Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Деформування і руйнування алюмінієвого сплаву АМг6 в умовах динамічної повзучості і втоми

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. При виготовлені та упродовж експлуатації деякі найбільш важливі високонавантажені елементи конструкцій (авіатехніка, посудини високого тиску, турбіни, трубопроводи), одночасно з довготривалим статичним навантаженням піддаються дії низькоамплітудного циклічного навантаження. Така сумісна дія статичного і циклічного навантаження, а також попереднє одноразове пластичне деформування, істотно впливають на повзучість і циклічну тріщиностійкість конструкційних матеріалів.

Дослідженню впливу попереднього одноразового пластичного деформування на втому і тріщиностійкість матеріалів присвячені праці Трощенка В.Т., Романіва О.М., Панасюка В.В., Іванової В.С., Махутова М.А., Красовського А.Я., Покровського В.В., Яснія П.В., Никифорчина Г.М., Бобира М.І., Roman O., Ono Kanji, Sukedai E., Hida M., Tetelman A.S. Вплив сумісної дії статичного і циклічного навантаження на повзучість матеріалів досліджували Работнов Ю.М., Бреславський Д.В., Камінський А.А., Стрижало В.А., Lukas P., Kunz L., Vasina R., Sklenicka V. та інші. Розроблено моделі прогнозування впливу попереднього деформування на довготривалу міцність, швидкість росту втомних тріщин, та методики прогнозування повзучості матеріалів під дією комбінованого навантаження.

Оскільки, зміна характеристик механічних властивостей пластично деформованих металів і сплавів порівняно з первісним станом, обумовлена мікроструктурними змінами, важливо знати як впливає попереднє одноразове пластичне деформування, сумісна дія статичного і циклічного навантаження на мікроструктурні параметри, такі як густина дислокацій, дислокаційна структура, розорієнтація субграниць, зміни у включеннях другої фази, утворення мікротріщин і пор в матеріалі та ін.

В наукових працях дослідженню еволюції мікроструктурних параметрів металів і сплавів в умовах квазістатичного розтягу, статичної повзучості, втомного руйнування приділено достатньо уваги. Відомі дослідження еволюції дислокаційної мікроструктури подано в працях Taylor G.I., Cottrell A.H., Ashby M.F., Yokobori T., Lukas P., Klesnil M., Козлова Е.І., Паніна В.Є., Іванової В.С., Трефілова В.І., Фірстова С.А. та ін. Досліджено мікромеханізми деформування і руйнування конструкційних матеріалів та одержано залежності характеристик механічних властивостей матеріалів від мікроструктурних параметрів.

Проте, залишається недостатньо дослідженим вплив циклічної складової навантаження в умовах розтягу і повзучості на особливості мікроструктурних параметрів та механізми деформування і руйнування матеріалів, що не дозволяє на достатньому рівні фізично обгрунтувати методики оцінки кінетики пластичної деформації. Недостатньо досліджено вплив мікроструктурних змін попередньо пластично деформованих матеріалів на порогову тріщиностійкість. Тому, виявлення взаємозв'язку характеристик механічних властивостей з мікроструктурними параметрами та механізмів деформування і руйнування конструкційних матеріалів, з урахуванням попереднього одноразового деформування та за сумісної дії статичного і циклічного навантаження, а також фізичне обгрунтування методик оцінки кінетики пластичної деформації є актуальною науковою проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові результати, які склали основу дисертації, отримані здобувачем як виконавцем теми Державного фонду фундаментальних досліджень України «Розробка методів прогнозування динамічної повзучості конструкційних матеріалів з урахуванням параметрів циклічного навантаження» (№ держреєстрації 0101U006795), та держбюджетної теми «Розробка методу підвищення несучої здатності елементів конструкцій шляхом комбінованого попереднього навантаження» (№ держреєстрації 0197U004547), які виконувались в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя згідно тематичних планів НДР Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є виявлення взаємозв'язку характеристик механічних властивостей алюмінієвого сплаву АМг6 в умовах динамічної повзучості і втоми з мікроструктурними параметрами матеріалу та розробка методик прогнозування кінетики пластичної деформації.

Для досягнення вказаної мети в роботі вирішуються наступні задачі:

дослідити вплив циклічної складової навантаження в умовах комбінованого розтягу і короткотривалої динамічної повзучості на мікроструктурні особливості сплаву АМг6;

розробити методику оцінки кінетики пластичної деформації сплаву АМг6 в умовах розтягу і повзучості з урахуванням еволюції мікроструктури;

дослідити вплив мікроструктурних параметрів на порогову тріщиностійкість сплаву АМг6 з урахуванням попередньої пластичної деформації;

розробити методику експертної оцінки величини пластичної деформації деталей і елементів конструкцій за аналізом мікроструктурних параметрів.

Об'єкт дослідження - повзучість і втома конструкційних матеріалів.

Предмет дослідження - короткотривала повзучість і порогова тріщиностійкість попередньо пластично деформованого алюмінієвого сплаву АМг6, зв'язок з мікроструктурними параметрами.

Методи дослідження - теоретичні дослідження проведено з використанням методів механіки деформівного твердого тіла, зокрема теорії повзучості, а також положень механіки руйнування. Експериментальні дослідження мікроструктурних параметрів матеріалу проведено засобами електронної просвічувальної мікроскопії методом тонких фольг.

Наукова новизна одержаних результатів:

встановлено кількісний взаємозв'язок порогової тріщиностійкості пластично деформованого сплаву АМг6 з густиною дислокацій з урахуванням напряму деформування і асиметрії циклу навантаження. Головним чинником зменшення порогу тріщиностійкості сплаву АМг6 є зростання загальної густини дислокацій в матеріалі;

виявлено, що упродовж росту втомної тріщини в сплаві АМг6 в межах пластичної зони утворюється розорієнтована коміркова дислокаційна структура, а величина скалярної і загальної густини дислокацій в межах пластичної зони є інваріантна до попередньої пластичної деформації сплаву;

вперше виявлено основні закономірності впливу циклічної складової навантаження в умовах розтягу і повзучості сплаву АМг6 на густину дислокацій. В умовах динамічної повзучості циклічна складова збільшує густину дислокацій в сплаві АМг6, порівняно із статичною повзучістю при однаковому максимальному напруженні, за рахунок зменшення кроку дислокаційної сітки, а також шляхом утворення вторинної дислокаційної сітки на фоні наявної;

розроблено методику прогнозування діаграм динамічної повзучості сплаву АМг6, яка базується на теорії повзучості і використанні запропонованої функції впливу циклічної складової на густину дислокацій;

запропоновано методику розрахунку діаграм деформування сплаву АМг6 в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу з використанням теорії повзучості основаної на деформаційному зміцненні з урахуванням еволюції дислокаційної структури;

розроблено методику експертної оцінки величини пластичної деформації деталей і елементів конструкцій матеріалів, що містять крихкі включення другої фази, яка грунтується на виявленій лінійній залежності між макропластичною деформацією розтягу зразків із сплаву АМг6 і відносним переміщенням розтрісканих включень другої фази.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані залежності густини дислокацій в сплаві АМг6 від напруження повзучості можуть бути використані для оцінки напруженого стану за різних умов навантаження.

Запропоновані методики прогнозування діаграм динамічної повзучості та розрахунку діаграм квазістатичного і комбінованого деформування сплаву амг6 можуть бути використані для розрахунку напружено-деформованого стану елементів конструкцій упродовж експлуатації, а також при технологічних процесах обробки тиском.

Розроблена методика оцінки пластичної деформації за переміщенням розтрісканих включень може бути використана для експертної оцінки величини пластичної деформації розтягу матеріалів, що містять крихкі включення другої фази.

Результати дисертаційної роботи в частині методик прогнозування діаграм динамічної повзучості, розрахунку діаграм деформування сплаву амг6 та оцінки пластичної деформації за переміщенням розтрісканих включень використовуються лабораторією випробувань на міцність АНТК ім. О.К. Антонова при розрахунку напружено-деформованого стану елементів конструкцій (Акт впровадження АНТК №1/726 від 27.01.2003 року).

Особистий внесок здобувача. Основні результати, які становлять суть дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. В публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить:

розробка методик експериментальних досліджень мікроструктурних параметрів сплаву АМг6 засобами електронної просвічувальної мікроскопії методом тонких фольг [1-3, 5, 6];

виявлення основних закономірностей впливу параметрів механічних випробувань на дислокаційну структуру та утворення в матеріалі мікротріщин і пор [1-3, 5, 6];

дослідження впливу циклічної складової навантаження в умовах комбінованого розтягу та динамічної повзучості на еволюцію дислокаційної структури в сплаві АМг6 [1, 3];

аналіз впливу циклічної складової навантаження в умовах комбінованого розтягу та динамічної повзучості на кінетику пластичної деформації сплаву АМг6 [1, 3];

аналіз впливу мікроструктурних змін після попередньої пластичної деформації на порогову тріщиностійкість сплаву АМг6. Виявлення і обгрунтування головного чинника зменшення порогу тріщиностійкості сплаву АМг6 [5].

Постановку задач, аналіз та трактування результатів проведено спільно з науковим керівником.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на V-VI науково-технічних конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя (Тернопіль, 2001-2002), Четвертому міжнародному симпозіумі з трибофатики (Тернопіль, 2002). В повному обсязі матеріали дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на наукових тематичних семінарах в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» (м. Київ, 2003), в Фізико-механічному інституті імені Г.В. Карпенка НАН України (м. Львів, 2003) та в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя (м. Тернопіль, 2003).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 8 друкованих працях. З них - 5 у фахових наукових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи становить 131 сторінки, в т.ч. 49 рисунків, 8 таблиць, та список літератури із 117 найменувань.

Основний зміст роботи

кінетичний деформація сплав мікроструктурний

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначена мета роботи та основні напрямки її досягнення, показані наукова новизна та практичне значення отриманих результатів. Приведено відомості про публікації та апробацію роботи.

У першому розділі розглянуто сучасний стан питання впливу сумісної дії статичного і циклічного навантаження та попереднього пластичного деформування на механічні властивості матеріалів. Проаналізовано відомі теоретичні та експериментальні дослідження механізмів деформування і руйнування конструкційних матеріалів за статичного та циклічного навантажувань. Особливу увагу приділено еволюції дислокаційної структури матеріалів та впливу включень на механізми деформування і руйнування.

Аналіз наукових праць вказує, що вплив сумісної дії статичного та циклічного навантаження на загальну деформацію або час до руйнування, зміна механічних властивостей металів і сплавів після одноразового пластичного деформування, порівняно з первісним станом матеріалу, обумовлені зміною мікроструктурних параметрів, що впливає на механізми деформування та руйнування матеріалів. Проте, не достатньо досліджено фізичний механізм на дислокаційному рівні за сумісної дії статичного та циклічного навантаження, що забезпечує збільшення деформації в умовах динамічної повзучості і комбінованого розтягу порівняно з статичною повзучістю і квазістатичним розтягом алюмінієвих сплавів.

Недостатньо вивченим є питання впливу пластичного деформування стиском на особливості еволюції дислокаційної структури та утворення в матеріалі мікротріщин. Не досліджено зв'язок циклічної порогової тріщиностійкості попередньо пластично деформованого сплаву АМг6 з особливостями дислокаційної структури.

На основі проведеного аналізу сформульовано мету та задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі приведено методики експериментальних досліджень, характеристики обладнання, методи аналізу мікроструктурних параметрів матеріалу. Подано хімічний склад та механічні властивості сплаву АМг6, креслення зразків для випробувань та схеми їх навантажування, схеми вирізу об'єктів мікроструктурних досліджень, формули для розрахунку густини дислокацій.

Механічні випробування виконано на сервогідравлічній випробувальній машині СТМ-100 виробництва АНТК імені О.К. Антонова, м. Київ. Дослідження мікроструктури методом тонких фольг виконано на електронному просвічувальному мікроскопі ПЕМ-125К виробництва Сумського ВАТ «SELMI», м. Суми.

Мікроструктурні дослідження сплаву АМг6 проведено після наступних типів випробувань зразків: квазістатичний розтяг, стиск та комбінований розтяг; короткотривала статична та динамічна повзучість; припороговий ріст втомних тріщин в попередньо пластично деформованому матеріалі. Також досліджено мікроструктуру матеріалу первісного стану. Розраховано густину дислокацій скалярну, в малокутових границях та загальну. За отриманими чисельними значеннями густин дислокацій обчислено середнє арифметичне і довірчий інтервал за середньоквадратичним відхиленням та критерієм Ст'юдента з довірчою імовірністю 0,95.

Квазістатичний розтяг зразків до руйнування здійснено з швидкістю зростання умовного статичного напруження =1,6 МПа/с. При комбінованому розтязі додатково накладали циклічне синусоїдальне навантаження частотою =25 Гц і амплітудою =25 МПа. Повзучість і динамічну повзучість досліджували при чотирьох рівнях максимального напруження 300; 320; 340; 355 МПа. У випадку динамічної повзучості на статичне навантаження накладалось низькоамплітудне циклічне синусоїдальне навантаження. Припороговий ріст втомних тріщин в попередньо пластично деформованому матеріалі досліджено за коефіцієнтів асиметрії циклу навантаження R=0; 0,1; 0,7. Дослідження виконано при 293К.

У третьому розділі наведено результати дослідження впливу квазістатичного розтягу і стиску, комбінованого розтягу, короткотривалої статичної і динамічної повзучості сплаву АМг6 на мікроструктурні параметри і механізми деформування та руйнування матеріалу. Подано результати дослідження мікроструктури в межах пластичної зони біля вістря тріщини в умовах припорогового росту втомних тріщин в попередньо пластично деформованому сплаві АМг6. Досліджено еволюцію дислокаційної структури матеріалів, утворення мікротріщин і пор та вплив включень на механізми деформування і руйнування.

В первісному стані дислокаційна картина сплаву АМг6 характеризується однорідною сітковою структурою. Порівняння дислокаційної картини після розтягу (0,05) і стиску (-0,05), вказує на приблизно однаковий характер структурних змін і близькі значення густини дислокацій, причому в умовах стиску густина дислокацій дещо більша. Із зростанням величини залишкової деформації розтягу (0,10) і стиску (-0,10), зростає густина дислокацій. За вказаних деформацій, однакових за розміром, але протилежних за знаком, виявлено істотне зростання загальної густини дислокацій матеріалу при стиску порівняно з розтягом (рис. 1).

В зразках деформованих стиском виявлено ділянки із значною різницею скалярної густини дислокацій, яка становить 310¹³ м^-2 і 810¹³ м^-2. Причому, на ділянках з скалярною густиною дислокацій 310¹³ м^-2, виявлено значне зростання густини дислокацій в малокутових границях, яка становить 710¹³ м^-2, що істотно збільшує загальну густину дислокацій матеріалу.

В зразках деформованих стиском (-0,10), виявлено утворення в певних кристалографічних площинах мікротріщин в матриці біля масивних включень.

Дослідження еволюції дислокаційної структури вздовж шийок зруйнованих зразків, після квазістатичного і комбінованого розтягу, виявили, що зі збільшенням поперечного звуження, скалярна густина дислокацій зростає за подібними закономірностями для двох схем навантаження (рис. 2). Встановлено, що густина дислокацій в умовах комбінованого розтягу більша порівняно з квазістатичним за однакових значень поперечного звуження.

Більша густина дислокацій в умовах комбінованого розтягу порівняно з квазістатичним, за однакових значень поперечного звуження (рис. 2), пов'язана з наявністю циклічної складової навантаження. При комбінованому розтязі за рахунок циклічної складової відбувається зародження додаткових дислокацій і збільшується їх густина.

Порівняння залежностей густини дислокацій від максимального напруження повзучості вказує на подібний характер залежності для статичної і динамічної повзучості, проте за умов динамічної повзучості порівняно із статичною дислокаційна густина більша за однакових значень максимальних напружень (рис. 3).

Основна відмінність у зміні дислокаційної структури за умов динамічної повзучості порівняно із статичною - це утворення вторинної дислокаційної сітки на фоні наявної. В умовах динамічної повзучості одночасно із зменшенням кроку дислокаційної сітки виникає вторинна дислокаційна структура всередині наявної. Ефект вторинної дислокаційної сітки найбільше виявляється при 300 МПа, що забезпечує найбільшу різницю в густині дислокацій за двох схем навантаження (рис. 3). Утворення вторинної дислокаційної сітки, очевидно, пов'язане з інтенсифікацією процесу розмноження дислокацій за механізмом багаторазового поперечного ковзання. Таким чином, в умовах динамічної повзучості одночасно з інтенсифікацією процесів повзучості змінюються механізми їх плинності.

Проаналізовано вплив асиметрії циклу навантаження при сталому на густину дислокацій. Результати, подані на рис. 4, вказують на відсутність істотного впливу амплітуди циклічної складової динамічної повзучості у досліджуваному діапазоні амплітуд (12,5; 25; 37,5 МПа) при 340 МПа на густину дислокацій. В умовах статичної повзучості (1) при 340 МПа густина дислокацій менша. Очевидно, існує порогове значення коефіцієнта асиметрії циклу , при досягненні якого циклічна складова істотно не впливає на густину дислокацій. Порогове значення коефіцієнта асиметрії циклу означає зміну механізмів повзучості: при - статична повзучість, при - динамічна.

Аналізуючи залежності густини дислокацій від максимального напруження (рис. 3) та від асиметрії циклу в умовах динамічної повзучості (рис. 4), можна стверджувати, що головним чинником формування дислокаційної мікроструктури в умовах динамічної повзучості є рівень максимального напруження.

В поздовжньому напрямку зразків після випробування на розтяг і повзучість виявлено розтріскування масивних частинок і дисперсоїдів. Встановлено, що основним механізмом зародження пор в сплаві АМг6 при розтягу і повзучості є розтріскування крихких включень другої фази.

При розтріскуванні масивних частинок утворюються великі пори, які приймають основну участь в руйнуванні сплаву АМг6 при розтягу і повзучості. Руйнування матеріалу відбувається шляхом підростання великих пор, локалізації деформації в смугах ковзання по перетинках і руйнування перетинок внаслідок вичерпування пластичності матеріалу. При руйнуванні перетинок приймають участь пори утворені внаслідок розтріскування дисперсоїдів.

Дослідження приповерхневих шарів, утворених після втомного руйнування попередньо пластично деформованого сплаву АМг6, виявили, що в процесі росту втомної тріщини, незалежно від попередньої дислокаційної структури матеріалу, в межах пластичної зони біля вістря тріщини утворюється однакова дислокаційна структура (рис. 5). На відстані більшій 200 мкм від поверхні втомного руйнування дислокаційна структура подібна до структури зразків перед втомним випробуванням. Ближче до поверхні втомного руйнування, в межах від 2 мкм до 80 мкм, дислокаційна структура попередньо розтягнутих, стиснутих і недеформованих зразків однакова на відповідно однаковій відстані від поверхні втомного руйнування.

Встановлено, що в процесі росту втомної тріщини біля її вершини утворюється розорієнтована коміркова дислокаційна структура з тенденцією до зменшення розміру комірки при наближенні до поверхні руйнування.

У четвертому розділі розроблено методики прогнозування діаграм повзучості і діаграм деформування сплаву амг6 в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу, які базуються на використанні запропонованої функції впливу циклічної складової на густину дислокацій і теорії повзучості основаної на деформаційному зміцненні з урахуванням еволюції дислокаційної структури. Розроблено методику експертної оцінки величини пластичної деформації деталей і елементів конструкцій матеріалів, що містять крихкі включення другої фази. Встановлено кількісний взаємозв'язок порогової тріщиностійкості пластично деформованого сплаву АМг6 з густиною дислокацій з урахуванням напряму попередньої пластичної деформації і асиметрії циклу навантаження.

Досліджено взаємозв'язок пластичної деформації сплаву АМг6 в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу, повзучості та динамічної повзучості з густиною дислокацій. Виявлено, що зростання пластичної деформації за присутності циклічної складової навантаження, задовільно узгоджується із збільшенням густини дислокацій матеріалу.

Пластичну деформацію в умовах розтягу і на неусталеній ділянці повзучості розраховуємо відповідно до зростання густини дислокацій:

, (1)

де - густина дислокацій в матеріалі; ₀ - початкова густина дислокацій; А - коефіцієнт, який характеризує швидкість розмноження дислокацій.

Зміну густини дислокацій запропоновано розраховувати, як добуток функцій впливу на густину дислокацій статичної Q(_max) і циклічної G(_max,_a) складових навантаження:

(2)

За експериментальними даними густин дислокацій в умовах статичної і динамічної повзучості одержано залежність впливу циклічної складової на густину дислокацій неусталеної ділянки повзучості при _a=const (рис. 6), яка апроксимована функцією G(_max) при :

, (3)

де , - постійні величини, залежні від температури.

Деформація в умовах статичної повзучості описується за теорією зміцнення:

(4)

де m, B, n - постійні величини, залежні від температури; - напруження повзучості; - час.

Зміна густини дислокацій в часі на неусталеній ділянці в умовах статичної (5) і динамічної (6) повзучості буде мати вигляд:

, (5)

(6)

де - густина дислокацій в початковий момент повзучості; А_п - коефіцієнт швидкості розмноження дислокацій на неусталеній ділянці повзучості.

Оскільки, на усталеній ділянці повзучості процеси зародження і анігіляції дислокацій стабілізуються, загальна густина дислокацій в матеріалі залишається постійною. Таким чином, деформацію динамічної повзучості розраховуємо з врахуванням впливу циклічної складової на густину дислокацій неусталеної ділянки повзучості:

(7)

Функцію впливу циклічної складової на густину дислокацій G(_max) використано для прогнозування діаграм деформування в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу. Вважаємо, що динамічний процес виходу на постійне значення функції G(_max) в умовах повзучості здійснюється за час неусталеної повзучості.

Вигляд функції виходу на усталене значення G(_max, t) вибирається з умов: G(_max, 0)=1, G(_max, t^*)=G(_max) (рис. 7). Цим умовам задовольняє наступна залежність G(_max, t):

, (8)

де G(_max) - усталене значення G (рис. 6), t*(_max) - час виходу функції G(_max, t) на усталене значення G(_max), - показник степеневої функції виходу на усталене значення, t - час: 0tt*.

З експериментальних даних знаходимо функцію t*(_max) для діапазону значень _02maxв у вигляді:

, (9)

де M, k - постійні матеріалу при фіксованому значенні амплітуди _a та температури.

Пластична деформація в умовах розтягу описується степеневим законом . Для випадку розтягу будемо розглядати зростання густини дислокацій як ступінчастий процес з N ділянок зі сталим приростом напруження . Приріст густини дислокацій згідно степеневого закону зміни деформації при розтязі виразимо наступним чином:

, (10)

де C, n' - постійні матеріалу; А_р - коефіцієнт швидкості розмноження дислокацій при розтязі.

Результуючий приріст густини дислокацій, в умовах квазістатичного (11) і комбінованого (12) розтягу отримаємо, як суму приростів густин на всіх ділянках:

(11)

(12)

Експериментально отримані діаграми повзучості і деформування сплаву АМг6 графічно узгоджуються з розрахованими за залежностями (4), (7), та (1) з врахуванням (11), (12).

На основі експериментальних даних одержано залежність відносного переміщення розтрісканих масивних включень і дисперсоїдів в сплаві АМг6 від поперечного звуження зразків в умовах розтягу і повзучості (рис. 8). Одержані значення відносного переміщення частинок залежно від поперечного звуження зразків апроксимовані лінійною середньоквадратичною регресією:

, (13)

де - коефіцієнти регресії. Коефіцієнт кореляції 0,95.

Одержана залежність (13) може бути використана для визначення величини залишкової деформації деталей і конструкцій з сплаву АМг6. Розтріскані частинки другої фази можна розглядати як індикатори переміщень в'язкої матриці за пластичної деформації чи деформації повзучості. На основі аналізу геометричних параметрів розтрісканих включень частинок другої фази, з урахуванням одержаної залежності, запропоновано методику експертної оцінки величини пластичної деформації деталей і елементів конструкцій з сплаву АМг6 після одноразового перевантаження або короткотривалої повзучості.

Експертну оцінку пластичної деформації можна провести для іншого матеріалу, який містить крихкі включення частинок другої фази. Для цього необхідно провести випробування за одновісного розтягу зразків із заданого матеріалу в первісному стані. Дослідити поперечне звуження зразків, і засобами електронної просвічувальної мікроскопії визначити значення відносного переміщення розтрісканих частинок другої фази. За експериментально отриманими даними побудувати залежність відносного переміщення включень від поперечного звуження зразків . Апроксимувати одержані результати лінійною залежністю (13) і розрахувати значення коефіцієнтів A_e і B_e для заданого матеріалу.

Проаналізовано вплив мікроструктурних змін після попередньої пластичної деформації розтягом, стиском на порогове значення тріщиностійкості алюмінієвого сплаву АМг6 (рис. 9). Головною причиною зниження алюмінієвого сплаву АМг6 після попередньої пластичної деформації є зміцнення матеріалу за рахунок зростання загальної густини дислокацій.

В загальному випадку порогові значення коефіцієнтів інтенсивності напружень зразків із попередньо пластично деформованого сплаву АМг6 залежать від загальної густини дислокацій і коефіцієнта асиметрії циклу навантаження : . Як видно з рис. 9, залежність порогових коефіцієнтів інтенсивності напружень від загальної густини дислокацій сплаву АМг6, для різних коефіцієнтів асиметрії циклу навантаження, можна описати лінійним рівнянням:

, (14)

де - загальна густина дислокацій матеріалу; , - експериментально отримані коефіцієнти.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає у виявленні взаємозв'язку характеристик механічних властивостей алюмінієвого сплаву АМг6 в умовах динамічної повзучості і втоми з мікроструктурними параметрами матеріалу та розробці методик прогнозування кінетики пластичної деформації з урахуванням еволюції мікроструктури.

1. Виявлено, що в сплаві АМг6 із збільшенням пластичної деформації зростає густина дислокацій, причому дислокаційна структура матеріалу деформованого розтягом характеризується відносно однорідною густиною дислокацій, а в матеріалі деформованому стиском існують ділянки із значною різницею скалярної густини дислокацій. Загальна густина дислокацій в умовах стиску істотно більша, ніж при розтягу за однакових абсолютних значень деформації.

2. Виявлено, що мікротріщини і пори в сплаві АМг6, пластично деформованому розтягом, утворюються за механізмом розтріскування крихких включень другої фази, а в умовах пластичного деформування стиском мікротріщини відриву утворюються в матриці біля масивних включень в певних кристалографічних площинах внаслідок локального вичерпання пластичності матриці.

3. Встановлено механізми руйнування сплаву АМг6 в умовах розтягу і короткотривалої повзучості. Незалежно від схеми навантаження зародження пор в матеріалі відбувається внаслідок розтріскування крихких включень другої фази. Руйнування матеріалу відбувається шляхом підростання пор, локалізації деформації в смугах ковзання на перетинках і руйнування перетинок внаслідок вичерпання пластичності матеріалу.

4. Вперше виявлено основні закономірності впливу циклічної складової навантаження в умовах розтягу і повзучості сплаву АМг6 на густину дислокацій. Виявлено, що в сплаві АМг6 зі збільшенням пластичної деформації більш інтенсивне зростання густини дислокацій спостерігається за комбінованого розтягу порівняно із квазістатичним. Циклічна складова комбінованого навантаження активізує процеси зародження нових дислокацій, збільшуючи їх загальну кількість в мікроструктурі матеріалу порівняно із квазістатичним розтягом.

5. Виявлено механізми формування дислокаційної структури в умовах динамічної повзучості. Низькоамплітудна циклічна складова навантаження в умовах динамічної повзучості збільшує густину дислокацій в сплаві АМг6 порівняно із статичною повзучістю, при однаковому максимальному напруженні, за рахунок зменшення кроку дислокаційної сітки, а також шляхом утворення вторинної дислокаційної сітки на фоні наявної. Причому, головним чинником формування дислокаційної мікроструктури є рівень максимального напруження повзучості, а амплітуда циклічної складової динамічної повзучості при сталому істотно не впливає на густину дислокацій.

6. Встановлено кількісний взаємозв'язок порогової тріщиностійкості пластично деформованого сплаву АМг6 з густиною дислокацій з урахуванням асиметрії циклу навантаження. Головним чинником зменшення порогу тріщиностійкості деформованого сплаву АМг6 є зростання загальної густини дислокацій в матеріалі.

7. Отримано нові експериментальні дані про формування дислокаційної структури в межах пластичної зони в умовах втоми попередньо пластично деформованого сплаву АМг6. Упродовж росту втомної тріщини в межах її пластичної зони утворюється розорієнтована коміркова дислокаційна структура, яка не залежить від попередньої дислокаційної структури матеріалу. Величина скалярної і загальної густини дислокацій в межах пластичної зони біля вістря тріщини є інваріантна до попередньої пластичної деформації.

8. Виявлено взаємозв'язок пластичної деформації сплаву АМг6 в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу, статичної та динамічної повзучості з густиною дислокацій. Встановлено, що зростання пластичної деформації за присутності циклічної складової навантаження пов'язане зі збільшенням густини дислокацій матеріалу.

9. Розроблено методики прогнозування діаграм динамічної повзучості і діаграм деформування сплаву амг6 в умовах квазістатичного і комбінованого розтягу, які базуються на використанні запропонованої функції впливу циклічної складової на густину дислокацій і теорії повзучості основаної на деформаційному зміцненні з урахуванням еволюції дислокаційної структури.

10. Розроблено методику експертної оцінки величини пластичної деформації деталей і елементів конструкцій матеріалів, що містять крихкі включення другої фази, яка грунтується на виявленій лінійній залежності між макропластичною деформацією розтягу зразків із сплаву АМг6 і відносним переміщенням розтрісканих включень другої фази. Методика передбачає проведення випробувань на розтяг зразків із заданого матеріалу в первісному стані та побудову залежності переміщення розтрісканих включень від макродеформації зразка.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ясній П.В., Гладьо В.Б. Вплив циклічної розтягової складової навантаження на дислокаційну структуру сплаву Амг6 // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2002. - №3. - С. 63-68.

2. Ясній П.В., Гладьо В.Б. Вплив пластичного деформування розтягом, стиском на мікроструктуру сплаву АМг6 // Машинознавство. - 2002. - №6 - С. 7-11.

3. Ясній П.В., Гладьо В.Б., Галущак М.П. Вплив циклічної складової при короткотерміновій повзучості на дислокаційну структуру сплаву АМг6 // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2002. - Т. 7, №2. - С. 5-10.

4. Гладьо В.Б. Роль крихких включень в мікромеханізмах руйнування сплаву АМг6 // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2002. - Т. 7, №3. - С. 17-22.

5. Гладьо В.Б., Ясній П.В, Ковальчук Я.О. Мікроструктурна модель порогової тріщиностійкості пластично деформованого сплаву АМг6 // Вісник Тернопільського державного технічного університету. - 2002. - Т. 7, №4. - С. 5-13.

6. Ясній П.В., Галущак М.П., Гладьо В.Б. Вплив асиметрії циклу навантаження на динамічну повзучість сплаву АМг6 // Трибофатика: Пр. 4-го Міжнародного симпозіуму з трибофатики. 2002. - Т.1. С. 337-342.

7. Гладьо В. Методика і деякі результати дослідження мікроструктури алюмінієвого сплаву АМг6. // Тези доповідей V наукової конференції Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль, 2001. - С. 102.

8. Гладьо В. Методика дослідження мікроструктури поверхневих шарів. // Тези доповідей VІ наукової конференції Тернопільського державного технічного університету. - Тернопіль, 2002. - С. 94.

Размещено на Allbest.ru