CC BY
31
УДК 539.3
НЕЛИНЕЙНЫЙ ХАРАКТЕР МАКРОЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ В ГПУ-СПЛАВАХ ЦИРКОНИЯ
© А.П. Пшеничников, Т.М. Полетика
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия, e-mail: pap@ispms.tsc.ru
Ключевые слова: неустойчивость пластического течения; локализация деформации.
Исследован характер макролокализации деформации с помощью независимых методов лазерной спеклинтерферо-метрии и метода реперов в сочетании с профилированием поверхности в процессе растяжения образцов циркониевых сплавов.
Ранее установлено [1], что параболическая стадия деформационной кривой ГПУ-сплавов циркония является сложной и в логарифмических координатах ln(S -S0) - lne может быть разделена на ряд прямолинейных участков с дискретно уменьшающимся показателем параболичности п. Методом лазерной спеклинтерфе-рометрии были установлены закономерности макролокализации деформации, сопровождающие возникновение колебательной неустойчивости пластического течения циркониевых сплавов. Показано, что при значении показателя параболичности п < 0,5 наблюдается периодическое накопление локального удлинения и колебательное изменение скорости локализации продольной деформации (рис. 1) в режиме «упрочнение-разупрочнение» в ряде очагов устойчивой макролокализации, один из которых затем трансформируется в шейку. Однако физические причины явления колебательной неустойчивости локализованной пластичности, наблюдаемого на параболической стадии деформационной кривой ГПУ-сплавов циркония, остаются не вполне ясными.
В настоящей работе исследован характер макролокализации деформации с помощью независимых методов лазерной спеклинтерферометрии и профилирования поверхности образца в процессе растяжения.
Плоские образцы в виде двусторонней лопатки размером 46x9,8x1,7 мм3 подвергали одноосному растяжению на испытательной машине «INSTRON 1185» со скоростью деформации 3,6-10-5 с-1 при комнатной температуре по схеме, соответствующей плоскому напряженно-деформированному состоянию. Макролокализацию деформации изучали двумя методами: методом спеклинтерферометрии и методом реперов в сочетании с фотосъемкой образца в процессе испытаний. Эти методы являются независимыми и взаимодополняющими и позволяют исследовать кинетику локального пластического течения материала как в образце в целом, так и в очагах локализации деформации. С целью изучения изменения профиля боковой поверхности деформируемого образца строили профилограммы, используя результаты измерения ширины образца в поперечном направлении вдоль всего образца, а также
Рис. 1. Характер изменения прироста локальных деформаций As XX и As ^
с помощью лазерного бесконтактного профилирования на установке «MICRO MEASURE 3D station».
Метод лазерной спеклинтерферометрии позволил выявить очаги устойчивой макролокализации деформации и изучить характер последовательного накопления в них суммарных деформаций локального удлине-
sum sum тт
ния sxx и локального сужения s^ . Исследование
кинетики развития локализации деформации в выделенных очагах устойчивой макролокализации показало, что колебательное изменение скорости локальной деформации AsXX и Asуу происходит в режиме «упрочнение-разупрочнение». На рис. 1 видно, что резкое возрастание амплитуды прироста локальных деформаций и изменения скорости локализации происходит при переходе к параболической подстадии с n < 0,5.
Трехмерное бесконтактное профилирование [2] позволило установить, что деформация в трех направлениях: поперечном, продольном и нормальном к поверхности образца, развивается неоднородно. Наиболее
Рис. 2. Скорости локальной деформации e х и e y.
четко макролокализация деформации проявляется на профилограммах, которые демонстрируют изменение формы боковой поверхности деформируемого образца вдоль рабочей длины.
Сопоставление профилограмм с деформационной кривой показало, что резкое локальное неоднородное изменение геометрии образца, связанное с локальными изменением кривизны и приростом поверхности, возникает 5 % деформации, что соответствует переходу к параболической подстадии с показателем параболичности n < 0,5.
Кинетику развития локализации деформации в «активной» шейке иллюстрируют кривые на рис. 2, на которых, начиная с параболических подстадий с n < 0,5, можно наблюдать колебательный характер изменения локальной скорости деформации Є в режиме «упрочнение-разупрочнение». На рис. 2, в видно, что на кинетических кривых можно выделить три стадии: стадию практически постоянной скорости локаль-
ного пластического течения (n > 0,5), стадию колебательного «упрочнения-разупрочнения» (0,5 > n > 0,2) и стадию устойчивого разупрочнения (n < 0,2), связанную с образованием макроскопической шейки.
Таким образом, с помощью методов спеклинтерферометрии и профилирования поверхности показано, что возникновение колебательной неустойчивости на параболической стадии пластического течения сплавов циркония связано с началом локального неоднородного изменения геометрии деформируемого образца, являющимся предвестником формирующейся шейки. Этот процесс начинается на параболической стадии со значением показателя параболичности n < 0,5 и далее сопровождается поэтапным снижением показателя параболичности. Установлен нелинейный характер накопления локальной деформации в очагах макролокализации как в продольном, так и в поперечном направлениях, при этом кинетика периодического процесса «упрочнение-разупрочнение» определяется колебательным изменением максимальных поперечных и продольных напряжений в очаге макролокализации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полетика Т.М., Нариманова Г.Н., Колосов С.В. // ЖТФ. 2006.
Т. 76. Вып. З. С. 44-49.
2. Полетика Т.М., Пшеничников А.П. // ЖТФ. 2009. Т. 79. Вып. З.
С. 54-58.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Poletika T.M., Pshenichnikov A.P. Non-linear strain macrolocalization behavior of h.c.p. zirconium alloys.
Strain macrolocalization behavior using two independent methods of in situ laser speckle-interferometry and reference point method in conjunction with surface profiling of tensile specimens of h.c.p. zirconium alloys is investigated.
Key words: plastic instability; strain localization.
