CC BY
36
УДК 620.172.2:539.37
КОРРЕЛЯЦИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПОЛОС С ОСОБЕННОСТЯМИ СИЛОВОГО ОТКЛИКА НА СТАДИИ ПРЕДРАЗРУШЕНИЯ АЛЮМИНИЙ-МАГНИЕВОГО СПЛАВА
© А.Е. Золотов, М.А. Желтов, А.А. Денисов, О.В. Гребеньков, М.Ф. Гасанов
Ключевые слова: прерывистое течение металлов; деформационная полоса; высокоскоростные методы; электромагнитная эмиссия; алюминий-магниевые сплавы; дислокация; разрушение.
С помощью высокоскоростных методов экспериментально исследовали влияние нестационарного силового отклика на динамику деформационных полос на стадии предразрушения алюминий-магниевого сплава Al-6 % Mg, демонстрирующего прерывистую деформацию при комнатной температуре. Выявлены корреляции между фазами активности деформационных полос и повторяющимися скачками разгрузки механической системы и их резкого затухания на стадии образования шейки перед разрывом образца.
Полосы макролокализованной деформации оказывают существенное влияние на механизмы разрушения металлов [1, 2]. Для металлов и сплавов, демонстрирующих прерывистую деформацию Портевена-Ле Шателье (ПЛШ), полосы деформации могут вызвать преждевременное разрушение и поэтому сокращают длительную прочность [3, 4]. Для таких сплавов стадия предразрушения включает, в основном, последний деформационный скачок перед разрушением образца [5]. В работах [5, 6] показано, что развитие магистральной трещины происходит в результате развития «цепной» реакции размножения деформационных полос и их автолокализации в области сечения, где произойдет разрушение. В настоящей работе экспериментально исследуется влияние силового отклика механической системы на динамику деформационных полос на стадии предразрушения алюминий-магниевого сплава АМг6, демонстрирующего прерывистую деформацию при комнатной температуре.
Плоские образцы сплава АМг6 размером рабочей части 0,3 *3*6 мм3 деформировали одноосным растяжением в мягкой деформационной машине с постоянной скоростью роста напряжения <г0 = const. Режим термообработки и методика эксперимента изложена в [7, 8]. Кривая нагружения сплава АМг6 в этих условиях содержит ступени деформации высотой несколько процентов. Разрушение образца происходит на фронте последнего деформационного скачка (ступени), амплитудой обычно ~10 %. Деформационные процессы в ходе развития этого скачка исследовались in situ с помощью скоростной цифровой видеокамеры VS-FAST/G6 синхронно с высокоскоростными, на частотах 0,55 кГц, измерениями деформации триангуляционным датчиком смещения Riftec-РФбОЗ и силы датчиком усилия Zemic H3-C3-100kg-3B.
На рис. 1а представлены синхронные записи деформации s(t') (кривая 1) на последнем скачке деформации сплава АМг6 и данных датчика усилия a(t) = F(t) / S0, где S0 - начальное сечение образца (прерывистая кривая 2). Для сравнения представлена форма предпоследнего скачка (кривая 3) на деформационной кривой. Анализ этих данных позволяет выде-
1550
лить три временные области на последнем скачке деформации. В области I форма зависимости є(і*) совпадает с таковой для предпоследнего скачка (без разрыва), а каждый скачок разгрузки вызван развитием отдельной деформационной полосы, что характерно, как установлено в [8], для сравнительно низкоамплитудных (амплитудой 15-3 %) скачков деформации.
Рис. 1. Зависимость от времени деформации образца АМг6 (1) и силовой отклик системы (2) на последнем скачке деформации перед разрывом. Стрелкой отмечен момент начала формирования шейки. Цифры - номера кадров. Время между кадрами 0,5 мс
В области II наблюдается возрастающее во времени расхождение деформационной эволюции е(7) для последнего и предпоследнего скачков (кривые 1 и 3): скорость деформации е последнего скачка монотонно возрастает, а предпоследнего - затухает.
На этой стадии на фронте скачков разгрузки можно наблюдать эволюцию нескольких (до 35-4-х) полос.
На рис. 1а представлен фрагмент видеозаписи со скоростью 2000 кадр/с эволюции четырех деформационных полос; соответствующий этому фрагменту скачка разгрузки показан на вставке к рис. 1а. Стадия III, которая начинается приблизительно с кадра 3400 видеозаписи, - стадия образования шейки. Она характеризуется сменой поступательного движения полос вдоль оси образца на осциллирующие (рис. 2), сильным затуханием амплитуды скачков разгрузки из-за интенсивной пластической деформации в шейке и прогрессирующем трендом падения нагрузки перед моментом развития поперечной магистральной трещины.
а) 6)
2 мм
Рис. 2. Данные видеосъемки процесса образования шейки: a - вычитание последовательности цифровых изображений; б - без вычета. Цифры - номера видеокадров, соответствующие стадии III формирования шейки, отмеченной на рис. 1. Время между кадрами 0,25 мс
Отметим, что каждый скачок разгрузки сопровождается развитием отдельного «мезоскопического» скачка деформации (см. верхнюю вставку на рис. 1а) амплитудой 0,15-0,3 %, который, в свою очередь, обусловлен зарождением и распространением обычно одной полосы деформации на стадии I или нескольких -на стадии II. Несмотря на ничтожный вклад первых мезоскопических скачков в последний макроскопический скачок перед разрушением, эти первые скачки вызывают наиболее глубокую силовую релаксацию
механической системы машина-образец вследствие большой доли упругой деформации. По мере роста пластической деформации в скачке амплитуда скачков разгрузки монотонно уменьшается и падает почти на порядок на завершающем этапе формирования шейки, как стадии наиболее интенсивной и скоростной пластической деформации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панин В.Е., Деревягина Л.С., Дерюгин Е.Е. и др. Закономерности стадии предразрушения в физической мезомеханике // Физическая мезомеханика. 2003. Т. 6. № 6. С. 97-106.
2. Деревягина Л.С., Панин В.Е., Гордиенко А.И. Самоорганизация пластических сдвигов в макрополосах локализованной деформации в шейке высокопрочных поликристаллов и ее роль в разрушении материала при одноосном растяжении // Физическая мезомеханика. 2007. Т. 10. № 4. С. 59-72.
3. Halim H., Wilkinson D.S., Niewczas M. The Portevin-Le Chatelier (PLC) effect and shear band formation in an AA5754 alloy // Acta Mater. 2007. V. 55. P. 4151-4160.
4. Spencer K., Corbin S.F., Lloyd D.J. The influence of iron content of the plain strain fracture behavior of AA5754 Al-Mg sheet alloys // Mater. Sci. Eng. 2002. V. A 325. № 1-2. P. 394-404.
5. Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Шуклинов А.В., Денисов А.А. Динамика деформационных полос и разрушение алюми-ний-магниевого сплава АМг6 // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 10. С. 1873-1878.
6. Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А. Деформационный хаос и самоорганизация на стадии предразрушения сплава АМг6 // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 10. С. 18791884.
7. Шибков А.А., Кольцов Р.Ю., Желтов М.А. и др. Динамика спонтанной делокализации пластической деформации при неустойчивом пластическом течении сплавов Al-Mg // Изв. РАН. Серия Физическая. 2006. Т. 70. № 9. С. 1372-1376.
8. Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Денисов А.А., Титов С.А. Нестационарная динамика деформационных полос в условиях прерывистой деформации алюминий-магниевого сплава // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Т. 18. № 3.
БЛАГОДАРНОСТИ: Исследование выполнено при поддержке РФФИ, проект № 12-08-33052.
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Zolotov A.E., Zheltov M.A., Denisov A.A., Grebenkov O.V., Gasanov M.F. CORRELATION OF DEFORMATION BANDS WITH PECULIARITIES OF FORCE RESPONSE ON PREFRACTURE STAGE OF Al-Mg ALLOY
Effect of non-stationary force response on the deformation band dynamics in the prefracture stage of aluminum-magnesium Al-6%Mg alloy demonstrated jerky flow at room temperature is investigated by high-speed experimental methods. Correlations between phase of activity of deformation bands and repeated drops of force in mechanical system and its strong damping in the stage of forming of neck before rupture of the sample are revealed.
Key words: jerky flow; deformation band; high-speed methods; electromagnetic emission; aluminum-magnesium alloys; dislocation; fracture.
1551
