Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі
Описано та обгрунтовано гіпотезу взаємозв’язку стрибкоподібної деформації при статичному розтязі у м’якому режимі навантажування сплаву АМг6 з руйнуванням дисперсних включень другої фази. Виявлено залежність величини стрибкоподібних приростів деформації від розміру дисперсних фаз і розподілу їх у...
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2004
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47071 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі / П.В. Ясній, С.І. Федак, В.Б. Гладьо, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-47071 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-470712013-07-09T19:34:37Z Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі Ясній, П.В. Федак, С.І. Гладьо, В.Б. Галущак, М.П. Научно-технический раздел Описано та обгрунтовано гіпотезу взаємозв’язку стрибкоподібної деформації при статичному розтязі у м’якому режимі навантажування сплаву АМг6 з руйнуванням дисперсних включень другої фази. Виявлено залежність величини стрибкоподібних приростів деформації від розміру дисперсних фаз і розподілу їх у даному сплаві. Запропоновано методику прогнозування стрибкоподібної деформації сплаву на основі гістограми розподілу дисперсних частинок у первинному матеріалі. Описана и обоснована гипотеза взаимосвязи между скачкообразной деформацией при статическом растяжении в мягком режиме нагружения сплава АМг6 и разрушением дисперсных включений второй фазы. Обнаружена зависимость величины скачкообразных приростов деформации от размера дисперсных фаз и распределения их в данном сплаве. Предложена методика прогнозирования скачкообразной деформации сплава на основании гистограммы распределения дисперсных частиц в первичном материале. We propose and substantiate a hypothesis of correlation between jumplike deformation in stressconrolled static tension of AMg6 alloy and fracture of secondary phase disperse inclusions. We revealed the dependence of jumplike deformation increments from disperse phase dimensions and their distribution in the alloy under study. A technique is proposed for prediction of the alloy jumplike derfomation using the distribution histogram of disperse particles in the base material. 2004 Article Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі / П.В. Ясній, С.І. Федак, В.Б. Гладьо, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47071 620.172.2 uk Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Ясній, П.В. Федак, С.І. Гладьо, В.Б. Галущак, М.П. Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі Проблемы прочности |
| description |
Описано та обгрунтовано гіпотезу взаємозв’язку стрибкоподібної деформації при статичному
розтязі у м’якому режимі навантажування сплаву АМг6 з руйнуванням дисперсних
включень другої фази. Виявлено залежність величини стрибкоподібних приростів деформації
від розміру дисперсних фаз і розподілу їх у даному сплаві. Запропоновано методику прогнозування
стрибкоподібної деформації сплаву на основі гістограми розподілу дисперсних
частинок у первинному матеріалі. |
| format |
Article |
| author |
Ясній, П.В. Федак, С.І. Гладьо, В.Б. Галущак, М.П. |
| author_facet |
Ясній, П.В. Федак, С.І. Гладьо, В.Б. Галущак, М.П. |
| author_sort |
Ясній, П.В. |
| title |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі |
| title_short |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі |
| title_full |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі |
| title_fullStr |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі |
| title_full_unstemmed |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі |
| title_sort |
стрибкоподібна деформація сплаву амгб при розтязі |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47071 |
| citation_txt |
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі / П.В. Ясній, С.І. Федак, В.Б. Гладьо, М.П. Галущак // Проблемы прочности. — 2004. — № 2. — С. 5-12. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT âsníjpv stribkopodíbnadeformacíâsplavuamgbpriroztâzí AT fedaksí stribkopodíbnadeformacíâsplavuamgbpriroztâzí AT gladʹovb stribkopodíbnadeformacíâsplavuamgbpriroztâzí AT galuŝakmp stribkopodíbnadeformacíâsplavuamgbpriroztâzí |
| first_indexed |
2025-07-04T06:42:44Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:42:44Z |
| _version_ |
1836697640772829184 |
| fulltext |
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
РАЗДЕЛ
УДК 620.172.2
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі
П. В. Ясній, С. І. Федак, В. Б. Гладьо, М. П. Галущак
Тернопільський державний технічний університет ім. Івана Пулюя, Тернопіль,
Україна
Описано та обгрунтовано гіпотезу взаємозв’язку стрибкоподібної деформації при статич
ному розтязі у м ’якому режимі навантажування сплаву АМгб з руйнуванням дисперсних
включень другої фази. Виявлено залежність величини стрибкоподібних приростів деформації
від розміру дисперсних фаз і розподілу їх у даному сплаві. Запропоновано методику прогно
зування стрибкоподібної деформації сплаву на основі гістограми розподілу дисперсних
частинок у первинному матеріалі.
Ключові слова: стрибкоподібна деформація, статичний розтяг, м’який режим
навантажування, дисперсні включення, розмір дисперсної фази.
Вступ. Стрибкоподібний характер деформації при розтязі властивий
ряду конструкційних матеріалів. Відомим є ефект низькотемпературної
стрибкоподібної деформації матеріалів, який пов’язаний з ініціюванням
стрибка внаслідок імпульсного впливу - теплового або механічного [1].
Також відомий ефект переривчастої текучості при відносно вищих темпера
турах (ефект Портевена-ле Шательє), який зумовлений різким збільшенням
кількості рухомих дислокацій в результаті їх звільнення від закріплення
домішками [2]. Дислокації можуть бути закріплені атмосферами атомів
домішок, частинками другої фази або іншим чином [3]. Внаслідок динаміч
ного деформаційного старіння процеси закріплення дислокацій домішками
та їх звільнення відбуваються декілька разів, що на діаграмі деформування
реєструється у вигляді “зубів”.
Стрибкоподібна деформація алюмінієвого сплаву АМгб в умовах цикліч
ної повзучості описана в роботі [4]. Проведені дослідження мікроструктури
дозволили виявити наявність дисперсоїдів у матриці, витягнутих у напрямку
вальцювання, які руйнуються при пластичній деформації матеріалу [5]. Та
ким чином, даний сплав можна розглядати на мікрорівні як композиційний
матеріал, у якому витягнутим у напрямку вальцювання дисперсоїдам нале
жить роль волокон.
Як відомо, діаграма деформування композитного матеріалу, який руйну
ється за механізмом численного розтріскування, має пилкоподібний вигляд
[6], зумовлений руйнуванням волокон у різних перерізах матеріалу. Коли
волокно руйнується, то навантаження, яке ним сприймалося, передається
© П. В. ЯСНІЙ, С. І. ФЕДАК, В. Б. ГЛАДЬО, М. П. ГАЛУЩАК, 2004
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 5
П. В. Ясній, С. I. Федак, В. Б. Гладъо, М. П. Галущак
матриці, а на діаграмі розтягу з ’являється зуб, пропорційний величині цього
навантаження. При подальшому деформуванні в матриці відбувається ло
кальний наклеп і зростає напруження, що забезпечує руйнування відрізків
волокон в інших перерізах.
Метою роботи є обгрунтування гіпотези щодо механізму стрибкоподіб
ної деформації сплаву АМгб за даними аналізу кінетики руйнування вклю
чень другої фази і розробка методики розрахунку приростів пластичної
деформації при статичному розтязі у режимі м ’якого навантажування на
основі гістограми розподілу дисперсоїдів у матриці первинного сплаву
М атеріали і методика досліджень. Гладкі циліндричні зразки зі сплаву
АМгб деформували розтягом на електрогідравлічній машині СТМ-100 при
температурі 293 К. Зразки діаметром 10 мм і довжиною робочої частини
25 мм виточували з прутків у стані постачання. Розтяг здійснювали зі
швидкістю навантажування < = 1,6 МПа/с [7].
Мікроструктуру зразків досліджували на просвічуючому електронному
мікроскопі ПЕМ-125К. Об’єкти для дослідження методом тонких фольг
вирізали у поздовжньому і поперечному напрямку з деформованих зразків, а
також із недеформованого первинного прокату.
На металографічному мікроскопі МІМ-10 досліджували мікрострук
туру сплаву АМгб в первинному стані. Темплети вирізали перпендикулярно
до осі прокату.
Результати досліджень. Деформація розтягом сплаву АМгб супровод
жується ефектом переривчастої текучості, або стрибкоподібної деформації,
що в умовах м ’якого навантаження на діаграмі деформування реєструється у
вигляді “сходинок”. Причому зі збільшенням напруження розтягу зростає
приріст деформації стрибка (збільшується ширина “сходинки”).
Електронно-мікроскопічні дослідження фольги на просвіт виявили в
матриці а-твердого розчину Mg в А1 включення другої фази, частинки якої
рівномірно розподілені в об’ємі зерен. Переважного розташування частинок
на границях зерен не відмічено. Включення можна поділити на два типи. До
першого типу відносяться масивні частинки в основному округлої і витяг
нутої форми, середній розмір яких сягає 5,0 мкм. Другий тип складають
дисперсоїди правильної циліндричної форми довжиною 0,20-4,00 мкм і
діаметром 0,08-0,15 мкм. Дисперсоїди витягнуті в напрямку прокату заго
товки. У недеформованому матеріалі первинного стану включення обох
типів є суцільними.
На основі результатів металографічних (рис. 1,а) та електронно-мікро
скопічних досліджень (рис. 1,6) проведено підрахунок кількості масивних
включень і дисперсоїдів у поперечному перерізі зразків зі сплаву АМгб.
Густина включень у поперечному перерізі зразка зі сплаву АМгб на 0,01 мм
при діаметрі включень 5-10, 1-2 та 0,08-0,15 мкм дорівнювала відповідно
22, 445 та 30000.
Кількість дисперсоїдів значно перевищує кількість масивних включень.
Оскільки дисперсні частинки є основним бар’єром для руху дислокацій,
аналізували вплив частинок другої фази на пластичну деформацію сплаву
АМгб лише для дисперсоїдів.
6 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2
Стрибкоподібна деформація сплаву АМг6 при розтязі
в г
Рис. 1. Мікроструктура сплаву АМгб: а, б - первинний стан, поперечний переріз, відповідно
Х400 і Х2000; в, г - відповідно розтріснуті масивні частинки (Х5000) і дисперсоїди (X 20000)
після розтягу (А - порожнини; В - фрагменти).
Було проведено вимірювання геометричних параметрів і статистичний
аналіз кількості дисперсоїдів у залежності від початкового коефіцієнта форми
а 0 , який визначали як відношення довжини дисперсоїда 10 до його діамет
ра d в первинному матеріалі:
d '
а о
Залежність відносної кількості дисперсоїдів п від коефіцієнта форми
а 0 в первинному матеріалі представлена на рис. 2.
У поздовжньому напрямку зразків після випробування на розтяг вияв
лено розтріскування масивних частинок (рис. 1,в) і дисперсоїдів (рис. 1,г) на
окремі фрагменти. Руйнування частинок відбувалося переважно перпенди
кулярно до напрямку дії навантаження. У залежності від початкового коефі
цієнта форми а 0 дисперсоїди розтріснулися на два-сім окремих фрагмен
тів. Включення з більшим початковим коефіцієнтом форми розтріснулися на
більшу кількість фрагментів.
Між фрагментами розтріснутих частинок утворюються пори, розмір
яких зростає зі збільшенням величини пластичної деформації. Утворення
пор відшаруванням частинок від матриці спостерігається рідко, в основному
біля масивних включень рівновісної форми. Очевидно, напруження руйну
вання крихких частинок менше за напруження, що необхідне для відшару
вання частинки від матриці, і тому при зростанні напруження відбувається
руйнування частинок.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 7
П. В. Ясній, С. І. Федак, В. Б. Гладьо, М. П. Галущак
п,%
22-4 а в
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 ЗО 33 36 39 42 45
Рис. 2. Гістограма кількості дисперсоїдів п в первинному сплаві АМгб в залежності від
коефіцієнта форми а 0.
У залежності від напруження в матриці і коефіцієнта форми частинок
дисперсоїди розтріснулися певну кількість разів, але при досягненні фраг
ментом коефіцієнта форми 3,4 подальше розтріскування не відбувається.
Дисперсоїди з початковим коефіцієнтом форми а 0 < 3,4 залишаються не-
зруйнованими при максимальній деформації в шийці зразків. Таким чином,
коефіцієнт форми характеризує потенційну здатність дисперсоїдів до роз
тріскування.
Обговорення результатів. Аналіз порожнин, що утворилися внаслідок
розтріснутих на декілька фрагментів включень, показав, що вони мають
різні розміри (рис. 1,в,г). Це свідчить про поступове розтріскування вклю
чень зі збільшенням деформації зразків. Отже, дисперсоїди під час розтягу
руйнуються не одномоментно, а поступово розтріскуються на дрібніші
фрагменти при збільшенні навантаження.
Отже, сплав АМгб на мікрорівні можна розглядати як композитний
матеріал із в ’язкою основою та крихкими включеннями. У цьому випадку
дисперсоїдам належить роль перешкод на шляху дислокацій. При критич
ному значенні густини дислокацій руйнуються крихкі включення і відпо
відно розсіюється накопичена дислокаційна хмара. Процес розтріскування
дисперсоїдів і розсіювання дислокаційної хмари супроводжується відпо
відним приростом пластичної деформації. У випадку руйнування дисперсо
їдів певного розміру в матеріалі відбувається відповідний приріст дефор
мації, що є пропорційним до їхньої кількості. Тому приріст стрибкоподібної
деформації пропонується розраховувати наступним чином:
де / (а і ) - функція, що характеризує зміцнення матеріалу при відповідному
напруженні розтягу а і ; п і - відносна кількість дисперсоїдів розміру а і .
Залежність між величиною стрибкоподібних приростів пластичної де
формації та відповідним максимальним напруженням розтягу показана на
рис. 3. Видно, що величина приросту пластичної деформації збільшується
під час кожного наступного стрибка майже лінійно зі зростанням напружень
і = / (а і )Пі , (1)
8 0556-171Х. Проблеми прочности, 2004, № 2
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі
у всіх досліджених зразках. Аналітично залежність приросту пластичної
деформації від напруження розтягу описується наступним чином:
Де і = Ао і + В , (2)
де А = 1,4554-10-4 М П а-1 ; В = -0,029.
МПа
280
260
240
220 -
- - - - - - - - - - - - - - - -— - і - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1— - - - - - - - - - - - - - - - - _ і - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ і_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . „ . і . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . і _
0,004 0,008 0,012 Дєі
Рис. 3. Залежність величини стрибкоподібних приростів деформації Деі від рівня напружень
оі при розтязі зразків зі сплаву АМгб. (Точки відповідають результатам випробувань за
однакових умов 12 зразків.)
Отже, переважна кількість приростів деформації (до 75%) відбувається
при рівнях напружень, які відповідають розтріскуванню дисперсоїдів пев
ного розміру а і (на рис. 3 виділені прямокутниками області). Залежність
напруження розтріскування включень о і відповідного розміру а і від вели
чини напруження розтягу має чітко виражений лінійний характер і може
бути представлена у вигляді функції від номера розміру включення:
о і = о о + Д о(і - ^ (3)
де о о = 235 МПа; До = 10 МПа.
На основі представленої на рис. 2 гістограми і формули (3) побудовано
динамічну діаграму коефіцієнтів форми дисперсоїдів і їх фрагментів при
розтязі сплаву АМгб у залежності від напружень руйнування дисперсоїдів
відповідного розміру (рис. 4) з урахуванням того, що при досягненні фраг
ментом коефіцієнта форми 3,4 подальше руйнування не відбувається. При
пустимо, що спочатку руйнуються дисперсоїди з максимальним коефіці
єнтом форми а 1, що викликає перший стрибок деформації. У результаті
цього утворюється у два рази більше дисперсоїдів із коефіцієнтом форми,
що у два рази менший, ніж а 1. Таким чином, у діаграму розподілу диспер
соїдів вноситься поправка на зміну їх кількості. На динамічній діаграмі до
напруження 235 МПа кількість дисперсоїдів відповідає гістограмі первин
ного матеріалу. При більших значеннях напруження розтягу кількість дис
персоїдів подано відносно їх кількості до початку стрибкоподібних при
ростів деформації з урахуванням утворених внаслідок розтріскування дис
персоїдів фрагментів.
ТЯЖ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 9
П. В. Ясній, С. І. Федак, В. Б. Гладьо, М. П. Галущак
Рис. 4. Розрахункова діаграма фрагментів дисперсоїдів при розтязі сплаву АМгб.
Розрахунок коефіцієнтів форми фрагментів дисперсоїдів проведено з
використанням динамічної діаграми, отриманої після розтягу зразків зі
сплаву АМгб. Рис. 5 ілюструє порівняльну гістограму коефіцієнтів форми
фрагментів дисперсоїдів згідно з проведеним розрахунком та їх кількістю,
що визначена експериментально за допомогою електронної мікроскопії. Не
значну різницю між розрахунковими та експериментальними даними можна
пояснити неоднорідністю протікання пластичної деформації в об’ємі мате
ріалу.
70-ґ1
□ 2
а,
Рис. 5. Гістограма кількості фрагментів дисперсоїдів у залежності від відповідного коефі
цієнта форми дисперсоїдів після розтягу зразків зі сплаву АМгб: 1 - експеримент; 2 -
розрахунок згідно з моделлю.
Функцію / (о і ), що характеризує зміцнення матеріалу при відповідній
величині напруження розтягу о і , знаходимо згідно з формулами (1), (2) та
апроксимуємо у вигляді лінійної залежності (рис. б):
/ ( о і ) = С + О о і , (4)
де С = 1,573; О = - 4 ,37-10_3 МПа _1.
Таким чином, приріст деформації Ає і , зумовлений руйнуванням диспер
соїдів розміру а і , буде:
Ає і = (С + Оо і )пі , (5)
де о і - напруження розтріскування; Пі - відносна кількість дисперсоїдів.
10 ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2004, № 2
Стрибкоподібна деформація сплаву АМгб при розтязі
(((Ті) 0,8
0,6
0,4
0,2
Рис. 6. Функція / (оі ) при відповідній величині напруження розтріскування ог-: точки -
експеримент; суцільна лінія - апроксимація експериментальної залежності.
Запропонована методика може бути використана для прогнозування
стрибкоподібної деформації сплаву АМгб, що має інший первинний стан.
В и с н о в к и
1. Запропоновано та обгрунтовано гіпотезу взаємозв’язку стрибкоподіб
ної деформації при статичному розтязі у м ’якому режимі навантажування
сплаву АМгб з руйнуванням дисперсних включень другої фази. Отримано
розрахункову залежність величини стрибкоподібних приростів деформації
від розміру і розподілу дисперсних фаз.
2. Розроблено методику прогнозування стрибкоподібних приростів де
формації при розтязі у м ’якому режимі навантажування сплаву АМгб, що
базується на використанні гістограми розподілу дисперсних частинок у
первинному матеріалі.
Р е з ю м е
Описана и обоснована гипотеза взаимосвязи между скачкообразной дефор
мацией при статическом растяжении в мягком режиме нагружения сплава
АМгб и разрушением дисперсных включений второй фазы. Обнаружена
зависимость величины скачкообразных приростов деформации от размера
дисперсных фаз и распределения их в данном сплаве. Предложена методика
прогнозирования скачкообразной деформации сплава на основании гисто
граммы распределения дисперсных частиц в первичном материале.
1. Стрижало В. А., Воробьев Е. В. Низкотемпературная прерывистая
ползучесть упрочняющихся материалов // Пробл. прочности. - 1994. -
№ 10. - С. 3 - 8.
2. Бернштейн М. Л ., Займовский В. А. Структура и механические свойства
металлов. - М.: Металлургия, 1970. - 472 с.
3. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов. - М.: Метал
лургия, 1983. - 352 с.
/ББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2004, № 2 11
4. Стрижало В. А. Циклическая прочность и ползучесть металлов при
малоцикловом нагружении в условиях низких и высоких температур. -
Киев: Наук. думка, 1978. - 238 с.
5. Ясній П. В., Гладьо В. Б. Вплив циклічної розтягової складової наванта
ження на дислокаційну структуру сплаву АМгб // Фіз.-хім. механіка
матеріалів. - 2002. - № 3. - С. 63 - 68.
6. Карпинос Д. М., Тучинский Л. И., Сапожникова А. Б. и др. Компо-
зиционнные материалы в технике. - Киев: Техніка, 1985. - 152 с.
7. Ясній П., Галущак М. Методика і деякі результати дослідження впливу
циклічного навантажування на діаграми деформування сплаву АМгб //
Вісник Тернопіль. держ. техн. ун-ту. - Тернопіль: Тернопіль. держ.
техн. ун-т, 1998. - 3, число 4. - С. 62 - 66.
Поступила 18. 10. 2002
П. В. Ясній, С. I. Федак, В. Б. Гладьо, М. П. Галущак
12 ІББМ 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2004, № 2
|