Нестабільність деформування та зміцнення матеріалів в умовах глибокого охолодження

Наведені в табл. 5 дані свідчать, що відомі підходи дають дуже широкий спектр величин допустимих напружень, причому ступінь використання низькотемпературного зміцнення становить від 23 % до 100 %, а результуючі, або індетерміновані коефіцієнти запасу міцності - від 3,06 до 1,50. Запропонований підхід займає "середнє" становище серед відомих, а розраховане за ним допустиме напруження є близьким до найбільшого еквівалентного, що діє у силових елементах надпровідної магнітної системи тороідального поля токамака ІТЕР (табл. 5), і при цьому він враховує нестабільний характер деформації металів.

З оглядом на це даний метод можна вважати достатньо поміркованим і близьким до оптимального у розглянутих умовах.

Висновки

стрибкоподібний деформація амплітудний переривчастий

Сукупність узагальнених у дисертації результатів досліджень являє собою рішення актуальної наукової проблеми в області низькотемпературної міцності матеріалів і елементів конструкцій, що полягає в розробці науково обґрунтованої концепції оцінки граничних станів конструкційних сплавів, що настають при реалізації ефекту переривчастої текучості в умовах глибокого охолодження. Прояви цього ефекту для даного матеріалу залежать від комплексу пружних, інерційних, кінетичних характеристик системи зразок-машина (деталь-конструкція) і інших чинників, що належать до умов навантажування, а також - від конструктивно-технологічних чинників. Тому, відповідно до загальної концепції даної роботи, проведено комплексне дослідження впливу цих чинників на характер розвитку пластичної деформації, міцність і руйнування сталей і сплавів криогенної техніки з урахуванням стадійності процесу накопичення деформації (докритична стадія однорідного деформування, втрата стійкості процесу деформування, власне стрибок деформації і стадія подальшого неадіабатичного пластичного деформування безпосередньо після завершення стрибка). Це дозволило створити інженерний метод визначення небезпечних і допустимих напружень в умовах нестабільності деформації для розрахунку міцності відповідних кріогенних конструкцій, у тому числі надпровідних магнітних систем, у якому оптимально використовуються можливості зміцнення матеріалів, і виробити рекомендації щодо удосконалення стандартного методу випробувань металів на розтяг за температур до 4,2 К.

Основні результати, висновки і практичні рекомендації роботи полягають у наступному:

Розроблено методологію оцінки граничних станів металевих матеріалів в умовах нестабільності деформації за температур нижче 30 К і показано, що при реалізації акта переривчастої текучості можлива раптова втрата несівної здатності конструкційного елемента внаслідок розвитку надмірної деформації чи руйнування.

Запропоновано і обґрунтовано новий метод нормування міцності сталей і сплавів у зазначених умовах, що дозволяє оптимально використовувати низькотемпературне і деформаційне зміцнення з урахуванням енергопоглинальної здатності матеріалу, і показано його перевагу над відомими методами. Однією з відмінних рис запропонованого підходу до визначення допустимих напружень є виключення з розрахункових залежностей границі міцності і використання як міри міцності матеріалу небезпечного напруження - мінімального рівня, при перевищенні якого стає можливим стрибкоподібний розвиток деформації.

На основі комплексного дослідження впливу ряду чинників на прояви ефекту переривчастої текучості за температури 4,2 К і пов'язані з ним механічні властивості конструкційних сплавів встановлено, що найбільш істотний вплив спричиняють жорсткість системи навантажування, що визначає запас пружної енергії, і швидкість деформування, та вироблено рекомендації з їх нормування при визначенні стандартних механічних характеристик в умовах глибокого охолодження. Показано, що при підвищених швидкостях деформування у залежності від величини модуля деформаційного зміцнення матеріалу і жорсткості системи навантажування процес накопичування пластичної деформації може або залишатися монотонним, або безпосередньо після стадії пружного деформування різко втрачати стійкість і локалізуватися, завершуючись прискореним руйнуванням.

Розроблено адекватні моделі процесу стрибкоподібної деформації, що дозволяють визначити її амплітудні значення, описати кінетику стрибка і супутні ефекти у взаємозв'язку з пружними, інерційними та кінетичними характеристиками системи навантажування. На основі моделі, отриманої для підвантажуваної системи, сформульовані кінетичні умови руйнування в жорсткому та м'якому режимах навантажування.

Виконано експериментальну і теоретичну оцінку масштабного ефекту в зв'язку з запасом пружної енергії у системі навантажування та оцінку напруженого стану зразків різних типів при нестабільному розвитку пластичної деформації і вироблено рекомендації щодо вибору типорозмірів стандартних зразків для випробувань на статичний розтяг за температур нижче 30 К. Для дослідження масштабного ефекту запропонований і обґрунтований безрозмірний критерій енергетичної подібності процесу стрибкоподібної деформації.

Показано, що прояв ефекту переривчастої текучості викликає істотну зміну характеру впливу концентрації напруження на механічні характеристики, особливості деформування і руйнування металів. Зі збільшенням концентрації напруження кількість стрибків деформації зменшується, а у випадку гострого надрізу переривчаста текучість не реалізується. Дія імпульсного магнітного поля при досить високому рівні напруження ініціює руйнування зразків з гострим надрізом чи тріщиною, причому зниження руйнівного напруження досягає 20%.

Сформульовано систему феноменологічних критеріїв, що визначають умови реалізації ефекту низькотемпературної переривчастої текучості, і встановлені залежності між ними. На їхній основі отримано двухпараметричний температурно-силовий критерій втрати стійкості процесу пластичного деформування металів, що дозволяє з використанням експериментально визначеної константи матеріалу - границі переривчастої текучості - розраховувати як максимальну критичну температуру, так і величину критичного напруження для заданого температурного рівня.

На основі аналізу процесів енергетичних перетворень, що протікають при стрибкоподібній деформації металів, описані локальні термічні ефекти. Показано, що ступінь нагрівання зони течії корелює з характеристикою міцності матеріалу, й отримано відповідну емпіричну залежність.

9. Розроблено методи експериментального моделювання стрибка деформації за температур 77 і 293 К і показана можливість відтворення і дослідження ефектів, аналогічних тим, що реалізуються за температури рідкого гелію.

Література

1. Стрижало В.А., Новогрудский Л.С., Воробьев Е.В. Прочность сплавов криогенной техники при электромагнитных воздействиях.- Киев: Наук. думка, 1990.- 180с.

2. Воробьев Е.В. Деформирование меди при воздействиях сильных магнитных полей // Пробл. прочности. - 1989. - № 12. - С. 32-36.

3. Воробьев Е.В. Низкотемпературное упрочнение конструкционных сплавов в условиях воздействия сильных магнитных полей // Пробл. прочности. - 1990. - № 6. - С. 48-52.

4. Копанев А.А., Воробьев Е.В., Новогрудский Л.С. Универсальная установка для нанесения усталостных трещин // Пробл. прочности.- 1990.- № 9.- С. 110-112.

5. Воробьев Е.В. Чувствительность аустенитных сталей к концентрации напряжений в условиях глубокого охлаждения и высокоэнергетических импульсных воздействий // Пробл. прочности. - 1991. - № 3. - С. 89-91.

6. Стрижало В.А., Воробьев Е.В. Низкотемпературная прерывистая текучесть конструкционных сплавов // Пробл. прочности. - 1993. - № 8. - С. 37-46.

7. Стрижало В.А., Воробьев Е.В. Низкотемпературная прерывистая текучесть упрочняющихся материалов // Пробл. прочности.- 1994.- № 10.- С. 3-8.

8. Стрижало В.А., Воробьев Е.В., Новогрудский Л.С. Влияние предварительного деформирования на прерывистую текучесть материалов при температуре 4,2 К // Пробл. прочности. - 1995. - №8. - С. 12-20.

9. Стрижало В.А., Воробьев Е.В. Моделирование низкотемпературной прерывистой текучести методом импульсного подгружения // Пробл. прочности. - 1997.- № 3.- С. 83-89.

Размещено на Allbest.ru