости процесса при переходе к стадии образования шейки на примере ГПУ сплавов циркония.
В связи с этим, в работе поставлены следующие конкретные задачи:
Исследовать стадийность кривых деформационного упрочнения ГПУ поликристаллов, в особенности, на этапе перехода от устойчивого течения к разрушению на примере технических сплавов циркония;
Установить характер и количественные характеристики картин локализации пластического течения и закономерности их эволюции на параболической стадии деформационного процесса сплавов циркония при потере устойчивости процесса деформирования;
Установить амплитудно-временные закономерности кинетики развития локализации пластического течения при формировании очага разрушения в сплавах циркония.
Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые показано, что деформационные кривые сплавов циркония имеют сложную параболическую стадию, на которой пластическая деформация развивается неоднородно как в пространстве, так и во времени. Установлено, что форма макролокализации на параболической стадии деформации определяется показателем параболичности: при п > 0,5 наблюдается стационарная система зон локализации, а при п < 0,5 - перемещение зон локализации. Предложена и реализована методика исследования распределения суммарной локальной деформации в нагружаемом образце, которая позволила установить неизвестные до сих пор закономерности накопления деформации в очагах устойчивой локализации и предразрушения.
Установлено, что на стадии предразрушения в образце возникает колебательный процесс изменения пространственного периода локализации пластической деформации, который может рассматриваться как потеря устойчивости пластического течения.
Научная и практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что получены экспериментальные данные о характере локализации
7 пластического течения сплавов циркония, которые определяют неустойчивость процесса на стадии развитой деформации, и проявляются во взаимосогласованном периодическом изменении картины распределения активных очагов локализованной деформации. Полученные в работе данные о типах макролокализации деформации и закономерности формирования очагов разрушения, должны учитываться на практике при определении границ режимов деформирования, разделяющих области устойчивого и неустойчивого пластического течения циркониевых сплавов при производстве оболочечных и канальных труб для ядерных реакторов. На защиту выносятся:
Экспериментальные данные о характере деформационного упрочнения ГПУ сплавов циркония и разделении параболической стадии на ряд участков с дискретно уменьшающимся показателем параболичности п.
Экспериментально обнаруженная закономерность эволюции пространственно-временной картины локализации деформации сплавов циркония на стадии с показателем параболичности п < 0,5, заключающаяся в перемещении активных очагов локализации, которое сопровождается периодическим изменением их пространственного периода.
3. Методика обработки данных о локализации пластического течения, полученных методом спекл-фотографии, состоящая в суммировании значений компонент тензора пластической дисторсии по времени, позволяющая выделять очаги устойчивой локализации и анализировать кинетику накопления пластической деформации в них.
4 Установление взаимосогласованного колебательного характера изменения пространственных периодов локализации деформации и приростов локального удлинения в очагах локализации, приводящих к потере устойчивости пластического течения, формированию шейки и разрушению.
Содержание диссертационной работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, в конце работы приводится список литературы из 119 наименований.
Во Введении обоснована актуальность настоящей работы, показана научная новизна и практическая ценность исследований.
Первая глава является обзорной. В ней отражены вопросы, посвященные исследованию свойств, структуры циркония и его сплавов, а также их пластической деформации и деформационного упрочнения. Обсуждаются процессы локализации пластической деформации и их взаимосвязь с устойчивостью пластического течения.
Во второй главе приведено описание исследуемых материалов. Подробно описаны метод исследования явления локализации пластической деформации, а также методики метод обработки деформационных кривых.
Третья глава посвящена исследованию деформационных кривых сплавов циркония, подробно описаны особенности их стадийности.
В четвертой главе приведены результаты исследования процессов локализации при деформации сплавов циркония. Представлены данные об эволюции картин пространственного распределения активных очагов локализации на параболической стадии пластического течения.
В пятой главе описана разработанная методика оценки локальной деформации и приведены данные о накоплении деформации в очагах устойчивой локализации. Изложена суть синергетического подхода, предложенного для объяснения наблюдаемых закономерностей локализации пластического течения.
Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: IV, V Всероссийской школе молодых ученых "Физическая мезомеханика материалов", Томск, 2001, 2003; конкурсе аспирантов ИФПМ СОР АН 2002г; Зимней школе по механике сплошных сред, Пермь, 2003г; IX Всероссийской научно-технической конференции молодежи "Механика летательных аппаратов и современные материалы", Томск, 2003; "IV Международной научной конференции по экономике и машиностроению", Юрга, 2003; "Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов", Томск,
9 2004; "X Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых", Москва, 2004; "Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития", Томск, СФТИ, 2004; 44 Международной конференции "Актуальные проблемы прочности", Вологда, 2005; 3 Российской научно-технической конференции "Физические свойства металлов и сплавов", Екатеринбург, 2005; XII Международная конференция студентов и молодых ученых "Современная техника и технология СТТ", Томск, 2006; III Евразийская научно-практическая конференция "Прочность неоднородных структур", Москва, 2006.
Нелегированный цирконий
Чистый цирконий обладает рядом технически важных свойств, среди которых можно выделить коррозионную стойкость в агрессивных средах и высокие ядерные характеристики. Удовлетворительные физико-механические свойства в сочетании с весьма низким сечением захвата тепловых нейтронов позволяют считать Zr «реакторным материалом №1»[1 - 4].
Цирконий аллотропным металлом. При температурах от -273 до 862 С он имеет гексагональную плотноупакованную решетку (ot-Zr; clа = 1,59271), которая при 862 С переходит в кубическую объемно-центрированную (P-Zr), устойчивую до точки плавления [1-4].
Несмотря на высокую температуру превращения и достаточно большую диффузионную подвижность атомов переход Zrp-»Zra носит черты бездиффузионного, сходного с бейнитным и даже мартенситным [1, 3, 4]. Указанный бездиффузионный характер р -» а превращения подтверждается слабым влиянием скорости охлаждения на положение точки превращения, которую именуют точкой Ms, т.е. температурой мартенситного превращения.
Переход ОЦК решетки р-циркония в ГПУ a-решетку имеет чрезвычайно большое значение в технологии обработки циркония и его сплавов, так как наличие перехода позволяет регулировать свойства материала в весьма широком диапазоне [1-4].
Цирконий характеризуется аномально большим атомным радиусом (га = 0,160 нм), что свидетельствует о пониженной прочности межатомной связи [3]. Следствием этого является и весьма низкий модуль упругости циркония. При комнатной температуре он равен примерно 100 ГПа, что в два раза меньше, чем у железа. При повышении температуры модуль упругости быстро уменьшается и при приближении к 800С достигает 56 ГПа [1, 4].
Очевидно, что температура полиморфного превращения в большей степени характеризует прочность межатомной связи, чем высокая температура плавления (1855С) [4].
Несмотря на высокую температуру плавления, чистый Zr обладает низкими прочностными свойствами. Так, у иодидного циркония при комнатной температуре ств= 180-4-270 МПа, а0)2= 50-4-130 МПа, 8 = 35- 50% [1,4]. Высокая даже при комнатной температуре пластичность в сочетании с небольшим пределом текучести обеспечивает хорошую деформируемость.
Механические свойства Zr очень чувствительны к содержанию примесей внедрения. Присутствие их в металле в виде твердых растворов внедрения приводит к заметному повышению пределов прочности и текучести и снижению пластичности [1, 3-5]. Одним из недостатков циркония является также относительно низкое сопротивление ползучести, что обусловлено пониженной прочностью межатомной связи.
Таким образом, цирконий недостаточно прочен для применения в условиях энергетических реакторов. Поэтому проблема его легирования с целью повышения прочности и жаропрочности возникла сразу после освоения этого металла в качестве реакторного материала, т. е. освоения технологии очистки от сопутствующего всегда гафния и других вредных примесей.
Совокупность высоких ядерных свойств с высокими физико-механическими характеристиками, коррозионной стойкостью и технологичностью сделали сплавы циркония более предпочтительными для использования в качестве конструкционного материала в атомных реакторах на природном и обогащенном уране по сравнению с алюминием, магнием, бериллием, а в некоторых случаях и по сравнению с нержавеющими сталями. К настоящему времени циркониевые сплавы успешно используют в атомных реакторах различного типа и назначения.
Одним из основных конструктивных элементов, для изготовления которых сплавы циркония нашли широкое применение, являются оболочки тепловыделяющих элементов [1, 2, 4]. Оболочки твэлов считаются наиболее ответственными конструкционными деталями активной зоны атомного реактора, поскольку они работают в очень сложных тепловых, механических и химических условиях. Они служат для защиты топлива от коррозии при взаимодействии с теплоносителем (температура 300-350С), предотвращения загрязнения циркуляционного контура реактора частицами ядерного горючего и продуктами деления и в то же время являются поверхностями интенсивного теплообмена. Эти задачи и определяют требования, предъявляемые к конструкционному материалу оболочек. Решающими факторами, определяющими возможность его использования, являются коррозионные и механические свойства, а также степень их изменения в условиях работы.
Легирование повышает прочностные свойства циркония как при нормальной, так и при высокой температуре [1 — 7, 9 - 11]. Ясно, что легирование в целях повышения механических свойств нельзя рассматривать безотносительно к коррозионной стойкости и независимо от сечения захвата тепловых нейтронов данного легирующего элемента.
Для циркония фазовые взаимоотношения с легирующими элементами определяются фазовыми диаграммами двух видов [1,3,4]. Так, в сплавах со всеми переходными элементами, а также медью и серебром наблюдается понижение границы полиморфного превращения между а и Р-фазами и получаются системы эвтектоидного типа. В случае элементов подгруппы В (III В, IV В, V В) наблюдается повышение границы перехода между фазами, а диаграммы состояния - перитектоидного, либо перитектического типа. В этой связи легирующие элементы делятся на две категории: элементы, растворимые в определенной степени в ГПУ-фазе (а-стабилизаторы), и элементы очень ограниченной растворимости в а-фазе и более растворимые в ОЦК-фазе (Р-стабилизаторы).
Метод обработки деформационных кривых
Более точные значения параметров параболического упрочнения можно получить, используя уравнение, позволяющее исключить часть кривой нагружения до сг0) определяемую, как правило, условным пределом текучести 7(),2- В этом случае уравнение (4) приобретает вид (11): с сто+к-ё1. После перехода к истинным координатам данное уравнение (11) имеет следующий вид: s=s0+k-i? (14), где s0 = Oox(l+bj) (15), к - коэффициент деформационного упрочнения, п - показатель деформационного параболического упрочнения.
Перестроенная в логарифмических координатах ln(sso)-ln(e) параболическая кривая преобразуется в ряд прямолинейных отрезков с тангенсом угла наклона, равным п. В том случае, если показатель параболичности на протяжении параболической кривой имеет переменное значение, можно наблюдать несколько отрезков с разным наклоном, определяемым величиной п [28]. Наличие нескольких участков свидетельствует о том, что кривую деформации можно описать системой из нескольких уравнений вида (14) с соответствующими значениями параметров А: и п.
Выбор для расчета So величины условного предела текучести оь.2 применим лишь в том случае, когда на деформационной кривой отсутствует зуб и площадка текучести, либо просто резкий перелом кривой в области предела текучести. Если подобные особенности на деформационной кривой присутствует, то для расчета выбирают другую величину - истинный предел текучести уе. Согласно [28], необходимость введения новой прочностной характеристики уе для описания начального этапа пластической деформации металлов, вызвана тем, что широко используемый условный предел
текучести ст0і2 и физический предел текучести JS не считаются строго определенными величинами ни в методическом отношении, ни в плане их физической интерпретации. Определяется величина ае путем экстраполяции на нулевое значение деформации первого после перегиба участка деформационной кривой, перестроенной в координатах s - 4ё.
Задачи настоящей работы, связанные с исследованием деформационных процессов, протекающих в образце, требуют использования метода, позволяющего регистрировать поля дисторсий нагружаемого материала. Использование традиционных в физике пластичности методов, таких как рентгеноструктурный анализ, методы поляризационно-оптического анализа, рентгеновская топография [98 - 102] в силу определенных причин оказываются неэффективными, либо труднореализуемыми.
Для регистрации распределения напряжений и деформаций в нагружаемом образце наиболее предпочтительными являются метод муаровых полос [101], тензочувствительных покрытий [101], метод делительных сеток [102], а также разные варианты голографических методик [103, 104]. Причем последние обладают не только высокой наглядностью, они также хороши в плане количественного определения полей деформаций и напряжений. В этой связи для измерения перемещений и деформаций представляется перспективной одна из разновидностей голографических методов - метод спеклинтерферометрии [104].
Метод спеклинтерферометрии, в первую очередь, дает возможность наблюдения исследуемых процессов "in situ". Следующее преимущество метода - достаточно большое поле зрения, охватывающее рабочую часть образца (до 100 мм.). Также данный метод обеспечивает на макроскопически большом поле зрения разрешение величин перемещений на уровне оптической микроскопии (5-Ю-3 - 10 2 мм.), что существенно расширяет представления о деталях процессов пластического течения и разрушения. Еще следует отметить простоту оптической схемы используемого метода и его слабую чувствительность к внешним воздействиям [104].
Основа метода двухэкспозиционной спеклинтерферометрии - явление спеклэффекта, которое можно наблюдать при освещении матовой поверхности образца когерентным источником света. Падая на диффузно рассеивающую свет поверхность, лазерный пучок формирует зону, состоящую из мелких ярких пятен, так называемых спеклов. Это происходит по той причине, что свет, рассеянный различными точками образца при его освещении, интерферирует и образует хаотическую в пространстве, но из-за высокой когерентности стационарную во времени интерференционную картину. Хаотичность расположения спеклов обусловлена шероховатостью поверхности. Главное условие наблюдения спеклструктуры - это диффузно-отражающая поверхность, каковыми являются любые поверхности, за исключением высококачественно отполированных. Характерный размер наблюдаемых спеклов порядка длины волны; наименьший размер спеклов оценивается [см. 75] как d l,22-X /A (16), где X - длина волны источника света; А - угловая апертура линзы.
Особенности локализации пластической деформации в сплаве Э635
Особенностью деформационной кривой растяжения сплава Э635 (см. рис. 3.1 и 3.26) явилось наличие резкого излома в области предела текучести, который интерпретируется в литературе как "вырожденная площадка текучести" [3]. Анализ картин локализации деформации в окрестности наблюдаемого излома на кривой показал, что при общей деформации 1%, что соответствует перегибу на кривой s - е, происходило зарождение одного фронта локализации деформации, в котором сосредоточена практически вся деформация образца. Такая картина аналогична картине локализации деформации на площадке текучести в полосах Людерса [62, 63]. Далее за этим фронтом, движущимся со скоростью примерно 1,4-Ю-5 м/с, зарождаются и движутся другие, менее интенсивные максимумы локальных удлинений. Развитие локализации деформации в интервале 1 % є 1,8 % для сплава Э635 показано на рисунке 4.2.1.
При общей деформации 2%, что соответствовало началу параболической стадии, деформация охватывала весь образец, и происходило формирование стационарной системы зон локализации деформации (рис. 4.2.2) с пространственным периодом локализации Я 8 мм. Однако подобная стационарная картина распределения локализации была характерна только для двух первых параболических подстадии с показателями параболичности п 0,54 и 0,49 (рис. 3.4 и 3.5). При этом, несмотря на близкие значения и, относительные положения максимумов на этих подстадиях оказались смещены, что свидетельствует о наличии между ними переходного участка в области деформаций є 2,8% (рис. 4.2.2).
На подстадиях параболической кривой с показателем параболы п 0,4, так же, как и в сплаве Э110, происходило перемещение зон локализации деформации, которое продолжалось до стадии формирования шейки. Аналогичная картина наблюдалась и на следующей подстадии с п 0,3. Характер эволюции пространственного распределения зон локальных удлинений на этой параболической подстадии представлен на рисунке 4.2.3. Видно, что перемещение зон локализации сопровождается сначала уменьшением, а затем увеличением их количества в образце (рис. 4.2.3).
На заключительном этапе деформирования сплава Э635 на подстадиях с п 0.2 в системе максимумов локализации выделялся один очаг с высокой амплитудой локального удлинения, который трансформировался впоследствии в очаг предразрушения, а затем и в шейку. В отличие от сплава Э110, здесь не наблюдалось широкой "диффузной" шейки, образование которой сопровождалось продолжительной стадией перемещения зон локализации по направлению к месту будущего разрушения (рис. 4.2.4).
Локализация пластической деформации в сплаве циркалой-2
Анализ эволюции пространственно-временных картин распределения локальных удлинений при деформации сплава циркалой-2 показал, что она в целом подобна картине развития локализации деформации, наблюдаемой в сплавах Э110иЭ635. Так, на начальной (переходной) стадии пластического течения наблюдалось зарождение и движение зон локализации деформации. На параболической подстадии с п 0,5 так же, как и в сплавах ЭИО и Э635 начиналось перемещение зон локализации, продолжающимся до образования шейки. На рисунке 4.3.1 а приведена характерная картина изменения пространственного распределения локальных удлинений на примере подстадии с п 0,43.
Можно наблюдать направленное перемещение зон локализации, их объединение в середине подстадии, а затем перераспределение локальной деформации по образцу с образованием новых очагов локализации. Аналогичную картину можно видеть на следующем рис. 4.3.16 для подстадии с п 0,33. Особенностью данных сплавов является более сложная форма зон локализации деформации, что хорошо видно на рис. 4.3.1. По-видимому, это можно связать с более сложнонапряженным состоянием, формирующимся при нагружении сплава циркалой-2 в присутствии в исходной структуре множества двойниковых границ, являющихся источниками внутренних напряжений.
Заключительная стадия деформирования в сплаве циркалой-2, так же, как и для сплава Э110, являлась достаточно продолжительной и характеризовалась перемещением зон локализации по направлению к шейке (рис. 4.3.2).
Характер изменения пространственного периода локализации на параболической стадии деформации сплавов циркония
Таким образом, особенностью эволюции локализации деформации на параболической стадии деформационной кривой циркониевых сплавов, является то, что на параболических подстадиях с п 0,5 система очагов локализации пластической деформации стационарна, а при п 0,5 очаги локализации деформации приобретают способность перемещаться и такое перемещение продолжается вплоть до конца параболической стадии. При этом на тех подстадиях параболической кривой, где п 0,5, величина X остается постоянной. Это согласуется с данными по измерению периода локализации деформации, полученными ранее для параболической стадии кривой нагружения моно - и поликристаллических материалов [58, 59, 63 -66, 81, 82].
Характер накопления деформации в очагах локализации при пластическом течении сплавов циркония
Характер изменения прироста амплитуды суммарного локального удлинения Лє В очаге устойчивой локализации деформации с течением времени (в процессе деформирования) на параболической подстадии с «=0,25 в сплаве Э110. интегральная величина локального удлинения єт выше, чем по образцу в целом (см. рис. 5.1.1). Для сплавов ЭПО и Э635 таких областей было, как правило, три, а расстояние между ними составляло примерно 8 мм. Для сплава циркалой-2 количество устойчивых очагов локализации изменялось от трех до пяти.
При этом с развитием деформации величина є т быстрее возрастала в одном из очагов локализации, который трансформировался 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 работах Рея [51] при растяжении сплавов In-Pb.
На рис. 5.2.1 показан характер изменения величины средней амплитуды ет, приведенной к величине общей деформации в данный момент времени в области одного из выделенных очагов локализации по сравнению с изменениями этой характеристики в зоне одного из минимумов локализации на параболическом участке деформационной кривой для сплава ЭПО (здесь суммирование производилось, начиная с подстадии с п » 0,25). Рис. 5.2.1 показывает, что скорость накопления єт в очаге локализации примерно в 2 раза превышает скорость накопления деформации в области минимума локализации, что свидетельствует о существенной неоднородности пластического течения на параболической стадии деформационного упрочнения.
Определение прироста средней амплитуды локальной суммарной деформации в выделенных устойчивых очагах локализации позволило установить, что процесс накопления деформации в них развивается неоднородно. Так, если в минимуме локализации деформации прирост локального удлинения Аєхх остается практически постоянным с ростом общей деформации образца, то в области очага локализации наблюдаются периодические изменения величины Asxx (рис. 5.2.2).
Следует отметить, что аналогичная периодическая зависимость A„ от степени общей деформации наблюдается и для других зон устойчивой локализации деформации, однако приросты локального удлинения в них на подстадиях с п 0,3 постепенно снижаются до тех пор, пока не устанавливается один очаг локализации пластического течения, соответствующий образующейся шейке.
На рис. 5.2.3 и 5.2.4 представлены є тв стационарном очаге, который впоследствии развивается в шейку, для сплавов Э635 и циркалой-2 соответственно. Видно, что данные зависимости также являются периодическими. Следует подчеркнуть, что период изменения є " совпадает с продолжительностью соответствующей подстадии параболической части деформационной кривой, что можно видеть на рис. 5.2.2 - 5.2.4.
Следует отметить еще одно интересное явление, наблюдаемое в процессе развития стационарных очагов локализации. Это «конкуренция» между такими очагами на начальном этапе формирования шейки. На рис. 5.2.5 показано, как происходит накопление деформации е в очагах устойчивой локализации на параболической стадии пластического течения сплава циркалой-2. Видно, что кривые є для разных очагов устойчивой локализации пересекаются друг с другом, что свидетельствует о смене очагов в которых преимущественно происходит локализация. Однако на завершающей стадии процесса выделяется один очаг локализации, который и трансформируется в шейку.
Рис. 5.2.6 иллюстрирует изменение прироста локального удлинения Аєхх В двух «конкурирующих» очагах локализации на подстадии с и и 0,3 для сплава циркалой-2. Видно, что эти величины изменяются в противофазе. Наблюдаемый конкурирующий характер накопления деформации в устойчивых очагах локализации напоминает процесс развития локализации деформации, сопровождающийся образованием «бегающих» шеек в сверхпластичных материалах [53,109].
Таким образом, использование суммарного представления данных, полученных методом спеклинтерферометрии, позволило выявить устойчивые очаги суммарной локальной деформации, формирующиеся на параболической стадии пластического течения сплавов циркония, а также обнаружить периодический характер накопления в них пластической деформации. Исследование дефектной структуры, формирующейся в таких стационарных очагах локализации деформации, проведенное для сплавов Э110 и Э635 в работах [77, 94, ПО], полностью согласуется с экспериментальными результатами, полученными в настоящей работе. Так, в [77, 94, ПО] установлено, что скорость изменения количественных характеристик дислокационной структуры в устойчивых очагах макролокализации выше, чем в окружающем объеме материала. Это приводит к более быстрой смене в них дислокационных субструктур вплоть до образования в одном из очагов локализации критической фрагментированной структуры, характеризующиеся болынеугловыми границами. Это и предопределяет трансформацию его в очаг предразрушения, а затем и в шейку.
