Введение к работе
Интерес к физической природе пластического точения напрямуэ СЕЯзан с технологией производства и потому насчитывает уже не одно столетие.
В практических задачах оперируют, как правило, с макроскопической пластичностью, которой традиционно занимается механика деформируемого твердого тела. 1Іаіірл»;ошю-де*<ор\афованное состояние объекта здесь описывается в рамках континуальной теории, где пластическое течоїше рассштрквагтея згак однородный по объему. стационарный прощ с, а нагружаемое тело - как Сесструкгуркое образование. Поэтому механика деформируемого твердого тела мояет иметь дело лишь с гладкими зависимостяш (
В то же время основные положения физики пластичности и прочности базируется, наоборот, на фактах неоднородности и локализовашости развития пластической деформации. После устаковлеігня природы эл. ментарных носителей деформации, котеркз имепг микроскопические размеры, основной задачей физики пластич1 гости стала проблема перехода от локализованного и неоднородного характера пластического течения на уровне элементарных носителей к описания стационарной шкроскопическей деформации, характеризуемой, в первую очередь, достаточно гладкими кривыми упрочнения материалов. іЧак выяснилось к началу СО-х годов эта проблема не имеет тривиальных решений именно в силу природа самих злемеигарных носителей. В настоящее время наиболее вероятные пути достижения прогресса в зтем направлении связываются с представлениями об ансамблях элементарных носителей, коллективных модах и эволюции дефектных субструктур, с концепцией структурных уровней пластического течения и :тх иерархии, а также с развитием физической мезомеханики
І.
структурно-неоднородных сред. Из всех перечисленных теоретических . сбосцений слє'-ует, что и макроскопическая деформаїгия должна Сыть неоднородной. Однако їіззостшу экспериментальных данных о неоднородности и локализации макроскопической пластической деформации явно недостаточно, особенно, для динамичного развития двух последних направлений.
Постулат о взаиюподчинешости и ' взаимообусловленности процессов на различных структурных уровнях предполагает установление закономерностей перехода от уровня к уровню. Существующие результаты физических исследований относятся, как правило, к объемам материала, которые соответствуют микро- и мезоскопическому уровням. Для выяснения закономерностей перехода от мезсскопического уровня к макроскопическому нєоеходкш эксперименты с достаточно представительными объемами материала, "о разрешение в них дсдамо одновременно обеспечивать получение данных и о более низких уровнях. Такие результаты могут быть получены при исследовании у'кроскопичєской локализации пластической деформации в ходе нагружеюот твердых тел. Отражая свойства объекта в целом, распределания локальных деформацій, с неизбежностью, задаются неоднородностями внутреннего строения образца, а, значит, и несут информации о взаимосвязи процессов различных уровней. Кроме того, изучеііие закономерностей локализации макроскопической деформации интересно и в практическом плане. Раннее обнаружение устойчивых зон локализации, по существу, выявляет области, где материал находится в состоянии предразрушения, и позволяет их диагностировать. Установление закономерностей эволюции. распределений локальных деформаций в перспективо может быть полеглым для разработки новых критериев механического состояния материал!, дополнлпцих используеше ныне в инженерных расчетах. Наконец, методика регистрации и анализа полей перемещений и деформаций может бить применена не только для изучения пластического течения, но и других практически важных явлений, например, задачи термоупругости многокомпонентных изделий сложной конфигурации.
Изложенное определяет актуальность теш настоящего исследования.
5.
В работе были поставлены следующие цели:
1. Установить закономерности макроскопической неоднородности
пластического течения и дать им физическую интертретапигог
2. Количественно определить параметры, характзризупцие
макроскопическую неоднородность пластической деформации
материален различшх структурных классов. Установить факторы,
контролирунцие их величину.
3. РазрзЗотать на основагош полученных результатов модельные
представления о процессе развития пластического течения на
макроскопическом уровне.
4. Оценить возможность введения нетрадиционных критериев
ї.їіїашческого поведения материалов, основанных на анализе полсЗ
дпСюршдаи.
Для достижения поставленных целей решались следувщие конкретные задачи:
-
Разработать мзтодику, позволягаую производить физичесісий анализ развития пластической деформации на макроскопическом и следующем более низком структурных уровнях, которая должка давать сравнительно высокое разрешение при большим поле зрання и обеспечивать количественное описание процессов деформирования во Еремс;гл и по пространству нагружаемого объекта. Изготовить аетсшикированшй лабораторный кошлекс реглстрацка и анализа полей смещений деформируемого таяа.
-
Исследовать поля смоїцєний и их зволщкю ь процессах активного нагружения и ползучести г.птергдлов pacirooSpacianc струсту; ых классов и в различных сдостояжях . изучить оту эвслшкв на всех стадіях деформационной кривсЗ в r.-олко- и крупнозернистых поликристаллах, монокристаллах и аморфных сплавах.
-
Исследовать временные и пространственные распределения тгсмтоп"" тензора днетерсии в различных материалах, в р~зн,!х усл"в;іях улит'углоуй'л и на разных стадиях деформтсовшшя. Проанализировать характер названных распределений при упруго-пластическом переходе, в процессе стационарного течения, в тсловяях локализации деформации и при переходе к разрушению.
-
ОСзйгзпь результаты исследования распределений компонент ' тензора дисторсии при ііагружеіши, выделить наиболее харзкторкыо
&.
виды этих распределений, изучить условия их взаимопреврацениа в процессе деформирования твердых тел.
Научная новизна и пршгтическая значгодасть полученных в работе результатов определяется тем, что в ней впервые:
разработана оригинальная методика регистрации и анализа полей компонент тензора дисторсии при активном нагружении и ползучести плоских образцов:' созданный измерительный комплекс позволяет получать количественную информацию о пространственно- временных распределениях локальных смещений с поля зрения более 100 см* с точностью, не уступающей оптической микроскопии, и преобразовывать их в поля деформаций и поворотов:
произведено систематическое исследование эволюции полей
компонент тензора дисторсіїи в процессе деформирования широкого
класса материалов, включая монокристаллические,
полчкристаллическиэ и аморфные металлы и сплавы; изучено влияние на хг^актер распределений услоый деформирования и структурного состояния материала.
осн. ..ружено, что в большинстве случаев поля компонент тензора де«сторсии не являются стохастическими, а обладают макроскопической периодичностью в пространстве и во времени:, оценены параметры периодичности для' различных дефірмируемзое материалов и условий нагружения:
выделено пять основных видов распределений локальных компонент дисторсии в деформируемых объектах, которые находятся в соотв6Тсте;іи с типом деформационной кривой материала и с ее стадилд'!: установлена последовательность смены распределений в ходе макроскопического пластического течения вплоть до разрушения:
сделана попытка объясненияе природы наблюдаемых распределений локальных деформаций в рамках представлений о деформируемом объекте как открытой неравновесной системо, в которой происходит формирование автоволн и стационарных, диссипативных структур: показана связь типов диссипативных структур со стадиями кічюг.й упрочнения материала:
показана перспективность использования анализа распределений локальных .деформаций ДЛ^ характеристики состояния материала и его
7.
эксплуатационных свойств; предложены новые критерии, которые іхітут быть применены для прогнозирования ресурса и надежности
деталей мілин и элементов конструкций.
разробстшгшй изілзрительннй комплекс регистрации и анализа шлел смещений нагружаема объектов явился аппаратурной основой метода неразрушпцего контроля тяжелонагружэнннх конструкций, запате/ггованного в Р; зейской Федерации, Японці и США.
11а защиту еиносятся следушио оенгаєще положения и выводы:
1. Совокупность эксперъмзнтальньпе результатов о вилах к
проявлениях неоднородности макроскопической пластической деформа-
щи. металлов и сплавов, пклпчая моно- и поликписталлкчрскн'; СЦК it
ПЛС МЦТОрИЭЛЫ. а 'і'аКлв МеТНЛЛИЧОСКИе СТЄЮ1Я, ПрЯ ГГЭВЛП'.ЧЖХ
температурно-скоростных услі-яях нагружения. ССнаружение пространственно-временной периодичности эволюции тісродафорА-вдии.
2. Сбобшение экспериментальных данных в форме представлений
о деформируемом материале как рас пределе: шой. системе локализован
ных сдвигевьц: зон (концентраторов напряжений разных масштабов),
где релаксацк иные дефорыацг энные процессы взаимоувязаны
ІІаблвдаеуьіе проявления макроскопической неоднородности
пластического тсчєігия при ягем гагом9трт*еаигся как ре5?/льтгт
Й0р\ЗГГО?:ЛІГ,ІЯ диссипатиБКых структур 'антовавд).
3. Нон-;е качественные критерій пластической деформации,
Ст:~л-г-:ї/-сся на представлениях о структурных в желтг.йп:;-: ;'ропн
пласти :.:счого течения и их иерархии Экспериментальное п
аппаратурное обеспечение разрзСопги новых критериев в аез
,'іїт;'0!.г.'г/^зироЕан!-:г.і'о комплекса для анализа полей де-ФоршиггЧ при
нагруч-еііии макрлскогакеских ос/ьектов.
йпоо/йдиз Р/ЭЭоты.. Результати работы докладывались на: iicccoEEKC.v. семинаре "Оптпко-Г' омгТрическяе метода исследования деформаци* и напряжений" Шкасс, 1385); XI и Ш Всесоюзних кенферлжмях по фпаите прочности и пластичности мэталлоЕ и елгзвез (Куйзкиев, 3X0 и 1333 5; П и Ш семинарах ^Зтруктурше аспекты локализации деформации и разрушения" Харьков, 1386 и IS6S); ІУ и У Шка^л по физике прочности и пластичности (Харьков, ISS? л IS30 ); объединенном заседавши трех постоянных Всесоюзных
s.
семинаров "Дифракционные методы исследования искаженных
структур", "Актуальные проблемы прочности"'' к "Физико-
технологические проблеш поверхне .ти металлов" (Череповец, 1388): Мездународном семинаре по Бысокоэнергетичзской обработке Сыстрозакаленных материалов (Новосибирск. 1038); Сибирской школе по современным проблемам механики деформируемого твердого тела (Новосибирск, I98S); I Всесоюзной конференции "Сильнозозбувдеішце состояния в кристаллах" (Томск, 1938): Ш Всесоюзном совещании по взаимодействию между дислокациями и атомами примесей и свойствам сплавов (ф7ла, 1933): Всесоюзном семинаре "Кинетика и термодинамика пластической дефоршции" (Барнаул, 1988); Всесоюзном семинаре "Пластическая деформация материалов в условиях внешних энергетических воздействий" (Новокузнецк. IS88); ХП Европейской кристаллографической конференции (Москва, IS89), УІ Всесоюз-н~Я конференции "Физика разрушения" (Киев, 1983); Ш Всесоюзном совещании "Физико-химия аморфных (стеклообразных) металлических сплавов" (Москва, 1989): И Всесоюзне, і симпозиуме "Прочность материалов и элементов конструкций при сложн*~м напряженном состоянии" (Киев. 1333); Всесоюзной научно-технической конференции "Иктер-кристаллигная хрупкость сталей и сплавов" (Ижевск, 1989); Международной конференции "Новые методы в физике и механике де-форі/ируемого тела" (Терскол, 1320); У Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" (Свердловск, 1990): ІУ Всесоюзном симпозиуме "Стали и сплавы криогенной техники" (Батуми, 1990): П Всесоюзном симпозиуме "Синергетика" ( Москва, 1931); I Всесоюзной конференции "Оптические исследования потоков" (Новосибирск, 1331): ІУ Европейской конференции "Восток - Запад" (С.-Петербург, 1003); П Кигайско-рсс-сийском симпозиуме "Лрогрессипшз материалы и технологии" ДОеньян, КНР, 1233); II Международной школе-семинаре "Эволюция дефектных структур з металлах и сплавах" (Барнаул, 19Э4).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено -в 33 почапал работах, список которых привален в конце автореферата.
и'л&А ШЗргтъи. Диссертационная работа состоит из 5 глав, содержит 2-г-3 страниц машинописного т-жста, включая 57 рисунков, Б таблиц и библиографии из 240 наименовании.
9.
