Законы распределения деформаций в микроструктуре цветных металлов и сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ В МИКРОСТРУКТУРЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Реков А.М.

Методом малобазных делительных сеток [1] определены параметры неоднородности полей деформации в микроструктуре технически чистого титана ВТ1-0, сплава циркония и алюминиево-медного сплава Д16 (2420). Испытания проводились при одноосном растяжении образцов при комнатной температуре. Образцы титана и циркониевого сплава вырезались из трубной заготовки (вдоль образующей трубы). Образцы сплава Д16 подвергались закалке и естественному старению (вырезали из листа). Параметры микроструктуры материала образцов (размер зерна и структурных составляющих) определялись по известным методикам. Образцы титана ВТ1-0 имеют плотно упакованную гексагональную структуру (-модификация). Сплав циркония представляет собой твердый раствор ниобия в -цирконии с ГПУ решеткой. Структура образцов сплава Д16 представляет твердый раствор меди и магния в алюминии.

База делительной сетки, в соответствии с размером зерна материала образцов, составляла 10 микрометров для титана и циркониевого сплава и 25 микрометров для сплава Д16. Образцы деформировали в несколько ступеней до остаточных пластических деформаций от 6 до 14%.

Увеличение микроскопа подбирали таким образом, чтобы измеряемая длина стороны ячейки делительной сетки составляла один миллиметр. Координаты узлов делительной сетки (массив 20х20 ячеек) измеряли микрометром МОВ 1х16^х в двух ортогональных направлениях - вдоль и поперек оси растяжении образца. Измерения каждой ячейки делительной сетки проводили шестикратно, как до, так и после деформации, что позволило оценить величины случайных ошибок определения параметров неоднородности.

Найдены все компоненты тензора пластических микродеформаций и характеристики напряжено-деформированного состояния микрообъема [1,2].

Случайные коэффициенты Надаи-Лоде микрообъемов (зерен) находились по зависимости:

= ( 2₂ - ₁ - ₃ )/( ₁ - ₃),

а величины случайных коэффициентов поперечной деформации - по формулам:

₃₁ = ₃/₁ и ₂₁ = ₂/₁

деформация микроструктура титан сплав

Построены нормированные автокорреляционные функции микродеформаций, одномерные и двухточечные законы распределения.

Экспериментальные законы распределения микродеформаций достаточно хорошо согласуются с теоретическим нормальным распределением. В качестве примера (рис.1 ) приведены функции плотности распределения главных микродеформаций и их интенсивностей [2], полученные по результатам испытаний образца из сплава циркония при степени макродеформации равной 14 %.. Для данного сплава существенным отличием от результатов полученных при испытаниях материалов с кубической решеткой является то, что график функции плотности главных микродеформаций смещен вправо (достаточно большая доля деформаций, соответствующих чистому сдвигу).

1) - ; 2) - ; 3) - .

Рис. 1 Плотности распределения главных микродеформаций циркониевого сплава

Функции плотностей распределения случайных параметров Надаи-Лоде могут быть аппроксимированы распределением Коши [2]..Кинетика функций плотности распределения случайных параметров Надаи-Лоде в микроструктуре алюминиево-медного сплава при одноосном растяжении образца показана на рис.2. На ранних этапах пластической деформации (6%) функция распределения является трехмодальной, что может быть обусловлено трехкомпонентной структурой сплава. При дальнейшем деформировании образца напряженно-деформированное состояние зерен становится более благоприятным - мода изменяется от величины -0,8 до -0.4.

Степень деформации: 1) - 6; 2) - 9; 3) - 13 %.

Рис. 2 Плотности распределения параметра Надаи-Лоде в алюминиевом сплаве

Степень деформации: 1) - 14; 2) - 6 %.

Рис. 3 Плотности распределения параметра Надаи-Лоде в титане ВТ1-0

Обратное явление, но в меньшей степени, отмечено при испытаниях образцов из титана ВТ1-0 (рис.3). Для данного материала с ростом степени деформации мода параметра смещается в сторону более «жестких» напряженно - деформированных состояний.

Поля микродеформаций являются анизотропными - сечения нормированных автокорреляционных функций различны в ортогональных направлениях относительно оси растяжения образцов. В продольном направлении корреляция между деформациями зерен-соседей отрицательная. Радиус корреляции между микродеформациями составляет 5- 6 зерен (). В поперечном направлении корреляционные функции изменяются по закону, близкому к экспоненте (рис.4).

1) поперек оси растяжения; 2) вдоль оси растяжения.

Рис. 4 Корреляционные функции главных микродеформаций циркониевого сплава

Таблица 1

Параметры законов распределения интенсивностей главных микродеформаций

В соответствии с условием несжимаемости микрообъема при пластической деформации алгебраическая сумма случайных коэффициентов поперечной деформации микрообъемов (зерен) ₃₁ и ₂₁ равна - 1. Графики функций плотностей распределения коэффициентов поперечной деформации ₃₁ и ₂₁ симметричны друг другу (рис.5). Ось симметрии пересекает ось абсцисс в точке -0,5.

Рис. 5 Плотности распределения коэффициентов поперечной деформации сплава циркония при макродеформации 14%

Выводы

1. Определена кинетика параметров неоднородности полей пластических микродеформаций одноосного растяжения ряда цветных металлов и сплавов. Плотности распределения микродеформаций соответствуют нормальному закону.

2.Относительный уровень неоднородности микродеформаций (коэффициент вариации) зависит от степени макродеформации и вида материала.

3. Проведена оценка деформированных состояний отдельных зерен металла.

4. Поля микродеформаций исследованных материалов анизотропные, что при одноосном растяжении предопределяет распространение больших деформаций в направлении, перпендикулярном оси растяжения образца.

5. Определены одномерные и двухточечные вероятности появления и распространения на два соседних зерна микродеформаций, превышающих равномерное относительное удлинение при разрыве.

Литература

1. А.А.Вайнштейн, А.Н, Алехин Основы теории упругости и пластичности с учетом неоднородности материала. УГТУ-УПИ. 2004 236 с.

2. А.М.Реков.,А.А. Вайнштейн А.А.,В.В. Березин Распределение главных микродеформаций // Вестник УГТУ-УПИ Механика микронеоднородных материалов и разрушение: Сб. науч. трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. №. 22(52). С. 85-88.

3. .А. Шаклеина.,А.М. Реков,В.И.Забродин. Экспериментальные законы распределения микродеформаций алюминиевого сплава Д16 (2024) \\ Механика и процессы управления Том 1. Труды XXXVI Уральского семинара Екатеринбург: УрО РАН, 2008. С. 320-321.

Размещено на Allbest.ru