Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов
С применением методики бесконтактной оптической экстензометрии выполнены эксперименты по одноосной деформации меди, никеля, железа, молибдена и ряда аустенитных сталей. Исследованы образцы, облученные нейтронами в реакторах БН-350 (до 15,6 сна) и ВВР-К (максимальный флюенс 6·10²⁰ нейтр./см²). Получе...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2007
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110650 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов / О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, И.С. Осипов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 33-38. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-110650 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1106502025-02-09T15:45:59Z Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов Взаємозв`язок істинних напружень і деформацій при пластичній течії опроміненних металевих полікристалів The relationship between true stress and true strain during plastic flow of irradiated metallic polycrystals Максимкин, О.П. Гусев, М.Н. Осипов, И.С. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах С применением методики бесконтактной оптической экстензометрии выполнены эксперименты по одноосной деформации меди, никеля, железа, молибдена и ряда аустенитных сталей. Исследованы образцы, облученные нейтронами в реакторах БН-350 (до 15,6 сна) и ВВР-К (максимальный флюенс 6·10²⁰ нейтр./см²). Получены традиционные инженерные диаграммы растяжения и кривые «истинные напряжения σист. – истинные деформации eист.». Проанализирована связь кривых σ(e) с процессами, протекающими при пластическом течении материала, содержащего дефекты радиационного происхождения, рассмотрена возможность их описания с помощью ряда известных аналитических выражений. Із застосуванням методики безконтактної оптичної екстензометрії виконані експерименти по одновісьовій деформації міді, нікелю, заліза, молібдена і ряда аустенітних сталей. Досліджені зразки, опроміненні нейтронами в реакторах БН-350 (до 15,6 зна) і ВВР-К (максимальний флюенс 6.10²⁰ нейтр./см²). Отримані традиційні інженерні діаграми та криві “істинні напруги σ-істинні деформації ε”. Проаналізований зв`язок кривих σ(ε) з процесами, що протікають при пластичній течії плині матеріалу, що містить дефекти радіаційного походження, розглянута можливість їх опису за допомогою ряду відомих аналітичних виразів. Using the method of contactless optical extensometry there were carried out experiments on ingle-axis deformation of copper, nickel, iron, molybdenum and a number of austenitic steels. The samples irradiated with neutrons in reactors BN-350 (up to 15.6 dpa) and WWR-K (maximal fluence 6·10²⁰ n/cm²) were investigated. The conventional engineering stress-strain diagrams and curves “true stresses σ – true deformations ε” were obtained. The relation between the curves σ(ε) and the processes passing at plastic flow of the material, which contains defects of radiation origin was analyzed, the possibility of their description using a number of known analytical expressions was considered. 2007 Article Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов / О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, И.С. Осипов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 33-38. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110650 621.039.531:546.291:669.017.3 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| spellingShingle |
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Максимкин, О.П. Гусев, М.Н. Осипов, И.С. Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов Вопросы атомной науки и техники |
| description |
С применением методики бесконтактной оптической экстензометрии выполнены эксперименты по одноосной деформации меди, никеля, железа, молибдена и ряда аустенитных сталей. Исследованы образцы, облученные нейтронами в реакторах БН-350 (до 15,6 сна) и ВВР-К (максимальный флюенс 6·10²⁰ нейтр./см²). Получены традиционные инженерные диаграммы растяжения и кривые «истинные напряжения σист. – истинные деформации eист.». Проанализирована связь кривых σ(e) с процессами, протекающими при пластическом течении материала, содержащего дефекты радиационного происхождения, рассмотрена возможность их описания с помощью ряда известных аналитических выражений. |
| format |
Article |
| author |
Максимкин, О.П. Гусев, М.Н. Осипов, И.С. |
| author_facet |
Максимкин, О.П. Гусев, М.Н. Осипов, И.С. |
| author_sort |
Максимкин, О.П. |
| title |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| title_short |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| title_full |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| title_fullStr |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| title_full_unstemmed |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| title_sort |
взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/110650 |
| citation_txt |
Взаимосвязь истинных напряжений и деформаций при пластическом течении облученных металлических поликристаллов / О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, И.С. Осипов // Вопросы атомной науки и техники. — 2007. — № 2. — С. 33-38. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT maksimkinop vzaimosvâzʹistinnyhnaprâženijideformacijpriplastičeskomtečeniioblučennyhmetalličeskihpolikristallov AT gusevmn vzaimosvâzʹistinnyhnaprâženijideformacijpriplastičeskomtečeniioblučennyhmetalličeskihpolikristallov AT osipovis vzaimosvâzʹistinnyhnaprâženijideformacijpriplastičeskomtečeniioblučennyhmetalličeskihpolikristallov AT maksimkinop vzaêmozvâzokístinnihnapruženʹídeformacíjpriplastičníjtečííopromínennihmetalevihpolíkristalív AT gusevmn vzaêmozvâzokístinnihnapruženʹídeformacíjpriplastičníjtečííopromínennihmetalevihpolíkristalív AT osipovis vzaêmozvâzokístinnihnapruženʹídeformacíjpriplastičníjtečííopromínennihmetalevihpolíkristalív AT maksimkinop therelationshipbetweentruestressandtruestrainduringplasticflowofirradiatedmetallicpolycrystals AT gusevmn therelationshipbetweentruestressandtruestrainduringplasticflowofirradiatedmetallicpolycrystals AT osipovis therelationshipbetweentruestressandtruestrainduringplasticflowofirradiatedmetallicpolycrystals |
| first_indexed |
2025-11-27T14:01:53Z |
| last_indexed |
2025-11-27T14:01:53Z |
| _version_ |
1849952435535085568 |
| fulltext |
УДК 621.039.531:546.291:669.017.3
ВЗАИМОСВЯЗЬ ИСТИННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ
ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ТЕЧЕНИИ ОБЛУЧЕННЫХ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛИКРИСТАЛОВ
О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, И.С. Осипов
Институт ядерной физики НЯЦ РК, г. Алматы, Казахстан;
E-mail: maksimkin@inp.kz; факс: +7 (3272) 262639
С применением методики бесконтактной оптической экстензометрии выполнены эксперименты по одно-
осной деформации меди, никеля, железа, молибдена и ряда аустенитных сталей. Исследованы образцы, об-
лученные нейтронами в реакторах БН-350 (до 15,6 сна) и ВВР-К (максимальный флюенс 6·1020 нейтр./см2).
Получены традиционные инженерные диаграммы растяжения и кривые «истинные напряжения σист. – ис-
тинные деформации ист.». Проанализирована связь кривых σ() с процессами, протекающими при пластиче-
ском течении материала, содержащего дефекты радиационного происхождения, рассмотрена возможность
их описания с помощью ряда известных аналитических выражений.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы достигнут существенный про-
гресс в изучении деформационно-пластического
поведения металлических поликристаллов. При
описании и моделировании пластического течения
металлов и сплавов в настоящее время применяют
некоторые положения теории дислокаций [1, 2], не-
редко дополненные элементами термодинамики [3]
и мезомеханики [4]. В отдельных случаях возникает
также необходимость учета физических процессов,
сопровождающих пластическое течение материала.
Это может быть, например, прерывистая деформа-
ция [5], микро- или макролокализация деформации
[1, 2], а также взаимодействие дислокаций с дефек-
тами [6], в том числе радиационного происхожде-
ния.
Однако в некоторых случаях, например, при изу-
чении металлических материалов, облученных вы-
сокоэнергетическими частицами, имеет место дефи-
цит экспериментальных данных. Так, в указанных
выше работах для построения физической картины
процессов, сопровождающих пластическое течение,
используют истинные кривые деформационного
упрочнения в координатах «истинное напряжение
σист-истинная деформация ист». Данные такого рода
в литературе по радиационному материаловедению
сравнительно редки, поскольку их обычно получа-
ют, проводя специальные эксперименты на облу-
ченных микрообразцах с применением методов экс-
тензометрии [7]. Отметим, что зависимости «σист-
ист» представляют как теоретический [6], так и
практический интерес.
В настоящей работе приведены эксперименталь-
ные данные по взаимосвязи напряжений и деформа-
ций для ряда ОЦК- и ГЦК-металлов и сплавов, об-
лученных нейтронами.
ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Исследовали модельные чистые металлы – ни-
кель, молибден, армко-железо, медь, а также про-
мышленные сплавы 12Х18Н10Т и 08Х16Н11М3,
широко используемые в конструкциях ядерных ре-
акторов.
В экспериментах использовали образцы трех ос-
новных типоразмеров (рис.1): а – цилиндрические
(диаметр рабочей части 1,6 мм, длина 9,8 мм);
б – плоские в форме двойной лопатки (размеры ра-
бочей части 10×3,5×0,3 мм).
а б
Рис. 1. Форма и размеры исследованных образцов: а – цилиндрический; б – плоский
Образцы типов а и б подвергали термообработке,
а затем облучали в активной зоне реактора ВВР-К
(г. Алматы) до максимального флюенса
6·1020 нейтр./см2 (Е > 0,1 МэВ) (таблица).
________________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2007. №. 2. 33
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (90), с. 33-38.
Термообработка и параметры облучения исследованных материалов
Материал Термообработка Температура облучения,
К, реактор
Флюенс, нейтр./см2 или
доза, сна
Никель Отжиг 950 °С, 30 мин <353К, ВВР-К 1,4×1019...1,3×1020
Армко-железо Отжиг 950 °С, 30 мин <353К, ВВР-К 5×1018...1,4×1019
Молибден Отжиг 1200 °С, 2 ч <353К, ВВР-К 1,1×1019...6×1020
Медь Отжиг 750 °С, 30 мин <353К, ВВР-К 5×1020
Сталь
12Х18Н10Т Отжиг 1050 °С, 30 мин <353К, ВВР-К 1,4×1019...1,3×1020
Сталь 08Х16Н11М3 Холодная деформация 15...20 % + отжиг
800 °С 1 ч 553...600 К, БН-350 1,27...15,6
Образцы типа в из стали 08Х16Н11М3 вырезали
с различных отметок относительно центра активной
зоны (ЦАЗ) из граней чехлов отработавшей тепло-
выделяющей сборки (ТВС) Н-214(II) реактора на
быстрых нейтронах БН-350 (г. Актау). До облучения
аустенитную хромоникелевую сталь типа 16-11
подвергали термомеханической обработке, заклю-
чавшейся в холодной деформации на 15...20 % с
последующим отжигом при 800°С 1 ч. Максималь-
ная повреждающая доза составила 15,6 сна при тем-
пературе облучения, не превышавшей 350°С. Отме-
тим, что использование миниатюрных образцов
диктовалось условиями безопасности проведения
радиационных экспериментов.
Испытания на одноосное растяжение необлучен-
ных и облученных образцов проводили на установке
«Инстрон-1195» при 293К и скорости деформирова-
ния 8.4⋅10-4с-1.
Для изучения локализованной деформации был
применен метод «цифровой маркерной экстензомет-
рии», подробно описанный в [7]. Данный метод,
функционально близкий к «методу сеток», заключа-
ется в нанесении на поверхность полированного
образца маркеров (капель особого красящего веще-
ства) и отслеживании их взаимного перемещения, а
также формоизменения в процессе деформации с
применением цифровой фотокамеры высокого раз-
решения. Полученная последовательность изобра-
жений обрабатывается с помощью специально соз-
данных для этого алгоритмов.
При применении метода «маркерной экстензо-
метрии» [7] в изучаемой пробе условно выделяется
некоторый произвольный объем, рассматриваемый
как самостоятельный образец. Для этого объема
строится зависимость «истинные напряжения-
истинные деформации», отражающие кинетику
процессов пластического течения и деформацион-
ного упрочнения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 2 показаны зависимости инженерных
прочностных и пластических характеристик иссле-
дованных металлов в зависимости от флюенса (по-
вреждающей дозы). Из рисунка видно, что с ростом
повреждающей дозы предел текучести исследован-
ных материалов монотонно увеличивается, а вели-
чина пластичности снижается. Полученные числен-
ные данные хорошо согласуются с представленны-
ми в [8,9] и результатами других исследователей.
17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0 21,5
0
200
400
600
800
1000
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5
4
3
2
σ т
, М
П
а
Log(Флюенс, н/см2)
1
а)
Log(Доза, сна)
18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5 21,0
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5
2'
1'
4
4'
3'
3
2
1
Log(Флюенс, н/см2)
Д
еф
ор
ма
ци
я
ε,
%
б)
Log(Доза, сна)
а б
Рис. 2. Изменение предела текучести (а) и характеристик пластичности (б) в зависимости от флюенса:
1 – α-Fe; 2 – Mo; 3 – Ni; 4 – сталь 08Х16Н11М3. 1-4 – полная и 1΄-4΄ – равномерная деформация
для указанных материалов
34
Эффект падения пластичности (радиационного
охрупчивания) особенно ярко выражен в ОЦК-
металлах, для которых значения равномерного уд-
линения уменьшаются практически до нуля при
величине флюенса 1,2·1020 нейтр./см2 для молибдена
и 1,4·1019 нейтр./см2 для железа. Для стали при дозе
> 10 сна величина εр, определяемая из инженерных
диаграмм, составляет не более 4...6 %, что согласу-
ется с результатами работ [8, 10]. Следует обратить
внимание на тот факт, что при деформации облу-
ченных материалов с ростом флюенса образец утра-
чивает свою способность деформироваться равно-
мерно, и пластическое течение сосредоточивается в
небольшой области (рис. 3), как правило, вблизи
одного из захватов (иногда формируются две облас-
ти локализованной деформации, см. рис. 3,б). Оче-
видно, что в данном случае инженерные диаграммы
мало пригодны для изучения пластического течения
облученного материала.
35
ба
Рис. 3. Локализованная деформация в молибдене: а – Ф = 3ּ1020 нейтр/см2; б – Ф = 1,2ּ1020 нейтр/см2
На рис. 4 и 5 сопоставлены инженерные (услов-
ные) и «истинные» кривые растяжения, эксперимен-
тально полученные нами для исследованных мате-
риалов.
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
100
200
300
400
500
600
700
3
2
(ε
ист
, отн. ед.)1/2
σ и
ст
, М
П
а
1
0 5 10 15 20 25 30 35
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
3
2
Рис. 4. Условные (инженерные) кривые «напряжение – деформация» (слева) и соответствующие им зави-
симости «σист–εист» (справа) для необлученных и облученных нейтронами ОЦК-материалов. Вверху армко-
железо: 1 – необлучённый образец; 2 –5·1018 нейтр./см2; 3 – 1,4ּ1019 нейтр./см2. Внизу молибден:
1 – необлучённый образец; 2 –1,1·1019 нейтр./см2; 3 – 1,2·1020 нейтр./см2; 4 – 3·1020 нейтр./см2;
5 – 6,2·1020 нейтр./см2
У
сл
ов
но
е
на
пр
яж
ен
ие
σ
, М
П
а
Деформация ε, %
1
0 5 10 15 20 25 30 35
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
5
4
3
2 1
Деформация ε, %
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
У
сл
ов
но
е
на
пр
яж
ен
ие
σ
, М
П
а
0,7
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
4
3
2
σ и
ст
, М
П
а
(ε
ист
, отн. ед.)1/2
1
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
30
60
90
120
150
180
3'
2'
1'3
2
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, к
Г/
мм
2
Деформация ε, отн.ед.
1
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
30
60
90
120
150
180
0,2 %
3
2
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, к
Г/
мм
2
(Деформация ε, отн.ед.)1/2
1
1,2 - сталь 12Х18Н10Т
3 - сталь 08Х16Н11М3
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
3
2
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, М
П
а
Деформация ε, %
1
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
0
10
20
30
40
50
60
Ni
0,2 %
3
2
1
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, к
Г/
мм
2
(Деформация ε, отн.ед.)1/2
Рис. 5. Условные (инженерные) кривые «напряжение – деформация» (слева) и зависимости «σист–
εист» (справа) для необлученных и облученных нейтронами ГЦК-материалов. Вверху образцы сталей
12Х18Н10Т (1,2) и 08Х16Н11М3 (3) в координатах «условное напряжение – инженерная деформация»
(1,2,3) и в координатах «истинное напряжение – истинная деформация» (1΄,2΄,3΄): 1 – необлученная
сталь 12Х18Н10Т после аустенизации при 1050 °С, 30 мин; 2 – после облучения нейтронами
(Ф = 1,4·1019 нейтр./см2); 3 – 15,6 сна при 354 °С. Внизу: никель: 1 – необлучённый образец;
2 –1,4ּ1019 нейтр./см2; 3 – 1,3ּ1020 нейтр./см2
В соответствии с [11] для удобства анализа ре-
зультатов по горизонтальной оси на графиках «σист–
εист» отложен квадратный корень из величины ис-
тинной деформации. Как видно из рисунков, это
привело к линеаризации кривых, что свидетельству-
ет о возможности описания зависимостей «σист–εист»
для облученных материалов известным из литерату-
ры [11] уравнением:
истист k εσσ += 0 , (1)
где k – коэффициент деформационного упрочнения.
Сопоставляя рисунки, можно видеть, что пере-
ход от инженерных к «истинным» кривым качест-
венно изменяет их вид. Так, теряет смысл понятие
«предела прочности» – упрочнение протекает
вплоть до разрушения образца. При этом величины
локальных деформаций могут достигать значений,
минимум в 1,5-2 раза превосходящих величины ε,
найденные из инженерных диаграмм.
Можно полагать, что кривые «σист–εист» позво-
ляют получить дополнительную и более полную
информацию о кинетике деформационных процес-
сов и особенностях взаимодействия дислокаций с
радиационными дефектами по сравнению с инже-
нерными кривыми.
Например, из рассмотрения истинных кривых
следует, что для молибдена (см. рис. 4) с ростом
флюенса возрастает величина σ0, а значение коэф-
фициента деформационного упрочнения k практиче-
ски не изменяется. Данные сведения в нашем случае
могут быть получены из первичных диаграмм де-
формации.
Для стали (см. рис. 5) наблюдается монотонный
рост σ0 с увеличением повреждающей дозы, а зна-
чение k, уменьшившись по сравнению с исходным,
ведет себя неоднозначно. Вероятно, помимо повре-
ждающей дозы на структуру материала и его де-
формационное поведение могут влиять также ва-
риации температуры облучения и скорости набора
дозы [12].
Видно также, что для облученного никеля значе-
ние k меньше, чем для необлученного, и при этом k
практически не изменяется при переходе от флюен-
са 1,4ּ1019 к 1,3ּ1020 нейтр./см2.
Возможно, при детальном изучении зависимо-
стей k и σ0 от степени деформации более продуктив-
36
ным окажется подход, включающий в себя выделе-
ние стадий пластического течения, как областей,
внутри которых k = const [11].
Можно отметить, что исследованные нами мате-
риалы деформируются, как правило, с образованием
нескольких стадий пластического течения (рис. 6).
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
10
20
30
40
50
0,2 %
2
1
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, к
Г/
мм
2
(Деформация ε, отн.ед.)1/2
Cu
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Н
ап
ря
ж
ен
ие
σ
, к
Г/
мм
2
(Деформация ε, отн.ед.)1/2
а б
Рис. 6. Расчетные кривые [6] деформационного упрочнения меди, облученной нейтронами до различных доз
(а); экспериментальные зависимости «истинные напряжения – истинные деформации» для необлученной и
облученной нейтронами меди (б): 1 – необлучённый образец; 2 – 5·1020 нейтр./см2
Стадии различаются по величине угла наклона k,
входящего в соотношение (1). Облучение смещает
стадии в область меньших деформаций.
На рис. 6,б приведены экспериментальные кри-
вые σист(ист) для необлученной и облученной ней-
тронами меди. Как следует из рисунка, облучение
нейтронами привело к существенному росту преде-
ла текучести (величины σ0 в соотношении 1), тогда
как способность материала к деформационному уп-
рочнению существенно снизилась.
В отличие от других материалов, рассмотренных
выше, для облученной нейтронами меди известны
кривые σист(ист), рассчитанные теоретически [6]
(см. рис. 6,а).
Сопоставление экспериментальных и расчетных
кривых показывает, что расчетная величина радиа-
ционного упрочнения (прирост предела текучести)
близка к экспериментальной, однако наблюдаемая
интенсивность деформационного упрочнения суще-
ственно ниже, чем ожидаемая.
Можно полагать, что полученные кривые
σист(ист) имеют также определенную практическую
ценность. В частности, они могут быть применены
при моделировании упругопластического поведения
произвольного объекта [13] – образца, эксперимен-
тальной сборки. Так для необлученной стали
12Х18Н10Т нами проведен вычислительный экспе-
римент с использованием метода «конечных эле-
ментов» [14]. Смоделирован цилиндрический обра-
зец (рис. 7), по геометрии и размерам идентичный
приведенному на рис. 1,а, и выполнена его «дефор-
мация» с целью получения расчетной инженерной
кривой «нагрузка-удлинение».
Сопоставление реальной и вычисленной кривых
демонстрирует хорошее совпадение (см. рис. 7,б).
Определенное расхождение наблюдается лишь в
окрестности предела прочности, когда в растущей
шейке достигаются высокие локальные деформации.
а
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
2
Н
аг
ру
зк
а,
Н
Удлинение, мм
1
б
Рис. 7. Модель образца и ее разбиение на конечные
элементы(а); экспериментальная (1)
и расчетная (2) кривые «перемещение захватов, мм-
нагрузка, кг» (б)
37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Экспериментально, с применением разработан-
ной техники цифровой маркерной экстензометрии,
исследована взаимосвязь истинных напряжений σист
и деформаций εист при пластическом течении и уп-
рочнении облученных металлических поликристал-
лов. Для никеля, железа, молибдена, меди, а также
сталей 12Х18Н10Т и 08Х16Н11М3 получены кри-
вые «σист–εист». Рассмотрены возможности их опи-
сания соотношением истист k εσσ += 0 .
ЛИТЕРАТУРА
1. Г.А. Малыгин. Структурные факторы, влияющие
на устойчивость пластической деформации
при растяжении металлов с ОЦК-решеткой
//Физика твердого тела. 2005, т. 47, в. 5,
с. 870–875.
2. Г.А. Малыгин. Анализ структурных факторов,
определяющих образование шейки
при растяжении металлов и сплавов с ГЦК-
решеткой //Физика твердого тела. 2005, т. 47,
в. 2, с. 236–241.
3. В.С. Иванова. Синергетика: Прочность и раз-
рушение металлических материалов, М., 1992.
4. В.Е. Панин, А.Д. Коротаев, П.В. Макаров,
В.М. Кузнецов. Физическая мезомеханика мате-
риалов //Изв. вузов. Серия «Физика». 1998, №9,
с. 8–37.
5. М.М. Кришталл. Взаимосвязь неустойчивости и
мезоскопической неоднородности пластической
деформации. Ч.2. Нелинейная модель устойчиво-
сти пластической деформации: построение, ана-
лиз, численное моделирование и количественные
оценки //Физика металлов и металловедение.
2001, т. 92, № 3, с. 96–112.
6. Г.А. Малыгин. Анализ факторов, вызывающих
нестабильность деформации и потерю пластич-
ности облученной нейтронами меди //Физика
твердого тела. 2005, т. 47, в. 4, с. 632–638.
7. О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, И.С. Осипов. Де-
формационная экстензометрия при механиче-
ских испытаниях высокорадиоактивных образ-
цов металлов и сплавов //Вестник национального
ядерного центра республики Казахстан. 2005,
в. 1, с. 46–52.
8. А.М. Паршин. Структура, прочность и радиа-
ционная повреждаемость коррозионно-стойких
сталей и сплавов. Челябинск: «Металлургия»,
Челябинское отделение, 1988, 656 с.
9. О.П. Максимкин. Фазово-структурные процес-
сы и их роль в упрочнении и охрупчивании облу-
ченных металлических материалов: Автореф.
дис. докт. физ.-мат. наук. Алматы, 1996.
10. V.S. Neustroev, E.V. Boev, F.A. Garner. Low tem-
perature Embitterment of Austenitic Steel Examined
using Ring-Pull Tensile Tests and Microhardness
Measurements //12th International Conference of
Fusion Reactor Materials. Santa-Barbara, December
4-9, 2005, book of abstract, p. 332
11. В.И. Трефилов, В.Ф. Моисеев и др. Деформаци-
онное упрочнение и разрушение поликристалли-
ческих металлов.1989, 256 с.
12. F.A. Garner. Demonstration of the Separate Tem-
perature and dpa Rate Dependencies of Void Swell-
ing in 300 Series Stainless Steels //12th International
Conference of Fusion Reactor Materials. Santa-
Barbara, December 4-9, 2005, book of abstract, p.
334.
13. M.B. Toloczko, K. Abe, M.L. Hamilton,
F.A. Garner and R.J. Kurtz. The Effect of Test Ma-
chine Compliance on the Measured Shear Punch
Yield Stress as Predicted Using Finite Element
Analysis //Small Specimen Test Techniques. 2002,
v.4, ASTM STP 1418, American Society for Testing
and Materials, West Conshohocken, PA.
14. О. Зенкевич. Метод конечных элементов в тех-
нике. М.: «Мир», 1975.
ВЗАЄМОЗВ`ЯЗОК ІСТИННИХ НАПРУЖЕНЬ І ДЕФОРМАЦІЙ
ПРИ ПЛАСТИЧНІЙ ТЕЧІЇ ОПРОМІНЕННИХ МЕТАЛЕВИХ ПОЛІКРИСТАЛІВ
О.П. Максимкін, М.М. Гусєв, І.С. Осіпов
Із застосуванням методики безконтактної оптичної екстензометрії виконані експерименти по одновісьовій деформа-
ції міді, нікелю, заліза, молібдена і ряда аустенітних сталей. Досліджені зразки, опроміненні нейтронами в реакторах
БН-350 (до 15,6 зна) і ВВР-К (максимальний флюенс 6.1020 нейтр./см2). Отримані традиційні інженерні діаграми та криві
“істинні напруги σ-істинні деформації ”. Проаналізований зв`язок кривих σ() з процесами, що протікають при пласти-
чній течії плині матеріалу, що містить дефекти радіаційного походження, розглянута можливість їх опису за допомогою
ряду відомих аналітичних виразів.
THE RELATIONSHIP BETWEEN TRUE STRESS AND TRUE STRAIN DURING PLASTIC FLOW
OF IRRADIATED METALLIC POLYCRYSTALS
O.P. Maksimkin, M.N. Gusev, I.S. Osipov
Using the method of contactless optical extensometry there were carried out experiments on ingle-axis deformation of cop-
per, nickel, iron, molybdenum and a number of austenitic steels. The samples irradiated with neutrons in reactors BN-350 (up to
15.6 dpa) and WWR-K (maximal fluence 6·1020 n/cm2) were investigated. The conventional engineering stress-strain diagrams
and curves “true stresses σ – true deformations ” were obtained. The relation between the curves σ() and the processes passing
at plastic flow of the material, which contains defects of radiation origin was analyzed, the possibility of their description using a
number of known analytical expressions was considered.
38
|