Многомасштабные процессы локализации динамического деформирования и разрушения и их связь с механическими характеристиками металлов Атрошенко, Светлана Алексеевна

Введение к работе

Актуальность темы; Потребности современной техники предъяв-лярт н прочности материалов повышенные требования. Выявление , закономерностей деформирования и разрушения и оценки прочности «штериалоБ становится не только научно-технической, но и крупной экономической проблемой, Процессы локализации деформирования и раэрушении в последние годы привлекают большое внимание в связи с появлением новы* концепций в этой облаоти, К ним относятся ыногомасштабнооть структурних уровней деформирования и разрушения, ротационная пластичность, синергетичеокая неустойчивость процессов деформирования и другие, В квазистатическйх процессах эти явления нашли свое обоснование» а в облаоти динамики материалов они только начинают изучаться* Для квазистатическйх режимов нагружения в последнее десятилетие было убедительно лоназано, что Макроскопические механические свойства материалов в значительной мере определяются кинетикой процессов на тан называемом меэоскопическом уровне деформирования (0,1 - 10 мям), Что наоа-ется динамических режимов нагруяеНйЯ, в том чиолв ц ударноволно-» внх, то имеется существенный пробел в понимании той роли,которую играет деление структуры материала на разные масштабные уровни, а такяе физических механизмов, ответственных за его структурную перестройку. Главным ограничением здесь является невозможность исоледовать эти процессы в реальном времени традиционными методами оптической и электронной микроскопии. Тем на менее, благодаря определенным успехам в развитии методов локальной диагностики быстропротекающих процессов, становится возможным изучать многомасштабные процессы структурной гчрестройки, происходящие. на малых Масштабах (1-100 мкм) и на .относительно коротких временных интервалах (Ю^-8 - 10 сен),

Вследствие большой физической сложности процаоса динамического' деформирования и разрушения, получение экспериментальных данных -, характеризующих структурные изменения в материале в течение коротких промежутков времени - весьма трудная задача. В то же врекя ясно, что состояние микроструктуры материала после динамического нагружения может сильно отличаться от такового а момент нагруженкя. Поэтому актуальный является исследование физических механизмов динамического деформирования и разрушения материала с использованием Нескольких экспериментальных методик_t

каждая из которых дополняет друг друга, роэтому в наргоящей работе эти исследования базируются на срчетанид дополдяювдх друг друга экспериментальных методик, Цервая методика основывается на непрерывной регистрации временных характеристик динамического нагруаеяня - формы импульса сжатия щ дисперсии скорости частиц в волне нагрузки, Эти характеристики измеряются надосредстранно .в процессе ударного погружения. Вторая методика - минроотруктур-ннй анализ образцов методами оптической а электронной микроскопии. Сочетание методик оказывается чреввычаино аффективным для анте рпретации физических механизмов динамического., деформирования и разрушения материала.

Сказанное определяет актуальность темы настоящей диссертационной работы - создание основ нового научного направления "Многомасштабяые процессы локализация динамического деформирования и разрушения и ах связь о механическими-характеристиками металлов"

Цель работы. Экспериментальное исследование процессов трансляционной и ротационной локализации динамического' деформирований и разрушения металлов на разных масштабных уровнях на основе сочетания экспериментальных методик: - I) Изучение локального динамического отклика ударно-нагруиаемых образцов методом лазерної: интерферометрии свободной поверхности мишеней, 2) Изучение структуры нагруженных образцов методами оптической и электронной микроскопия, 3) Изучение процессов локализации методом с использованием иематических кидках кристаллов.

Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Определение масштабных уровней динамического деформирования и разрушения.

2. Выявление связи механизмов локализации динамического деформирования с кинетикой структуры материала в реальном времени.

.3. Установление кинетических критериев перехода от трансляционных к ротационным механизмам динамического деформирования и разрушения. Определение иеобюдимых условий реализации того или иного механизма локализация динамической деформации.

4. Установление взаимосвяаи ыевду величиной продольных локализованных сдвигов и вареной распределения частиц по скоростям. 4

5, Исследование внутренней структуры областей локализации. 6» Выявление характера взаимодействия соседних масштабных уровней материала при дннашчесном деформировании,

7. Исследование мартвноитных превращений, инициированных . ударным нагруженкем.

8. Разработяа иаличестввййого метода оценки величины повороте, материала внутри ротационной ячейки,

Научная, иомана, В дйооертации впервые проведено*полное ном-плелояов экспериментальное исследование мяогомаоштабянх яроцеосоэ локализации динамического деформиров.аяяя й разрушения металлов,

1. Впервые в металличеокйх ударно-нагруженных образцах обяа-рушена облаотм сдвиговой локализации в форме плооиях дяснов, имеющих оубминронристалличеокую структуру,

2. Установлена овехэвуяовая скорость распространения фронтов. мартвясятных превращения.

3« Разработан оригинальный метод яоличэотвеняай оцвяяя величини поворота материала внутри кристаллографической ротаций, оо-йсваяный на использований нематичеоких жядкйх кристаллов,

4* Установлен некриоталлографачаскйв характер траноляцяойной й ротационное локализации динамической деформации і

5. Впервые предложены кинетические критерия перехода от
трансляционных к ротационным механизмам динамического деформиро
вания и разрушения.

6, Установлено эмпирическое соотношение менду величиной про
дольных локализованных сдвигов и шириной распределения частиц по
скоростям.

Научная й практическая ценность., Полученные в диооертацаи результаты могут быть использованы при ."тшструнрованиа металлов о заданным комплексом механических свойств, работающих в условиях ударного нагружения. Экспериментальные результаты, полученные в работе, могут служить научной основой для создания.теоретических моделей динамического деформирования и разрушения, На основе получанных експериментальних результатов работы мояет быть предложен научно обоснованный метод упрочнения металлов за счет создания в материале при ударном нагружвйии равномерно распределенных в матрице областей сдвиговой локализации высокой твердостиі

Достоверность результатов и выводов обеспечивается выбором аноперимейтальных методов, адекватно отражающих процаоеы» проао-

ходящие в материале при динамическом нагрувении и сочетанием двух методик - лазерной интерферометрии и микроскопии, взаимно дополняющих друг друга. Для доказательства поворота материала внутри ротационной ячейки и его количественной оценки разработан метод НЖК.

Основные положения, представленные и защите

1. Экспериментальные результаты исследования процессов трансляционной н ротационной локализации динамического деформирования и разрушения металлов на разных масштабных уровнях.

2. Кинетические критерии дерехода от трансляционных к ротационным механизмам динамического деформирования и разрушения.

3. Критерий реализации трансляционной и ротационной локализации динамического деформирования.

4. Закономерности взаимодействия соседних масштабных уровней динамического деформирования.

5. Закономерности ротационного движения материала при импульсном нагруженпи.

6. Метод количественной оценки величины поворота материала внутри ротационной ячейки и выявления диполей ротаций.

7. Экспериментальные результаты исследования динамической ' рекристаллизации в условиях ударного нагружения при выполнении состояния "давление*сдвиг".

8. Закономерности протекания вызванного ударом полиморфного превращения в стали.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены л обсукдены на следующих конференциях и семинарах: Ш, ІУ Всесоюзных семинарах "Структурные аспекты локализации деформации и разрушения"(Салтов, 1968, Тула, 1990), ІУ, У Всесоюзных совещаниях по детонации (Телави, IS89, Красноярск, I9SI), П республиканском семинаре "Динамическая прочность и трещино-стойкость конструкционных материалов" (Киев, І9ЄЗ), ІУ республиканской конференции."Субструктурное упрочнение металлов"(Киев, 1990) »І/їоздународной конференции "НоЕые методы физики и механики

деформируемого твердого'тела"(Терскол, I9S0), П Всесоюзном симпозиуме по перспективным, металлическим материалам (Звенигород, .1981), ЕЕромех-291 (С.Петербург, 1992), X симпозиуме по горению и взрыву (Черноголовка, IS92), XXIX ^республиканском семинаре "Актуальные проблемы прочности" (Псков, 1993), Всероссийском научном семинаре "Проблемы динамики и прочности электро- и энер-6

гоїшшвд* {С,Петербург, 19935, Физмет S4 (0,Петербург, 1994), Кевдународной конференции "Ударные волны в конденсированной среде" (а.ПбТербург, 1994), Международных конференциях "Ударное сжатие конденсированного Еещвства'ЧСІІїА, 1989, 1991), Международном шшпозиуме Маштено-SO (ГДР, I99Q), Меядународной конференций по Механике, физике и структуре материалов (Греция, 1990), советско-китайском симпозиуме по. космической науке и технике (Ки-. тай, 1991), У международном совещанип по оптике андких кристаллов (Венгрия, I9S3), Симпозиуме по оптическим материалам для внсояоенергетлчесиих лазеров (США, 1993).

Публикации, По теме диссертация опубликовано 45 работ, иэ которых в отечественных изданиях - 30 и международных изданиях -15 й подано 2 заявка на изобретения, '

Структура я объем диоовртац.ч$,, Даооертащонная работа ооо-тоат из введения, сема глав, выводов д опяона литературы, Общий. объем составляет 414 отр, включал 234 отр, основного текста, 116 отр, рисунков, із таблиц и 53 отр. библиографии, содержащей 488 наименований.