CC BY
28
форму двухсторонних лопаток с размером рабочей части 1x3x6 мм. Образцы отжигали в течение 1 ч при температуре 450 °С, закаливали на воздухе и испытывали одноосным растяжением через 1 ч после закалки. Растяжение производили в мягкой испытательной машине, описанной в [14].
Рис. 1. Схема измерительной ячейки: 1 - образец; 2 - триангуляционный датчик смещения фирмы Шйес; 3 - датчик усилия фирмы 2ешю; 4 - высокоскоростная цифровая камера У8-БЛ8Т/С6; 5 - металлическое зеркало
Деформацию измеряли с частотой счета данных 3 кГц оптическим экстенсометром, представляющим собой триангуляционный лазерный датчик положения фирмы Шйес с точностью 1,5 мкм в полосе частот 01 кГц. Силу растяжения измеряли с помощью датчика 7ешіс Н3-С3-100к^-3В (чувствительность 1,5 мкВ/Н, собственная частота 6,25 кГц) в полосе 0-1 кГц (рис. 1). Показания датчиков деформации и усилия синхронизировали с цифровой скоростной видеокамерой УБ-ГАБТ/Об научно-производственной компании «Видеоскан». Скорость видеосъемки поверхности варьировали от 500 до 4000 кадр/с. Для исследования характеристик полос на поверхности деформируемого металла данные видеосъемки обрабатывали с помощью компьютерной программы вычитания последовательных цифровых изображений [3]. Эксперименты проводили при комнатной температуре.
На рис. 2а представлены временные зависимости приложенной силы 1, показаний датчика усилия 2 (силовой отклик) и деформации образца - показания оптического экстенсометра 3, а на рис. 2б представлены форма скачка деформации Ає (1) и соответствующая форма временной зависимости напряжения и (2). Видно, что каждый макроскопический скачок деформации на деформационной кривой є(ґ) (рис. 2а, кривая 3) сопровождается пачкой скачков разгрузки на зависимости F(г) (рис. 2а, кривая 2 и рис. 2б, кривая 2). Макроскопический скачок деформации амплитудой >1 % имеет более тонкую временную структуру, включающую последовательность более мелких, «мезоско-
пических» скачков амплитудой ~0,1 %; причем каждый такой мезоскопический скачок сопровождается отдельным скачком разгрузки механической системы машина - образец амплитудой —1-10 МПа. Длительность переднего фронта скачка разгрузки обычно варьируется от 1 до 10 мс. Самые высокоамплитудные скачки, имеющие соответственно минимальную длительность фронта —1 мс, характерны для первого скачка в серии скачков разгрузки, отвечающей макроскопической деформационной ступени Ає(г). Серии
обычно состоят из У и 5-10 скачков разгрузки для первых скачков до N и 20-40 для последнего скачка с разрывом образца.
Рис. 2. а) Временные зависимости приложенной силы (1), показания датчика усилия (2) и датчика смещения (3); б) форма ступени Де(?) на деформационной кривой (1), силовой
отклик о(?) на развитие деформационной ступени (2) и корреляционная диаграмма у(() деформационных полос.
Видеосъемка со скоростью 4000 кадров/с показала, что для первых скачков деформации каждый скачок разгрузки в серии обусловлен эволюцией одной полосы деформации, причем собственно фазе разгрузки образца соответствуют стадии зарождения полосы, ее распространение поперек образца под углом около 60° к оси растяжения и активной фазе расширения. Для первого скачка в серии длительность этих стадий составляет около 1 мс (рис. 3а, кривая 1 и рис. 3б). Временная зависимость модуля напряжения разгрузки | ст(Г) | хорошо коррелирует с временной зависимостью «площади полосы» А(1) - площади поверхности, заключенной между границами полосы (рис. 3а, кривая 2), с коэффициентом корреляции между величинами и и А, равным 0,985.
Для первых макроскачков величиной обычно ~1 % характерна высокая степень корреляции скачков разгрузки в серии, отражающая временную корреляцию соответствующих деформационных полос. Высокая временная корреляция скачков разгрузки в сериях отражает пространственную корреляцию деформационных полос. Скоростная видеосъемка показывает, что за исключением первичной полосы, которая стартует от поверхностного концентратора напряжений, каждая
1548
деформационная полоса зарождается на границе остановившейся полосы.
а) 6)
а, МПа
і * U мс
Рис. 3. Результаты высокоскоростной записи первого скачка разгрузки в серии, вызванной развитием первой ступени на деформационных кривых. (а) 1 - скачок разгрузки о(г); 2, 3 -
временные зависимости модуля напряжения | ст | и площади полосы А. (б) - фрагмент видеосъемки распространения полосы деформации; время между кадрами 0,25 мс; цифрами отмечены номера кадров
Для исследования пространственно-временных корреляций деформационных полос строили, как и в работах [15, 16], корреляционную диаграмму у (г) -временную зависимость координаты у границы полосы относительно позиции зарождения первичной полосы. На рис. 2б (кривая 3) представлена корреляционная диаграмма деформационных полос, распространяющихся на фронте первой деформационной ступени на кривой нагружения. Видно, что деформационная ступень на кривой нагружения (рис. 2б, кривая 1) возникает в результате эволюции последовательности девяти скореллированных в пространстве и во времени деформационных полос, зарождающихся на границах предшествующих полос, причем активная начальная фаза развития каждой полосы вызывает отдельный скачок разгрузки системы машина - образец.
Следует отметить, что при видеосъемке поверхности со скоростью 10-25 кадров/с будет казаться, что на фронте деформационной ступени распространяется одна полоса деформации, которая непрерывно движется от одного края рабочей части образца к другому. Такая полоса может быть классифицирована как полоса Портевена-Ле Шателье типа А. Разработанная методика высокоскоростного мониторинга позволяет выявить более тонкую и более сложную пространственновременную структуру пластических неустойчивостей в условиях прерывистой деформации алюминий-магние-вого сплава.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Ч. 2. М.: Наука, 1984. 432 с.
2. McReynolds A. W. Plastic deformation waves in aluminum // Metals Transact. 1949. № 1. Р. 32-45.
3. 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.
4. Portevin A., Le Chatelier F. Heat treatment of aluminum-copper alloys // Transactions of american society for steels treating. 1924. V. 5. P. 457-478.
5. Kubin L.P., Estrin Y. Portevin-Le Chatelier effect in deformation with constant stress rate // Acta Metall. 1985. V. 33. № 3. P. 397-407.
6. Kubin L.P., Chihab K., Estrin Y. The rate dependence of the Portevin-Le Chatelier effect // Arta Metall. 1988. V. 36. P. 2707-2718.
7. Kubin L.P., Estrin Y. Evolution of dislocation densities and the critical conditions for the Portevin-Le Chatelier effect // Acta Metall. Mater. 1990. V. 38. № 5. P. 697-708.
8. Franklin S. V., Mertens F., Marder M. Portevin-Le Chatelier effect // Phys. Rev. E. 2000. V. 62. № 6. P. 8195-8206.
9. Chihab K., Estrin Y., Kubin L.P., Vergnol J. The kinetics of the Portevin-Le Chatelier effect in an Al-5 at % Mg Alloy // Scripta Metall. 1987. V. 21. P. 203-208.
10. Neuhauser H., Klose F. B., Hagemann F., Weidenmuller J., Dierke H., Hahner P. On the PLC effect in strain-rate and stress-rate controlled tests-studies by laser scanning extensometry // Journ. of Alloys and Compounds. 2004. V. 378. № 1-2. P. 13-18.
11. Klose F.B., Hagemann F., Hahner P., Neuhauser H. Investigation of the Portevin-Le Chatelier effect in Al-3 wt. % Mg alloys by strain-rate and stress-rate controlled tensile test // Mat. Sci. Eng. 2004. V. A 387389. P. 93-97.
12. Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А. Механизмы зарождения полос макролокализованной деформации // Изв. РАН. Серия Физическая. 2012. Т. 76. № 1. С. 97-107.
13. Шибков А.А., Желтов М.А., Золотов А.Е., Денисов А.А. Морфологическая диаграмма полос макролокализованной деформации Са-вара-Массона // Кристаллография. 2011. Т. 56. № 3. С. 522-529.
14. Шибков А.А., Желтов М.А., Лебедкин М.А., Скворцов В.В., Кольцов Р.Ю., Шуклинов А.В. Комплекс in situ методов исследования скачкообразной пластической деформации металлов // Заводская лаборатория. 2005. Т. 71. № 7. С. 20-27.
15. Шибков А.А., Золотов А.Е. Нелинейная динамика пространственно-временных структур макролокализованной деформации // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 90. № 5. С. 412-417.
16. Шибков А.А., Золотов А.Е., Желтов М.А., Шуклинов А.В., Денисов А.А. Динамика деформационных полос и разрушение алюминий-магниевого сплава АМг6 // Физика твердого тела. 2011. Т. 53. № 10. С. 1873-1878.
БЛАГОДАРНОСТИ: Исследование выполнено
при поддержке Минобрнауки РФ (соглашение № 14.В37.21.0372).
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Shibkov A.A., Zolotov A.E., Zheltov M.A., Denisov A.A., Lomakin V.V. NON-STATIONARY DYNAMICS OF DEFORMATION BANDS DURING JERKY FLOW OF ALUMINUM-MAGNESIUM ALLOY
Dynamics of deformation bands during tension with constant velocity of growth of applied stress <j0 = const of aluminum-
magnesium AMg6 alloy is investigated by a complex of highspeed methods. It is revealed that in condition of jerky flow the deformation jump is developed by a successive transfer of a slip with help about ten deformation bands and each band is initiated in one of the boundaries of previous deformation band excluding primary band.
Key words: jerky flow; deformation band; high-speed methods; aluminum-magnesium alloys; Savart-Masson effect.
1549
