Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме




Скачать 11,06 Kb.
НазваниеМатериаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме
страница8/9
Дата03.02.2016
Размер11,06 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9

3.6.2. Влияние истории нагружения на кинетику процессов преобразования структуры



Во второй главе уже было сказано несколько слов о немногочисленных работах, посвященных исследованию влияния истории нагружения на структурно-механическое поведение материала. В литературе по СП обращается внимание на то, что процессы структурообразования протекают по-разному при растяжении и осадке. Сам оптимальный интервал СП сужается и сдвигается в сторону бóльших скоростей деформации при переходе от схемы растяжения к осадке.

Если говорить об истории нагружения более широко, то, конечно, надо иметь в виду сложное неоднокомпонентное нагружение. В этом случае представляет интерес исследование корреляции между историей нагружения материала и изменением его структуры. Насколько можно судить по литературе, такая задача раньше строго даже не ставилась. Ниже описаны некоторые предварительные результаты, полученные в самое последнее время совместными усилиями материаловедов и механиков [8,43].

В работе [43] в качестве объекта исследования был выбран двухфазный титановый сплав ВТ9 (Ti-6,6%Al-3,5%Mo-1,7%Zr-0,27%Si). Заготовки указанного сплава деформировали в (+) области, а затем термообрабатывали по режиму: 1 030С (-область), 30 мин, воздух + 850С, 1 ч, вода1 . Такая обработка способствует преобразованию пластинчатой структуры при деформации [81] и соответственно максимально равномерному удлинению при растяжении, которое необходимо для сопоставления с другими способами нагружения. Чтобы получить количественную оценку степени преобразования исходной пластинчатой микроструктуры в равноосную, брали долю глобулярных частиц n%, под которой понималось отношение числа частиц с коэффициентом формы не более 2 к общему числу частиц, видимых на некоторой площади шлифа. Подсчет n для каждого образца проводился на фотографиях по 12 полям зрения, с общим числом частиц не менее 1 000. Величина доверительного интервала оценивалась исходя из уровня доверительной вероятности 0,95.

Основная идея работы была навеяна следующими сображениями. Известно, что преобразование пластинчатой (+) структуры в равноосную структуру в титановых сплавах затруднено и требует больших степеней деформации. В связи с этим в ряде работ [37,152] этот процесс исследовали с целью выявления наиболее эффективных способов и режимов обработки. Например, в [37] показано, что в любом случае обжатие при осадке должно быть не менее 50%. Между тем в работе [152] было показано, что при прокатке для достижения той же степени преобразования пластинчатой структуры требуется примерно вдвое меньшее обжатие. Следовательно, требуемую степень деформации можно уменьшить, если подобрать наиболее эффективную схему деформирования. Вместе с тем немаловажно обеспечить однородность равноосной структуры во всем объеме деформируемой заготовки. С этой целью, как известно, применяют разнонаправленную деформацию, в частности всестороннюю ковку. Такого рода процессы отличаются немонотонным характером нагружения и, как правило, имеют изломы траектории деформации в изображающем пространстве Ильюшина [32]. Указанное обстоятельство также может влиять на процесс преобразования пластинчатой (+) структуры, в том числе и затруднять его. Данный вопрос остается невыясненным и тоже требует изучения. В связи с этим авторы работы [43] поставили своей целью исследование кинетики преобразования пластинчатой (+) структуры в равноосную при различном по характеру нагружении, чтобы выявить наиболее эффективное нагружение.

Для достижения поставленной цели необходимо было реализовать по возможности разные виды нагружения (траектории деформации). Принципиально важно было выбрать такие виды нагружения, которые, в отличие от процессов осадки [37] или прокатки [152], позволили бы четко регистрировать виды реализуемых траекторий деформации и количественно оценивать их характеристики (длину траектории, интенсивность деформации и др.). Для сопоставления были выбраны шесть качественно отличающихся способов нагружения (см. рис. 3.6.1): а) растяжение; b) кручение; c) растяжение c одновременным пропорциональным кручением; d) реверсивное кручение; e) кручение попеременно с растяжением; f) специальный процесс ковки куба. Эти способы нагружения можно охарактеризовать следующим образом: а) и b) являются простыми однокомпонентными монотонными процессами, отличающимися схемой напряженного состояния; c)  простой двухкомпонентный монотонный процесс; d)  простой однокомпонентный немонотонный процесс с изломами траектории на 180 и возвратом к исходной точке; e)  сложный двухкомпонентный немонотонный процесс с изломами траектории на 90 и общей тенденцией к удалению от исходной точки в пространстве деформаций; f)  процесс, реализующий пятимерную траекторию деформации с приблизительно постоянной, начиная со второго звена, интенсивностью деформаций.

Пять траекторий, представленных на рис. 3.6.1, реализовали на установке, смонтированной на базе машины 1958AK и обеспечивающей две независимые компоненты: кручение и растяжение. Исходные образцы имели цилиндрическую рабочую часть 8 и длину 30 мм. Во всех пяти случаях величины осевой (v) и угловой () скорости активного захвата старались подобрать таким образом, чтобы в точках на поверхности образцов скорость деформации была приблизительно одинаковой и равной примерно 10-3 с-1. Скорость и степень деформации рассчитывали, исходя из обычных кинематических гипотез (вывод формул приведен в гл.3 второй части книги). Температура деформации во всех случаях поддерживалась в пределах 9603С. После окончания экспериментов образцы быстро охлаждали водой. Микроструктуру изучали в продольном сечении образцов близко к внешней поверхности.









Р и с. 3.6.1. Диаграммы, демонстрирующие использованные в [43] способы нагружения в пространстве деформаций e1e2 (где e1компонента растяжения; e2  компонента кручения):

а) растяжение, v=0,08 мм/с;

b) кручение, =0,016 с-1;

c) растяжение с одновременным кручением, v=0,046 мм/с, =0,014 с-1;

d) реверсивное кручение =0,017 с-1;

e) растяжение попеременно с кручением v=0,08 мм/с, =0,017 с-1;

f) процесс специальной ковки куба



Необходимо отметить, что траектории деформации у первых пяти из вышеперечисленных шести способов нагружения являются плоскими, т.е. двумерными. Между тем пространство Ильюшина, как известно, пятимерное. Чтобы "выйти из плоскости" и реализовать пятимерную траекторию нагружения, А.А. Ильюшиным был предложен специальный процесс сложного нагружения куба, который был рассчитан и практически реализован О.В. Дмитриевым [24]. Процесс реализуется следующим образом. Из материала вырезается куб, который при идеальной смазке граней однородно сжимается параллельно ребру 1 и разгружается. Затем на ту же величину деформации производятся последовательно сжатия с разгрузками вдоль ребер 2 и 3. Цикл может повториться несколько раз. Легко показать, что траектория деформации в описанном процессе кантовки куба является плоской. Основная идея А.А. Ильюшина, позволяющая "прыгнуть за флажки" и выйти в пятимерное пространство, заключалась в том, чтобы из деформированного вышеописанным способом куба вырезать новый куб с другой ориентацией ребер. При этом ориентация ребер нового куба рассчитывается заранее таким образом, чтобы при дальнейшей деформации осадкой (попеременно с кантовкой) вырезанного куба получить "изотропную траекторию деформации". Под “изотропной” траекторией деформации понимается такая траектория, которая имеет примерно равные длины проекций на пять независимых ортов пятимерного изображающего пространства А.А. Ильюшина. О.В. Дмитриев [24] рассчитал такой процесс нагружения, который обеспечивал равенство указанных проекций с точностью до 3%.

Шестой способ нагружения практически реализовали следующим образом. Исходную заготовку  куб 50х50x50  с подготовленной пластинчатой структурой 6 раз осаживали на =20% с промежуточной кантовкой на 90o согласно рассчитанной последовательности [24]. Затем заготовку закаливали в воде. Вырезали из нее новый куб, грани которого были расположены под определенными углами к граням исходного куба. Далее эту процедуру повторили еще 2 раза. Нагружение проводили на гидропрессе ЕU-100, оснащенном изотермическим штамповым блоком. Температура в ходе деформации поддерживалась на уровне 96020С, а скорость деформации  примерно 10-3 с-1. Микроструктуру изучали в углах всех трех кубов и в центре последнего куба.

Результаты подсчета доли -глобулей n в сплаве ВТ9 с исходной пластинчатой структурой после различных вариантов горячего нагружения представлены на рис. 3.6.2. Видно, что с увеличением накопленной деформации е параметр n сначала существенно возрастает, а затем слабо изменяется. Второй, затухающей ветви кривой nе в случае одноосного растяжения и растяжения попеременно с кручением достичь не удалось из-за образования шейки при е>0,8 и разрыва образцов. Однако уже при е=0,8 растяжение с одновременным кручением обеспечивает высокую степень преобразования пластинчатой структуры n=70%, в то время как при ломаных траекториях нагружения (реверсивном кручении и растяжении попеременно с кручением) и существенно большей накопленной деформации (е=1,4...1,6) степень глобуляризации структуры намного меньше: n=40%. При всесторонней ковке до той же степени деформации e=1,6 степень глобуляризации n=20%, а при большей на порядок деформации  n=50%. Отсюда авторы работы [43] сделали вывод о том, что чем более "изломана" траектория деформации, тем большая величина степени деформации требуется для достижения одной и той же "проработки" материала. Необходимо отметить, что отрицательное влияние изломов траектории деформации на кинетику процесса трансформации пластинчатой структуры было обнаружено и в более ранних экспериментах на сплаве ВТ91 , когда было реализовано примерно в тех же температурно-скоростных условиях 50 циклов растяжениясжатия с амплитудой пластической деформации около 10%. В этом случае заметного преобразования пластин также не обнаружили, хотя суммарная накопленная деформация составляла несколько сотен процентов. Аналогичные результаты получены в работе [103] при циклическом нагружении стали со структурой пластинчатого перлита.





Р и с. 3.6.2. Изменение доли -глобулей n в сплаве ВТ9 с исходной пластинчатой структурой в зависимости от степени накопленной деформации e при T=960oC и =10-3c-1 [43]: ooo  растяжение; xxx  кручение;   растяжение с одновременным кручением;   реверсивное кручение;   растяжение попеременно с кручением. Пунктиром показан ход кривой для случая всесторонней ковки куба



Следует иметь в виду, что при интерпретации результатов экспериментов использовалась только одна характеристика деформированного состояния  степень деформации. Конечно, эта характеристика привычна для технологов, материаловедов, однако для механиков это только одна из многих характеристик деформированного состояния, которая ничего не говорит о степени сложности нагружения. К тому же ее величина подсчитывалась по идеализированой формуле, основанной на предположении об однородности деформации по длине образца. В то же время, по крайней мере при испытании на растяжение, образец разрушался с образованием ясно видимой шейки, что свидетельствует о нарушении этого предположения. С другой стороны, структурный параметр, использованный авторами этой работы, тоже не свободен от недостатков и, очевидно, далеко не в полной мере характеризует структурное состояние материала.

Конечно, сложное нагружение гораздо богаче того набора, который был реализован в описанных выше экспериментах. Недавно авторы работы [8] продолжили исследования, начатые в [43], на более широком наборе параметров структуры и на несколько иных траекториях деформации. Эксперименты осуществлялись на той же установке, том же сплаве и таких же образцах (830), как в [43], при температуре 950С и скорости деформации порядка 10-3 с-1. Программы экспериментов представлены на рис. 3.6.3. В результате обработки полученных данных было найдено, что доля равноосных частиц у образца-“свидетеля” и после экспериментов по программам 1, 2, 3, 5 составляла соответственно 10, 29, 22, 13, 39 процентов при степени деформации 0; 1,6; 0,8; 0,6; 1,1. Отсюда следует, что различие в схемах деформирования существенным образом сказывается на кинетике процессов преобразования структуры; не только степень деформации (длина дуги траектории деформаций), но и схема деформирования влияет на уровень преобразования микроструктуры в том же сплаве и при той же температуре. В частности, в этой серии экспериментов более предпочтительной оказалась программа нагружения с циклическим кручением после предварительного растяжения. Таким образом, пока не представляется возможным сформулировать окончательный вывод о наиболее предпочтительном виде деформирования. Траектории сложного нагружения отличаются большим разнообразием, и решение вопроса об оптимальном пути нагружения с целью получения заданной структуры требует дальнейшего систематического исследования. Необходимо подчеркнуть, что ожидаемый научный результат является слишком важным, принципиальным, чтобы на основе всего лишь нескольких экспериментов на одном материале при одной и той же температуре и скорости деформации делать какие-то окончательные выводы. Поэтому представляет большой интерес проведение аналогичной серии испытаний на других материалах, например однофазных или квазиоднофазных. В этом случае средний размер зерна является вполне приемлемым структурным параметром, по изменению которого можно судить о кинетике процессов преобразования структуры.






Р и с. 3.6.3. Программа экспериментов в пространстве деформаций [8]: 1  растяжение; 2  осадка со сдвигом; 3  кручение; 4,5  растяжение с реверсивным кручением



Насколько можно судить по периодической литературе, описанные выше эксперименты являются, по существу, пионерскими и поэтому представляют большой интерес не столько полученными результатами (они являются предварительными и должны быть в будущем тщательно проверены), сколько самой постановкой проблемы: авторов интересовал вопрос  влияет ли и если да, то как именно  характер высокотемпературного нагружения (или, как говорят механики, вид траектории деформации) на интенсивность процессов преобразования структуры. А поводом для утвердительного ответа на этот вопрос является вся история экспериментальных исследований в пластичности: установлено, что траекториям деформации различного класса отвечает различный характер механического поведения, а значит, в “переводе” на материаловедческий “язык”, должны быть значимые различия и в кинетике процессов изменения структуры в зависимости от истории нагружения.

1   2   3   4   5   6   7   8   9

Похожие:

Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon-
Современная Русская публицистика не обходит вниманием "украинскую тему". Однако, касаясь тех или иных ее частных сторон, с загадочным...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconК урокам обобщения по русскому языку
Процесс обучения представляет в настоящее время сложную, методологически развивающуюся деятельность в системе «ученик – учитель»,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Развитие эмоционально чувственного опыта у детей через театрализованную деятельность»
«Все дети, решительно все, рождаются талантливыми в той или иной области искусства. Бездарность ребёнка всегда результат воспитания,...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconНаучный метод исследования религии
Наука же в своих исследованиях религии опирается на эмпирический материал, фактические данные, полученные на основе непосредственных...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредисловие от переводчиков
Для множества фигурирующих в книге Гейтса понятий в русском языке еще нет устоявшихся терминов, и мы оказались вынуждены взять на...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПредварительные усилители и фильтры
Эти решения защищены не только патентами. В них используют заказные микросхемы, маркировка типовых элементов уничтожается, принципиальные...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме icon«Преемственность в работе доу и школы» (2ч)
Преемственность- это специфическая связь м/у разными этапами развития, сущность которой состоит в сохранении тех или иных элементов...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗадача годового курса (40 лекций + 40 семинарских занятий) ознакомить слушателей с теоретическими основами современной механики деформируемого твердого тела (мдтт),
Мдтт, показать единое целое механики конструкций и механики материалов, задачи моделирования, технологических задач, оптимального...
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconЗначимость конфессиональных отношений в стабилизации современных социальных процессов
Она может выступать как фактор возникновения, формирования и легитимизации тех или иных форм социальных действий, социальных отношений....
Материаловеды и механики живут какой-то обособленной жизнью. Причина отсутствия взаимодействия кроется не в характере тех или иных ученых и не в снобизме iconПаспорт проекта наименование проекта
И теперь возникла большая необходимость её заполнить. Наше сегодняшнее желание знать, какой же была народная игрушка, как ею играли,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница