Анізотропія крихкої міцності деформованих полікристалічних металів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ МЕТАЛОФІЗИКИ Г.В. КУРДЮМОВА

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Спеціальність 01.04.13 - фізика металів

АНІЗОТРОПІЯ КРИХКОЇ МІЦНОСТІ ДЕФОРМОВАНИХ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ МЕТАЛІВ

Виконала Зацарна Олександра Вікторівна

Київ 2009

АНОТАЦІЯ

Зацарна О.В. Анізотропія крихкої міцності деформованих полікристалічних металів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів.-Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Київ, 2009.

Дисертація присвячена вивченню анізотропії крихкої міцності попередньо деформованих полікристалічних металів з ОЦК граткою. В дисертації представлені результати експериментальних досліджень впливу попередньої пластичної деформації розтягом та стиском на рівень крихкої міцності деформованого металу. Дослідження проведено на сталі 30, сталі 10Г та титановому сплаві. Розроблена методика експериментального визначення величини крихкої міцності деформованого матеріалу.

Експериментально встановлено, що попередня деформація може призводити як до збільшення рівня крихкої міцності , так і до його зменшення.

Досліджено вплив гостроти текстури на рівень крихкої міцності деформованого металу. Встановлено існування критичних кутів розмиття текстурної компоненти, починаючи з яких з'являється вплив текстури на крихку міцність. Виявлено, що значення цих кутів залежать від типу текстури та матеріалу.

Запропоновано модель крихкого руйнування деформованого металу, відповідно до якої основними факторами, що впливають на рівень крихкої міцності деформованого металу, є кристалографічна текстура та залишкові мікронапруження. Вплив кристалографічної текстури на обумовлений зміною орієнтацій площин розкриття зародкових тріщин відносно напрямку прикладених напружень. Залежність від рівня мікронапружень обумовлена їх впливом на стабільність ЗТ таким чином, що мікронапруження зменшують у напрямку, попередньо деформованому стиском, та збільшують рівень крихкої міцності в напрямку, попередньо деформованому розтягом.

Ключові слова: крихка міцність, анізотропія, крихке руйнування, деформація, полікристали з ОЦК граткою, розмиття текстури, залишкові мікронапруження.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

фізичний анізотропія крихкий деформований

Актуальність теми. На сьогоднішній день встановлені основні закономірності та дано фізичне тлумачення явища пружної анізотропії пластично деформованих металів, розроблена теорія впливу пластичної деформації на величину границі текучості, проте практично не дослідженою є проблема фізичної природи анізотропії крихкої міцності, тобто міцності в крихкому стані. В прикладному плані знання закону формування анізотропії крихкої міцності в процесі попередньої деформації полягає в тому, що низькі рівні крихкої міцності в певному напрямку можуть бути причиною непередбаченого крихкого руйнування конструкції за умов, коли в середньому метал є пластичним. Крім того, в більшості випадків конструкційні сплави підлягають попередній пластичній деформації, яка є причиною виникнення анізотропії механічних властивостей металу, що призводить до крихкого розшарування високоміцних сталевих виробів, наприклад пружинного дроту.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відділі фізики міцності та руйнування Інституту металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України за планами науково-дослідних робіт: бюджетні теми «Дослідження фізичної природи в'язкості конструкційних сталей», «Фізична природа силової стабільності конструкційних сталей на макрорівні» та «Фізична природа механічної стабільності металу на мікрорівні»; програма «Ресурс» тема «Розробка нового фізично обґрунтованого підходу до нормування безпеки корпусів реакторів типу ВВЕР-1000»; «Визначення крихкої міцності арматурного прокату виробництва ВАТ «Криворіжсталь»» за договором №1372/21-1.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є встановлення закономірностей та розробка фізичних уявлень щодо впливу попередньої пластичної деформації як на рівень крихкої міцності, так і на її залежність від напрямку (анізотропію).

Попередня деформація є причиною виникнення в металі залишкових мікронапружень та формування кристалографічної текстури. У зв'язку з цим, для досягнення поставленої мети були визначені наступні завдання:

· Встановити експериментальні закономірності зміни рівня крихкої міцності в залежності від величини та «знаку» (розтяг або стиск) попередньої пластичної деформації.

· Встановити, які саме зміни параметрів кристалографічної текстури відповідальні за появу анізотропії крихкої міцності попередньо деформованого металу.

· Встановити роль залишкових мікронапружень в зміні крихкої міцності металу.

· Розробити модель, яка описує мікромеханізм крихкого руйнування попередньо деформованого металу.

· Сформулювати фізичні уявлення щодо мікромеханізму впливу пластичної деформації на крихку міцність та анізотропію.

· Дати фізичну інтерпретацію закономірностей зміни крихкої міцності та пластичності металу після таких технологічних операцій як осадка та волочіння дроту.

Об'єкт дослідження - метали після попередньої пластичної деформації, зокрема сталь 30 після деформації осадкою, сталь 10Г після деформації одновісним розтягом, - титановий сплав після деформації волочінням.

Предмет дослідження - фізична природа впливу пластичної деформації на рівень крихкої міцності металу та її залежність від напрямку (анізотропію).

Методи дослідження - серіальні низькотемпературні випробування на одновісний розтяг, визначення величини крихкої міцності, металографічні та фактографічні дослідження поверхонь, рентгенівські методи визначення внутрішніх напружень та рентгенівський текстурний аналіз.

Наукова новизна одержаних результатів.

· Розроблені фізичні уявлення та встановлені закономірності впливу попередньої пластичної деформації на рівень крихкої міцності полікристалічного металу з ОЦК граткою.

· Віднайдені дві основні складові - кристалографічна текстура та залишкові мікронапруження, які обумовлюють залежність крихкої міцності від величини та знаку пластичної деформації і спричиняють появу анізотропії крихкої міцності деформованого металу.

· Розроблено модель крихкого руйнування деформованого металу, відповідно до якої встановлено, що: (1) вплив кристалографічної текстури на обумовлений зміною орієнтацій площин розкриття зародкових тріщин відносно напрямку прикладених напружень; (2) залежність від рівня мікронапружень обумовлена їх впливом на стабільність зародкових тріщин (ЗТ) таким чином, що мікронапруження зменшують у напрямку попередньо деформованому стиском та збільшують рівень крихкої міцності в напрямку попередньо деформованому розтягом.

· Встановлено пороговий ефект впливу кристалографічної текстури на крихку міцність, відповідно до якого вплив текстури починається з певних критичних значень кута розмиття текстури. Для текстур осадки та волочіння віднайдені значення критичних кутів розмиття текстури.

· Сформульовані уявлення щодо факторів, які обумовлюють анізотропію механічної стабільності попередньо деформованого металу. Показано, що характер деформаційної залежності коефіцієнта механічної стабільності обумовлений в основному закономірностями зміни та від величини пластичної деформації.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика експериментального визначення величини крихкої міцності деформованого матеріалу, яка дозволяє в умовах заводських лабораторій експериментально визначати значення .

Винайдені критичні значення кута розмиття текстури, при яких втрачається вплив текстури на крихку міцність, дозволяють здійснювати вибір оптимальної попередньої деформації металу перед проміжною термообробкою при виготовленні канатного дроту тонкого та надтонкого сортаменту (наприклад, металокорду).

Отримані результати дозволяють прогнозувати напрямки з мінімальним значенням крихкої міцності у відповідальних елементах конструкцій.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати одержано автором особисто або за його безпосередньої участі. Механічні випробування на одновісний розтяг проводились разом з Полушкіним Ю. О. (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова); рентгенографічні дослідження проводились разом з Карасєвською О. П. (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова). Особисто автором була запропонована модель анізотропії крихкої міцності попередньо деформованого металу.

У статті [1] наведено автором в співпраці з Полушкіним Ю. О. проведено експериментальні дослідження механічних властивостей сталі 30 після попередньої деформації стиском. Особисто автором було проведено обробку експериментальних результатів, побудовані температурні залежності механічних властивостей деформованої сталі 30, визначено рівень крихкої міцності, зроблено висновки щодо впливу попередньої пластичної деформації різного знаку на крихку міцність.

У статті [2] автором у співпраці з науковим керівником запропоновано модель крихкого руйнування деформованого металу з ОЦК граткою.

У статті [3] автором проведена кількісна оцінка величини мікронапружень, які впливають на рівень крихкої міцності в повздовжньому та поперечному напрямках деформованої сталі 30, зроблено висновки.

У статті [4] автором запропоновано фізичну модель анізотропії крихкої міцності, зроблено оцінку впливу текстури та мікронапружень на анізотропію крихкої міцності сталі 30, визначені критичні кути розмиття для текстури осадки.

У статті [5] особисто автором зроблені кількісні розрахунки впливу кристалографічної текстури на крихку міцність деформованого титану та висновки щодо цього впливу.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень оприлюднені на: I-му Євразійському симпозіумі з проблем міцності матеріалів та конструкцій для регіонів холодного клімату, 16 - 20 липня 2002 р., Якутськ; Міжнародній конференції «Наука о материалах на рубеже веков: достижения и вызовы времени», 4 - 8 листопада 2002 р., Київ; Міжнародній конференції «Актуальные проблемы прочности», 3 - 7 жовтня 2005 р., Вологда; Міжнародній конференції «Современное материаловедение: достижения и проблемы», 26 - 30 вересня 2005 р., Київ; Київській конференції молодих вчених «Новейшие материалы и технологии» (НМТ-2006), 16-17листопада 2006 р., Київ; XLVI Міжнародній конференції «Актуальные проблемы прочности», 15-17 жовтня 2007 р., Вітебськ; Міжнародній конференції «Современные проблемы физики металлов», 7-9 жовтня 2008 р., Київ; Всеукраїнській конференції молодих вчених «Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології», 12-14 листопада 2008 р., Київ.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладена актуальність теми досліджень, сформульовані мета та задачі дисертаційної роботи, розкриті наукова новизна та практична цінність отриманих результатів.

В першому розділі наведено огляд літератури за тематикою дисертаційного дослідження, в якому окреслено стан сучасних уявлень щодо впливу попередньої пластичної деформації на механічні властивості металів та сплавів. Відомо, що в більшості випадків конструкційні сплави в процесі технологічних операцій піддаються значним пластичним деформаціям, що призводить до виникнення анізотропії механічних властивостей. На сьогоднішній день розроблені уявлення щодо природи анізотропії пружних та пластичних властивостей металів та сплавів, відповідно до яких важливу роль в формуванні анізотропії відіграє кристалографічна текстура. В той же час залишаються невиявленими основні фактори, що обумовлюють вплив орієнтації прикладеного навантаження на здатність матеріалу чинити опір крихкому руйнуванню. Відсутня також однозначність у виборі механічних характеристик для кількісної оцінки цієї властивості. Часто в цьому випадку використовують відносну звугу, ударну в'язкість, тріщиностійкість. Однак ці характеристики можуть сильно змінюватись при зміні механізму руйнування від в'язкого до крихкого, тому встановити їх вклад саме в зміну анізотропії крихкої міцності досить проблематично. Останнім часом для оцінки міцності металів та сплавів у крихкому стані використовується відношення значень локального напруження крихкого руйнування у вершині надрізу , отриманих в різних напрямках. Проте, експериментальне визначення сильно деформованого металу пов'язано зі значними методичними ускладненнями.

У другому розділі приведені використані методики та матеріали досліджень. Матеріалами досліджень було обрано сталь 10Г, сталь 30 та титановий сплав. Сталь 30 досліджувалась після попередньої деформації осадкою, сталь 10Г - після одновісного розтягу, титановий сплав - після волочіння. Для визначення стандартних механічних характеристик міцності та пластичності проводили низькотемпературні випробування циліндричних зразків (сталь 30 та сталь 10Г - гладкі зразки, титановий сплав - зразки з надрізом) на одновісний розтяг на розривній машині УММ-5, яка обладнана кріокамерою. Інтервал температур випробувань 77…293К, швидкість деформації 10^-3с^-1. За результатами серіальних низькотемпературних механічних випробувань будувались температурні залежності , , та . В роботі використовувалось два методи визначення рівня крихкої міцності . Класичною схемою визначення є побудова температурних залежностей та і визначення крихкої міцності як мінімальної величини напруження крихкого руйнування при температурі в'язко крихкого переходу (рис 1а). Для прецизійного визначення , використовувалась деформаційна залежність істинного напруження руйнування.

Відповідно до поставлених задач проводились рентгенографічні дослідження напружень і текстур. Після отримання полюсних фігур будували графіки залежності щільності ймовірності нормалей заданої площини від кута та визначали значення кута розмиття текстурної компоненти :

,(1)

де - дисперсія функції розподілу кутів орієнтації текстури. Розмиття текстури апроксимувалось нормальним законом, що дозволяло розраховувати значення за даними величини напівширини розподілу як .

При аналізі мікронапружень розглядались дві складові: напруження, що викликають зсув максимуму на рентгенограмі, та напруження, які обумовлюють уширення.

Також було проведено металографічний та фактографічний аналізи.

В третьому розділі наведені експериментальні результати щодо впливу попередньої пластичної деформації на механічні характеристики матеріалів, рівень крихкої міцності, мікронапруження та гостроту текстури.

Перший параграф третього розділу присвячено аналізу зміни механічних властивостей металів після попередньої деформації. Використання деформації осадкою дозволило із однієї і тієї ж заготовки отримувати зразки деформовані як стиском, так і розтягом. Відповідно до експериментальних даних матеріал у вихідному стані є ізотропним з рівнем крихкої міцності .

Таблиця 1. Вплив попередньої пластичної деформації на властивості сталі 30

Збільшення величини попередньої пластичної деформації викликає збільшення рівня крихкої міцності в поперечному напрямку та зменшення його у повздовжньому. Попередня деформація осадкою на 60% призводить до збільшення у півтора рази, по відношенню до вихідного стану. При цьому, в повздовжньому напрямку спостерігається падіння на 40% та зменшення пластичності металу, яке, зокрема проявляється у різкому зсуві нижньої температури в'язко-крихкого переходу на 168⁰С.В результаті попередньої деформації осадкою міцність металу, як в повздовжньому, так і поперечному напрямках збільшується, що проявляється у відповідному зростанні величини границі текучості. Різниця в темпах приросту границі текучості в повздовжньому та поперечному напрямках спричиняє виникнення анізотропії границі текучості. Зміні рівня крихкої міцності притаманні принципово інші закономірності: в поперечному напрямку відбувається зростання , а в повздовжньому - його зменшення. Проведені дослідження показали, що попередня пластична деформація розтягом викликає збільшення рівня крихкої міцності, незалежно від метода реалізації цієї деформації. Приріст спостерігається, як на зразках деформованих попереднім одновісним розтягом, так і на поперечних зразках, вирізаних із осадженої заготовки.

В другому та третьому параграфах розглянуто вплив попередньої деформації на значення мікронапружень. Проведений аналіз мікронапружень, визначених за зсувом максимуму на рентгенограмі для різних площин в повздовжньому та поперечному напрямках показав, що при збільшенні величини попередньої деформації найбільше змінюються напруження, які діють в площинах, перпендикулярних до площин ковзання. При величині осадки 60% рівень цих мікронапружень в поперечному напрямку досягає величин 1ГПа, а в повздовжньому - в два рази більше - 2ГПа. Такі високі мікронапруження можуть виникати у феритних проміжках в результаті несумісності пластичних деформацій фериту та пластинок цементиту в перлітних колоніях.

Для отримання повної картини мікронапружень в деформованій сталі 30 також аналізувалась еволюція мікронапружень, які визначаються за уширенням максимуму на рентгенограмі. Як відомо, джерелами цих напружень є дислокації та їх ансамблі, що формуються в процесі попередньої пластичної деформації. Відповідно до отриманих даних, збільшення величини попередньої деформації призводить до зростання цих мікронапружень.

Слід відмітити, що, в цілому, при деформаціях більших за 0,4 інтенсивність подальшого росту цих напружень зменшується. Відповідно до сучасних уявлень, виникнення кристалографічної текстури пов'язано з локальними поворотами ґратки в околі границь зерен. Рушійною силою даних поворотів є градієнти мікронапружень в цих областях, тому найбільш вірогідною причиною такого характеру зміни мікронапружень можна вважати формування кристалографічної текстури. Характер зміни величини мікронапружень в залежності від значення деформації якісно узгоджується із кривою приросту . Зокрема, для напружень, які отримані для кристалографічної площини (110). За абсолютним рівнем вони мають той самий порядок, що і зміна рівня крихкої міцності.

Пояснити природу джерел тієї складової цих напружень, що впливає на рівень крихкої міцності, в певній мірі можуть результати експериментальних досліджень, які наведено в четвертому параграфі третього розділу, попередня деформація сталі 30 призводить до збільшення рівня крихкої міцності в поперечному напрямку, і ця величина залишається незмінною при нагріві до температури початку рекристалізації. Це є свідченням того, що джерелом тієї частини мікронапружень, що впливає на крихку міцність, є спотворення, які накопичуються в околі меж феритних зерен та на самих межах. Релаксація цих напружень можлива при утворенні нових зерен у процесі рекристалізації. П'ятий параграф третього розділу присвячено аналізу залежності гостроти текстури від величини попередньої пластичної деформації. Показано, що для кількісного аналізу впливу кристалографічної текстури на рівень крихкої міцності необхідно знати функцію щільності розподілу орієнтацій нормалі до площини (110). Закономірності крихкого руйнування добре описуються в рамках принципу слабкої ланки. У зв'язку з цим ключове значення має величина дисперсії орієнтації, оскільки саме від величини дисперсії залежать екстремальні значення кута, які дають найбільш сприятливо орієнтовану для катастрофічного росту площину розкриття зародкової тріщини. В першому наближенні при нормальному законі розподілу кут розмиття можна визначити як . Було встановлено, що при тій самій величині деформації кут розмиття текстури залежить від виду попередньої деформації та матеріалу.

В четвертому розділі описана фізична модель анізотропії крихкої міцності.

Запропонована модель розроблена в рамках мікроскопічної теорії крихкого руйнування металів. В основу цієї теорії покладено уявлення про зародкові тріщини (ЗТ), властивості та поведінка яких визначає основні закономірності крихкого руйнування металів та сплавів. Серед властивостей ЗТ, які визначають основні особливості крихкого руйнування пластично деформованого металу, є те, що: (1) вони розкриваються в певних кристалографічних площинах; (2) це нанорозмірні тріщини, тому вони чутливі до дії нормальних мікронапружень.

При моделюванні крихкого руйнування виходили з того, що з двох можливих мод втрати стабільності дислокаційного скупчення та утворення ЗТ реалізується зсувна мода, тобто ЗТ утворюється (розкривається) в площині дислокаційного скупчення. Для металів з ОЦК граткою це площини {110}. Втрата рівноваги та перехід в катастрофічне поширення такої ЗТ відбувається під дією нормальних напружень. При цьому, її подальше катастрофічне поширення найбільш ймовірне по площинам {100}.

В детерміністичному двомірному наближенні умова втрати рівноваги ЗТ для випадку попередньо деформованого металу має вигляд:

,(2)

де - рівень крихкої міцності металу в напрямку, який задається вектором , і - орієнтовані мікронапруження в лабораторній системі координат; - направляючі косинуси; - критичне напруження втрати рівноваги зародкової тріщини, яке визначається з умови:

,(3)

де - крихка міцність недеформованого металу, - косинус кута, під яким знаходиться площина розкриття ЗТ у недеформованому металі. Орієнтація площини розкриття ЗТ впливає на величину нормальних напружень, під дією яких ЗТ втрачає стабільність. Із усіх можливих варіантів орієнтацій площин розкриття ЗТ найсприятливішою буде та, яка втратить рівновагу при найменшій величині «прикладеного» напруження ().

Відповідно, вираз для нормованої величини має вигляд:

,(4)

де - коефіцієнт анізотропії; - рівень крихкої міцності в повздовжньому напрямку, - косинуси кутів між напрямками 1 та 2 та нормаллю до площини утворення ЗТ для випадків визначення крихкої міцності в напрямку «L» та «m».

Перший член - - в (4) характеризує вплив кристалографічної текстури на рівень анізотропії крихкої міцності. Другий - дає залежність значення коефіцієнта анізотропії від величини залишкових мікронапружень. Слід підкреслити, що у відповідності до (4) вплив мікронапружень залежить від параметрів текстури.

З точки зору ефекту впливу текстури та мікронапружень на рівень крихкої міцності попередньо деформованого металу введено поняття ідеальної, гострої та розсіяної текстури.

1. Ідеальна текстура - це текстура, яка не має розсіяння . В цьому випадку анізотропія крихкої міцності визначається виключно орієнтацією площини утворення ЗТ та напрямком дії прикладеної сили:

.(5)

Як показують розрахунки, у цьому випадку спостерігається максимальна величина анізотропії крихкої міцності.

2. Гостра текстура. Як відомо, ідеальних текстур не існує, навіть при досить великих ступенях деформації метал має певне розмиття текстури. Відповідно до існуючих експериментальних даних мінімальне значення кута розмиття складає . Тому під гострою текстурою слід розуміти текстуру, в якої кут розмиття . Як показують результати розрахунків, для цього випадку вплив текстури пом'якшується через розмиття текстури, крім того, має місце додатковий вплив мікронапружень. Як результат, анізотропність матеріалу зменшується. Величина анізотропії визнчається за формулою (4).

Сильно розсіяна текстура. Це така текстура, в якої кут розмиття більший критичного. Під критичним кутом розмиття текстури слід розуміти кут, при якому зникає ефект впливу текстури. Величина залежить від типу текстури та напрямку, в якому визначається крихка міцність. Для текстури осадки в повздовжньому напрямку складає , в поперечному ; для текстури волочіння - , . В цьому випадку анізотропія крихкої міцності визначається як:

.(6)

Залежності анізотропії крихкої міцності від напрямку мають мінімум, найяскравіше він виражений для випадку ідеальної текстури. Цей мінімум має важливе практичне значення.

Він знаходиться в околі кута 60⁰, та на практиці проявляється при крученні або при стиску пружини, коли нормальні розтягуючи напруження діють під кутом 45⁰ до вісі дроту.

Залежності (7) дозволяють оцінити величину залишкових мікронапружень, що впливають на величину граничної міцності, за експериментальними значеннями в повздовжньому та поперечному напрямках. Умови втрати рівноваги ЗТ при розтягу в повздовжньому та поперечному напрямках мають вигляд:

,

.(7)

Розв'язок цієї системи рівнянь відносно дає значення мікронапружень, що впливають на величину крихкої міцності деформованого металу. Вони направлені проти напрямку попередньої деформації. В даному випадку вздовж осі стиску виникають розтягуючі напруження, а в поперечному напрямку - стискаючі.

З практичної точки зору слід звернути увагу, що ОМН можуть мати як окрихчуючий вплив на матеріал, так і підвищувати його пластичність. У випадку осадки, ОМН, які діють в повздовжньому напрямку, є однією з причин різкого окрихчення сталі. Підтвердженням цього є рекордне підвищення температури в'язко-крихкого переходу сталі 30. З іншого боку наявність стискаючих ОМН в поперечному напрямку призводить до зростання , в результаті чого сталь стає більш пластичною. Цей ефект впливу ОМН є однією з причин збільшення сталі після одновісного розтягу чи волочіння.

Попередня пластична деформація викликає збільшення рівня напруження плинності металу. В тих напрямках, де це збільшення спостерігається на фоні зменшення крихкої міцності , має місце різке окрихчення металу. Зокрема це проявляється в падінні величини відносного звуження в шийці ( повздовжній напрямок “L”).

Цей ефект має важливе прикладне значення, тому в п'ятому розділі розглянуто вплив попередньої пластичної деформації на коефіцієнт механічної стабільності металу , який є універсальною мірою пластичності металу.

Мікроскопічна природа коефіцієнта механічної стабільності полягає в тому, що значення характеризує дистанцію між рівнем напружень, при яких в металі починають утворюватися зародкові тріщини, і рівнем, при якому вони стають нестабільними. Чим більша ця дистанція, тим більше значення пластичної деформації, що передує руйнуванню, більша робота руйнування при ударних випробуваннях, та енергоємність руйнування тіла з мактротріщиною (в'язкість руйнування), яку визначають при випробуваннях на в'язкість руйнування.

(8)

від величини попередньої деформації розтягом немонотонна. Це обумовлено різними темпами зміни та в залежності від величини пластичної деформації. Деформація стиском спричинює монотонне зменшення . Різний характер залежностей від деформації розтягом та стиском обумовлює існування деформації (в даному випадку ), при якій значення при розтягу та стиску співпадають.

Ці закономірності є суттєвими при виборі режимів деформаційної обробки металу, що добре ілюструється на прикладі обробки осадкою. При цьому слід зауважити, що при одній і тій же величині деформації осадки всієї заготовки значення істинних деформацій самого металу в повздовжньому та поперечному напрямках буде відрізнятися (див. табл. 1). Це стосується не лише осадки, але і прокатки, волочіння тощо. Як результат, характер деформаційних залежностей в повздовжньому та поперечному напрямках ( і ) відрізняється від аналогічної для та .

60 - 70% матеріал стає крихким (), про що свідчать дані механічних випробувань зразків, які вирізані із цієї заготовки у повздовжньому напрямку.

Ці ефекти є однією з причин явища розшарування прокату при великих холодних деформаціях, що має місце при контрольованому вальцюванні, а також при волочінні дроту. Починаючи з деформації осадкою , спостерігається різке падіння (тобто окрихчення металу) в повздовжньому напрямку. Оскільки в поперечному напрямку навпаки зростає, то при цій деформації спостерігається поява анізотропії пластичності металу.

ВИСНОВКИ

1. Характер анізотропії крихкої міцності , яка виникає після попередньої пластичної деформації металу, суттєво відрізняється від анізотропії границі текучості. Так, в залежності від «знаку» (розтяг чи стиск) попередньої деформації величина може зростати або, навпаки, зменшуватися, в той час, як велична в обох випадках збільшується, але з різною інтенсивністю.

2. Попередня деформація осадкою на 60% спричиняє значне окрихчення металу в повздовжньому напрямку, що в умовах одновісного розтягу проявляється в аномально різкому, на 168⁰С, підвищенні нижньої температури в'язко-крихкого переходу.

3. Зміна після попередньої деформації обумовлена двома факторами: виникненням в металі залишкових мікронапружень та утворенням кристалографічної текстури.

4. Закономірності впливу мікронапружень на стабільність зародкових тріщин характеризуються ефектом «орієнтованості», який полягає в тому, що напрямок їх дії протилежний напрямку попередньої пластичної деформації. Тобто ці мікронапруження зменшують у напрямку, попередньо деформованому стиском, та збільшують рівень крихкої міцності в напрямку, попередньо деформованому розтягом.

5. Вплив кристалографічної текстури на орієнтацію площин розкриття зародкових тріщин відносно напрямку прикладених напружень є причиною залежності крихкої міцності від параметрів кристалографічної текстури металу.

6. Особливість впливу текстури на полягає в існуванні порогового ефекту, відповідно до якого зміна спостерігається лише починаючи з критичних значень кута розмиття текстури . Величина залежить від типу текстури та напрямку, в якому визначається крихка міцність. Для текстури осадки в повздовжньому напрямку складає , в поперечному . Для текстури волочіння , .

7. Вплив пластичної деформації на анізотропію коефіцієнту механічної стабільності, на відміну від її впливу на анізотропію крихкої міцності, не є монотонним, при цьому існує критичне значення деформації, при якій спостерігається різке падіння пластичності металу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Анізотропія опору мікросколенню R_MC сталі після осадки / С. О. Котречко, О.В. Кучер, Г. С. Меттус, Ю.О. Полушкін / Металлофизика и новейшие технологии.-2006.-Т.28, Специальный выпуск.-С.217-224.

2. Physical model of fracture of textured b.c.c. polycrystalline metals/ Kotrechko S. A., Stetsenko N. N., Shevchenko S. V., Kucher A. V.// Деформация и разрушение материалов.-2007.-№3.-С.20-28.

3. Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием / Котречко С. А., Кучер А. В., Полушкин Ю. А., Меттус Г. С., Стеценко Н. Н. // Проблемы прочности.-2007.-№6.-С. 91-103.

4. Физическая модель анизотропии хрупкой прочности R_MC деформированной стали / Котречко С. А., Кучер А. В., Полушкин Ю. А.// Металлофизика и новейшие технологии.-2007.-№12.-С.1673-1691.

5. Влияние кристаллографической текстуры Ті-сплавов на прочность при растяжении и кручении / О. М. Ивасишин, С. А. Котречко, А. В. Кучер, А. И. Орнатский, С. В. Шевченко // Металлофизика и новейшие технологии.-2009.-№5.-С.687-699.

Размещено на Allbest.ru