Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом
Обсуждаются результаты исследований микроструктуры плоских образцов из листового
 материала после их ударного нагружения с различной скоростью. У вершины надрезов в зоне
 локализованной деформации выявлены несколько областей с различным металлографическим
 строением. Предпола...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2001 |
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46663 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование локализованной деформации тонколистовых
 металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом / Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин, Г.В. Степанов, В.И. Зубов6, А.Н. Олисов, В.А. Федорчук, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 4. — С. 35-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860048462191525888 |
|---|---|
| author | Мещеряков, Ю.И. Жигачева, Н.И. Барахтин, Б.К. Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Федорчук, В.А. Клепачко, Я.Р. |
| author_facet | Мещеряков, Ю.И. Жигачева, Н.И. Барахтин, Б.К. Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Федорчук, В.А. Клепачко, Я.Р. |
| citation_txt | Исследование локализованной деформации тонколистовых
 металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом / Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин, Г.В. Степанов, В.И. Зубов6, А.Н. Олисов, В.А. Федорчук, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 4. — С. 35-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Обсуждаются результаты исследований микроструктуры плоских образцов из листового
материала после их ударного нагружения с различной скоростью. У вершины надрезов в зоне
локализованной деформации выявлены несколько областей с различным металлографическим
строением. Предполагается, что измельчение зерен обусловлено процессами динамической
рекристаллизации вследствие локального повышения температуры при интенсивном
пластическом деформировании. Наличие несплошностей между областями с различной
микроструктурой, а также повышенная концентрация пор в зоне локализованной деформации
вблизи внешней поверхности свидетельствуют о реализации условий объемного
напряженного состояния в материале при испытании используемых образцов.
Обговорюються результати досліджень мікроструктури плоских зразків із
листового матеріалу після їх ударного навантаження з різною швидкістю.
Біля вістря надрізів у зоні локалізованої деформації виявлено декілька
областей з різною металографічною будовою. Припускається, що подрібнення
зерен зумовлено процесами динамічної рекристалізації внаслідок
локального підвищення температури при інтенсивному пластичному деформуванні.
Наявність несуцільностей між областями з різноманітною мікроструктурою,
а також підвищена концентрація пор у зоні локалізованої
деформації поблизу зовнішньої поверхні свідчать про реалізацію умов об’ємного
напруженого стану в матеріалі при випробуванні дослідних зразків.
Results were discussed of the investigations
into microstructure of plane specimens from
sheet material after they were subjected to impact
loading at various velocities. In the vicinity
of a notch bottom in the zone of localized
deformation some regions with different
metallographic structures were revealed. The refining
of grains is assumed to result from the
processes of dynamic recrystallization caused
by an increase in the local temperature under intensive
plastic deformation. The existence of
discontinuities between the regions with different
microstructure, along with an increased density
of pores in the zone of localized
deformation in the vicinity of the outer surface,
testifies that the conditions of the
three-dimensional stress state in the material
during the tests of the specimens used were realized.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:59:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539. 43.669.15
Исследование локализованной деформации тонколистовых
металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом*
Ю . И. М ещ ер як о ва, Н . И. Ж и гач ев аа, Б . К . Б ар ах ти н а, Г . В. С теп ан ов6,
В. И . Зубов6, А. Н . О лисов6, В. А. Ф едорчук6, Я . Р. К л еп ач к о в
а Институт машиноведения РАН, Санкт-Петербург, Россия
6 Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
в Лаборатория физики и механики материалов, Метц, Франция
Обсуждаются результаты исследований микроструктуры плоских образцов из листового
материала после их ударного нагружения с различной скоростью. У вершины надрезов в зоне
локализованной деформации выявлены несколько областей с различным металлографичес
ким строением. Предполагается, что измельчение зерен обусловлено процессами динами
ческой рекристаллизации вследствие локального повышения температуры при интенсивном
пластическом деформировании. Наличие несплошностей между областями с различной
микроструктурой, а также повышенная концентрация пор в зоне локализованной дефор
мации вблизи внешней поверхности свидетельствуют о реализации условий объемного
напряженного состояния в материале при испытании используемых образцов.
К л ю ч е в ы е слова: прочность, ударное растяжение, сдвиг, деформация, струк
тура, локализация.
Введение. Несмотря на имеющуюся в настоящее время информацию об
условиях зарождения и развития взаимосвязанных процессов деформации и
разрушения, полной ясности в реш ении проблемы прочности, достаточной
для прогнозирования надежности конструктивных элементов, нет. Разрабо
тан ряд феноменологических и физических критериев для объяснения и
прогнозирования поведения металлов под действием внешних нагрузок [1].
Однако большая часть из этих критериев соответствует поведению реального
материала в конструкции с ограничениями и оговорками об условиях эксплу
атации, распределении действующих напряжений, характере нагружения и
т.д. Основная сложность в решении проблемы прочности обусловлена зависи
мостью упругих и упругопластических свойств нагруженного материала, ки
нетики деформирования и разрушения от температурно-скоростных условий
нагружения. Критерии разрушения, которые обычно рассчитываются мето
дами механики сплошных сред, должны учитывать не только температуру
испытания, напряженное состояние и скорость деформации материала, но и
их локальное распределение. С этим распределением связаны эволюционные
процессы как в самой структуре деформируемого тела, так и в областях
локализованного деформирования.
В работе с использованием общих представлений о влиянии структуры
и температуры на механические свойства материала предпринята попытка
проанализировать результаты микроструктурных исследований тонколисто
вых технических материалов широкого применения (алюминиевый сплав
Д16Т, стали 20 и Ст. 3), подвергнутых динамическому нагружению. Особое
* Работа выполнена в рамках проекта ШТАБ № 96-2141.
© Ю. И. МЕЩЕРЯКОВ, Н. И. ЖИГАЧЕВА, Б. К. БАРАХТИН, Г. В. СТЕПАНОВ, В. И. ЗУБОВ,
А. Н. ОЛИСОВ, В. А. ФЕДОРЧУК, Я. Р. КЛЕПАЧКО, 2001
0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4 35
Ю. И. Мещеряков, Н. И. Жигачева, Б. К. Барахтин и др.
внимание уделено изучению локальных объемов материала вблизи надрезов
(концентраторов напряжений), в которых пластическая деформация локали
зуется в первую очередь.
М етоди ка исследований. Для изучения влияния условий ударного на
гружения на микроструктуру материала в области разрушения использовали
два типа образцов, изготовленных из листового металла (рис. 1): плоские
образцы с симметричными надрезами, нагруженные ударным растяжением
со скоростью от 10 до 100 м/с и сдвигом со скоростью примерно 3 м/с (без
полного разрушения). Условия нагружения исследуемых материалов при
ведены в таблице.
Рис. 1. Типы и соответствующие фрактограммы поверхности разрушения образцов: а -
макротрещина в изломе образца из стали Ст. 3; б - радиальные рубцы вокруг дискообразных
фрагментов образца из стали 20; в - площадка “нестабильности” с волнообразным профилем
в образце из сплава Д16Т; г - микрорельеф долома в образце из сплава Д16Т с полосами
локализованного сдвига.
Для объективной оценки изменений структуры и поврежденности на
груженного металла на образцах были приготовлены микрошлифы, ориен
тированные параллельно и перпендикулярно исходной поверхности листа.
36 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4
Исследование локализованной деформации
Материалы и условия испытаний
Материал Маркировка
[2]
Условия испытаний Скорость
испытания Vo, м/с
Алюминиевый
сплав Д16Т
Al 2 Одноосное растяжение
с разрушением
2-10-5
Al CD5 Испытание на сдвиг
с разрушением
3
Al 6 Одноосное растяжение
с разрушением
10
Al 4 То же 97
Сталь 20 TK 2 Одноосное растяжение
с разрушением
2-10-5
Fe N6 Испытание на сдвиг
без разрушения
3
TK 9 Одноосное растяжение
с разрушением
10
TK 4 Одноосное растяжение
без разрушения
100
TK 8 То же 104
Сталь Ст. 3 Fel, K1
Fe (dim, cro)
Fe2
Одноосное растяжение
с разрушением
10
Изучены нетравленые и травленые поверхности микрошлифов в сталях и в
алюминиевом сплаве Д16Т.
Структурные и фрактографические исследования выполнены с исполь
зованием металлографического микроскопа “Неофот 32” и электронных
растровых микроскопов “S-150” с рентгеноспектральной приставкой
“Линк-860” и “SEM 535” с анализатором изображения.
Р езу л ьтаты эксперим ента. Проведенные ранее [2] испытания плоских
образцов с надрезами из тонколистового материала при ударном растяже
нии показали, что наличие надреза способствует значительному уменьш е
нию протяженности зоны пластической деформации вблизи него. Н апря
женное состояние в этой области соответствует плоскому напряженно-дефор
мированному состоянию.
Ф рактографический анализ поверхностей разрушения позволил детали
зировать условия зарождения и развития магистральной трещины. По макро
геометрии и морфологии все поверхности разрушения (берега трещин)
имеют волокнистое строение, что характерно для вязкого разрушения.
В зависимости от микроструктуры материала и скорости испытаний
наблюдались непринципиальные отличия поверхностей разрушения образ
цов. Например, на поверхностях разрушения стальных образцов обнаружена
волокнистая чешуйчатость, характерная для разрушения с деформацией
перпендикулярно плоскости листа. Все изломы имели вязкий микрорельеф с
ямками и зонами вытягивания, образованными по механизму слияния микро
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2001, № 4 37
Ю. И. Мещеряков, П. И. Жигачева, Б. К. Барахтин и др.
пустот (несплошностей). Однако в процессе исследования изломов выявле
ны особенности, которые указывают на связь разрушения с внутренним
строением металла и температурой. Так, в средине излома плоского сталь
ного образца обнаружена макротрещина (указана стрелкой на рис. 1,а),
сформированная под действием максимальных сдвиговых напряжений в
условиях плоского деформированного состояния. В микрорельефе изломов
имеют место утяжки с локализованными глубокими и мелкими ямками
квазискола, которые характерны для разрушения металла вдоль границ
структурных фрагментов, возникших в результате пластической деформа
ции. М инимальный размер выявленных несплошностей оказался равным
примерно 0,6 мкм, что свидетельствует о едином пороговом механизме
зарождения пустот.
Признаки неоднородной пластической деформации обнаружены только
на участке перехода зоны пластического вытягивания в долом в виде ради
альных рубцов вокруг локализованных дискообразных фрагментов диамет
ром примерно 20 мкм, которые указывают на трансляционно-ротационные
смещения в областях с дефектами кристаллического строения (рис. 1,6).
Вид поверхностей разрушения образцов из сплава Д16Т аналогичен
таковому стальных образцов. В микрорельефе наблюдаются несплошности
диаметром примерно 0,6 мкм на площадках, образованных преимущ ест
венно под действием касательных напряжений. Поверхности изломов образ
цов, разрушенных при динамическом нагружении, во многом подобны изло
мам образцов, испытанных при статическом нагружении. Однако с повыш е
нием скорости испытания в рельефе излома в местах перехода участка
пластического вытягивания в косой срез чаще обнаруживались площадки
“нестабильности” с волнообразным профилем (рис. 1,в). Это свидетельст
вует о наличии на мезоскопическом структурном уровне мощного локаль
ного неоднородного пластического течения с “сухим трением”, которое
может инициировать адиабатическое тепловыделение и окисление поверх
ностей фрагментов структуры.
В микрорельефе долома во многих местах зафиксированы полосы лока
лизованного сдвига шириной от 1 до 15 мкм, ориентированные под углом
~ 40° к направлению макросдвига (рис. 1,г). Данный факт также указывает
на потоковую природу локализованной пластической деформации металла
на завершающей стадии испытания. Внутреннее строение образцов из
стали, где в недеформированных объемах средний диаметр зерна составлял
25 мкм, показало, что по мере приближения к шейке или надрезу имеет
место вытягивание зерен. Фактор формы возрастал почти в десять раз.
Наименьший размер пор, обнаруженных вблизи шейки, равен 0,5 мкм, что
близко к диаметру наименьших ямок в изломе.
Наиболее интересные данные получены при изучении микрошлифов на
образцах с симметричными надрезами. При одноосном динамическом рас
тяжении образцов с полным разрушением (разделение образца на части)
вблизи области разрушения зафиксирована зона шириной ~ 60... 100 мкм
равноосных рекристаллизованных зерен (рис. 2,а). С повышением скорости
растяжения увеличивалась ширина этой зоны, и отношение размеров равно
осных зерен вне зоны к равноосным рекристаллизованным в зоне составило
1,43 при скорости испытания 10 м/с и 1,7 - при 100 м/с.
38 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4
Исследование локализованной деформации
Рис. 2. Характерные особенности микроструктуры образцов из стали 20 с симметричными
боковыми надрезами после ударного растяжения: а - область различного микроскопического
строения вблизи разрушения (Х400); б - полусферическая микротрещина; в - область
различного микроскопического строения вблизи надрезов (Х310); г - схема объемного
напряженного состояния и зоны различного микроскопического строения вблизи надреза
(т 3 >Т 2 >Т1).
Специально проведенные испытания части образцов по аналогичной
методике при одноосном динамическом растяжении позволили исследовать
начальную (нестабильную) стадию разрушения, предшествующую полному
разрушению. В вершинах надрезов имели место расходящиеся в стороны
волокнистые полосы локализованного сдвига шириной до 15 мкм и прямо
угольные поры дилатации. Наиболее крупные несплош ности размером до
17 мкм отмечены на расстоянии ~ 0,16 мм от надреза. Специальные испы
тания образцов при ударном растяжении позволяют получить полусфери
ческие большие и ряд мелких микротрещин на удалении от основного
надреза (рис. 2,б).
В результате сопоставления размеров и формы зерен, входивших в зону
локализованной деформации вблизи надрезов, и в сталях, и в сплаве Д 16Т
установлены слои с различным микроскопическим строением. Например,
для сталей в пределах этой зоны общей шириной 160 мкм непосредственно
у поверхностей разрушения выделен слой, состоящий из рекристаллизо-
ванных зерен размерами 5 Х 25 мкм, вытянутых параллельно поверхности
надреза. Во втором слое отмечены более крупные, но также вытянутые
зерна размером до 13 Х 36 мкм. Далее после переходного участка, состоящего
Н ЗЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4 39
Ю. И. Мещеряков, П. И. Жигачева, Б. К. Барахтин и др.
из зерен размером 15 Х20 мкм, следует область из равноосных зерен со сред
ним диаметром примерно 20 мкм (рис. 2,в). В сплаве Д16Т также обнаруже
на область с рекристаллизованными зернами шириной примерно 100 мкм.
Границы между указанными слоями имеют повышенную травимость и
содержат поры и микротрещины, что говорит о локализованном накоплении
латентной энергии с последующим ее высвобождением на поверхностях
раскрывшихся дефектов. Образование несплошностей между слоями с раз
личной микроструктурой свидетельствует о реализации условий объемного
напряженного состояния, что характерно для квазистатических испытаний.
Необходимо заметить, что поры концентрировались в зоне локализо
ванной деформации, причем их концентрация вблизи внешней поверхности
выше, чем в основном объеме металла. Это также позволяет говорить о
разруш ении в условиях объемного напряженного состояния (рис. 2,г).
Таким образом, при динамическом нагружении испытанных металлов
разрушению предшествует локализованная пластическая деформация в фор
ме трансляционно-ротационных потоков из дефектов кристаллического стро
ения.
О бсуждение результатов . Распространено мнение [3, 4], что нет ничего
уникального в микромеханике материала при высокой скорости нагруже
ния, поскольку и в условиях высокотемпературной ползучести, и при удар
ном нагружении происходят одни и те же процессы образования пор за счет
диффузии вакансий под действием напряжений или температуры. Полагают
также [5], что при импульсном нагружении существенное влияние на про
цесс деформирования оказывает гидростатическая компонента тензора на
пряжений, которая подавляет развитие локальной деформации и фрагмен
тации, а также способствует развитию более однородной деформации.
М ежду тем результаты компьютерного моделирования распределения
напряжений и деформаций в листовых упруговязкопластичных материалах
[6] и полученные экспериментальные данные о рельефе изломов и струк
туре металлов указывают на локализацию пластического течения вблизи
надрезов с возможным адиабатическим нагревом. Так, в узкой (~200 мкм)
зоне перехода от макрооднородного сдвига к долому с ямками в условиях
максимального стеснения деформации выявлены фрагменты с окисленной
поверхностью, чешуйки с волнообразным рельефом, полусферические поры и
границы с повышенной латентной энергией, свидетельствующие о наличии
дальнодействующих силовых полей, характерных для дислокационно-дис-
клинационных ансамблей. В образце при “чистом сдвиге” форма пор и кон
фигурация окружающих фрагментов указывают на появление мощных ло
кальных разворотов вследствие возникновения дисклинации, обусловленной
различием скоростей потоков пластических мод - дислокаций (рис. 3,а ,б ).
11 _2
Данный эффект возможен при высокой плотности дефектов (р > 10 см ),
поляризованных в заряды р (х , у ). Можно предположить, что осцилляции,
например, в пластическом фронте импульса вызваны периодической эволю
цией плотности дислокационного заряда р (х , у ) [7]:
40 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4
Исследование локализованной деформации
др
Ы
д(р У х) , д(р У у )
дх
+
ду
где Ух и V у — компоненты скорости дислокаций; р — дислокационный
~ + - заряд, равный сумме плотностей р и р .
Высказанное предположение правомерно, поскольку экспериментально
обнаружена различная концентрация пор в зоне локализованного сдвига,
вблизи поверхности и в объеме деформируемого металла. Приведенная
скорость развития несплошностей даже на стадии докритического роста
пропорциональна локальной скорости пластической деформации [8].
Рис. 3. Характерные особенности микрострук
туры образцов из стали 20 после ударного
нагружения при сдвиге: а, б - локальные раз
вороты материала как следствие зарождения
дисклинации; в - границы окисления как след
ствие локального разогрева в условиях “сухо
го” трения между фрагментами.
а
в
Если полагать, что в зоне перехода к долому возникает локальная
неустойчивость в виде потока дислокаций, то следует признать не только
существование критической концентрации дефектов в некотором дилата-
ционном объеме (кластере), но и зависимость этой неустойчивости от моду
ля всестороннего сжатия и температуры.
При объяснении температурных зависимостей механических характерис
тик пластичных металлов считают затруднительным их корректное опреде
ление из-за невыполнимости условий плоской деформации и требований
стационарности режима хрупкого отрыва [9]. В этом случае можно прене
бречь теплопроводностью металла в пределах узкой зоны локализованной
пластической деформации. Тогда, согласно данным [10], разогрев металла
возможен до 400°С (начало рекристаллизации) в слое глубиной до 1000 мкм.
ШБИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4 41
Ю. И. Мещеряков, П. И. Жигачева, Б. К. Барахтин и др.
При среднем диаметре недеформированных зерен 25 мкм динамической
рекристаллизации будут подвергаться группы из 30 зерен. Эта приближен
ная оценка разогрева металла близка к данным металлографического иссле
дования, согласно которым указаны области с различным микроскопичес
ким строением в пределах зоны локализованной деформации (рис. 2,а,б,г).
Можно полагать, что различие в скоростях пластических потоков де
фектов обусловлено эффектом “сухого” трения вдоль границ раздела между
деформируемыми фрагментами. Формоизменение и “локализованное” тре
ние структурных элементов должны сопровождаться повышением темпера
туры, о чем на экране электронного микроскопа свидетельствует отчетливая
ярко светящаяся (из-за окисления) граница соприкасающихся фрагментов
(рис. 3,в ).
Традиционно считается, что энергия пластической деформации расхо
дуется на приведение дефектов кристаллического строения (вакансий, дис
локаций и пр.) в движение и их накопление. Как видно, на мезоскопическом
уровне обнаруживаются дополнительные затраты, связанные с локализа
цией пластической деформации в материале.
Р асч етн ая оценка п овы ш ен и я тем п ературы при пласти ческой
деф орм ации. Компьютерное моделирование поля напряжений в плоском
образце с концентраторами при его ударном растяжении позволяет оценить
повышение температуры и ее распределение вблизи поверхности разру
шения.
Расчеты, проведенные в одномерной постановке (для случая ударного
растяжения плоского образца из тонколистовой стали с коротким участком
длиной в продольном направлении 1,0 мм и уменьшенной в два раза
шириной), позволяют оценить распределение продольных напряжений, де
формаций и температуры. С интенсивным нагревом материала в области
больших деформаций следует связать возникновение перекристаллизации
материала.
В расчетах использовано уравнение состояния материала, учитывающее
влияние эффектов деформационного упрочнения, повреждения, линейной и
нелинейной вязкости:
о я (£ р ,Т ) = £ у [1+ М епр ] е х р ( - ё р / £с );
о ( £ р ,£р ) = [ о ^ + К 4 1п( £р / £0 ) + К £р - £0 )] [1 - (А Т / Тс ) т ].
Представленные ниже основные параметры материала в расчетной
модели соответствуют значениям для испытанной тонколистовой стали:
Тс , К ........ ......750 т ........... .......... 1,0 К Л, МПа ............20 N x ........... ....... 500
К ........20 £с .......... .......... 0,1 £ 0,с -1 ..... .......10-3 < О м/ с 100
р М,кг/м3 ... 7800 Е, ГПа ..........200 Sc .......... ..........0,1 скм,
“О ...... 0,03
о , ГПа 0,4 К , ГПа ... 170 Ср, Дж/(м3- К) ..500 дх, мм .........0,2
п ............... ....... 0,1 ц, Па-с .... ....3,0-104 к , м2/с .... .2,5-10-5 скм>5= ......... 0,2
42 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4
Исследование локализованной деформации
По результатам расчетов после кратковременного начального периода
растяжения с постоянной скоростью напряжения и деформации в областях
металла, прилегающих с разных сторон к концентратору, практически оди
наковы, пластическое деформирование ограничено областью участка с умень
шенной шириной (рис. 4). В границах этого участка напряжения и дефор
мации до момента возникновения интенсивной локализации деформации
близки к однородным. При повышении температуры и поврежденности с
ростом пластических деформаций уровень напряжений понижается (рис. 5).
Причем при использованных в расчетах параметрах материала статическая
составляющая сопротивления снижается до уровня, близкого нулевому, а
сопротивление определяется его вязкой составляющей.
Рис. 4. Распределение в продольном направлении пластической деформации (а) и темпе
ратуры (б) в области надреза в моменты времени t = 1,5; 3,0...15 мкс от начала ударного
нагружения торца со скоростью 100 м/с.
о, ГПа а, ГПа
Рис. 5. Изменение во времени продольного напряжения на линии, соединяющей боковые
надрезы (а), и на удалении от нее (б). (Штриховая линия - изменение во времени статической
составляющей сопротивления, понижающейся в результате повышения температуры.)
ШБШ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4 43
Ю. И. Мещеряков, Н. И. Жигачева, Б. К. Барахтин и др.
Согласно данным расчетов, причиной возникновения интенсивной ло
кализации пластической деформации при растяжении, как и локализации
сдвиговых деформаций [6], является повышение температуры до крити
ческого уровня. При этом ширина полосы интенсивной деформации сужа
ется до расстояния между узлами, в расчетах - 0,2 мм. Это значение по
порядку величины соответствует ширине области перекристаллизации,
определенной по результатам изучения микроструктуры.
Эффекты теплопроводности при длительности нагружения менее 0,001 с
при соответствующей скорости ударного растяжения ниже 5 м/с несущ ест
венны, и процесс деформирования можно принять адиабатическим. Влияние
эффектов теплоотвода может иметь значимую роль при локальном пере
греве материала в слое толщиной менее 0,05 мм.
Результаты расчетов в одномерной постановке позволяют заключить,
что при ударном растяжении полосы с концентраторами независимо от
протяженности участка уменьшенного поперечного сечения резкая локали
зация возникает при повышении температуры до критического уровня, при
котором сопротивление материала снижается до нуля. Влияние вязкой со
ставляющей в уравнении состояния материала проявляется в увеличении со
противления материала пластическому деформированию и повышении тем
пературы. При медленном статическом растяжении отсутствует повыш ение
температуры и, следовательно, отсутствует перекристаллизация металла.
В ы в о д ы
1. Установлено, что основным микромеханизмом разрушения в усло
виях динамического нагружения испытанных материалов является “нор
мальный отрыв” путем образования, роста и слияния микротрещин и пор.
Характер излома свидетельствует о завершении разрушения под действием
нормальных растягивающих напряжений при значительно меньшей пласти
ческой деформации, чем при статическом нагружении. Образующиеся при
этом равноосные ямки на поверхности излома невелики и неглубоки.
2. М агистральная трещ ина формируется путем разрушения перемычек
между микротрещинами с участием пластической деформации сдвига. Рас
крытию трещ ины предшествует интенсивная пластическая деформация, со
средоточенная в пределах узкой пластической зоны. Особенности зарожде
ния пор и микротрещин зависят как от состояния дислокационной под
системы, так и от температурно-скоростного режима нагружения образца.
3. Изменения структуры и температуры оказывают существенное влия
ние на развитие разрушения и должны учитываться при разработке урав
нений состояния и критериев разрушения при динамическом нагружении.
Причем критерии разрушения должны учитывать критическую концент
рацию и размеры кластеров дефектов, доминантных для рассматриваемых
стадий процесса или структурных уровней.
4. Резкая локализация деформации, которая сопровождается развитием
перекристаллизации, обусловлена повышением температуры до критичес
кого уровня. Эффекты вязкости проявляются в росте сопротивления мате
риала деформации и повышении температуры в адиабатическом процессе
деформирования.
44 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 4
Исследование локализованной деформации
Р е з ю м е
Обговорюються результати досліджень мікроструктури плоских зразків із
листового матеріалу після їх ударного навантаження з різною швидкістю.
Біля вістря надрізів у зоні локалізованої деформації виявлено декілька
областей з різною металографічною будовою. Припускається, що подріб
нення зерен зумовлено процесами динамічної рекристалізації внаслідок
локального підвищення температури при інтенсивному пластичному дефор
муванні. Наявність несуцільностей між областями з різноманітною мікро
структурою, а також підвищена концентрація пор у зоні локалізованої
деформації поблизу зовнішньої поверхні свідчать про реалізацію умов об’єм
ного напруженого стану в матеріалі при випробуванні дослідних зразків.
1. C h evrie r P. a n d K lep a c zk o J. R. Discussion o f fracture criteria in spall
mechanics // Eng. Trans. - 1997. - 45, No. 1. - P. 47 - 70.
2. С т еп анов Г. В., З у б о в В. И ., О лисов A. H., Т окарев В. М . Прочность
тонколистовых металлов при ударном растяжении // Пробл. прочности.
- 2000. - № 4. - С. б2 - б9.
3. C urran D . R., S eam an L., a n d S h ockey D . A . Linking dynamic fracture to
microstructure processes // Proc. Int. Conf. Met. Eff. and Fabr. (June, 1980).
- SRI International, Cal., 1981. - Р. 129 - 1б7.
4. C urran D . R. a n d S eam an L. Dynamic failure o f solids // Phys. Reports (Rev.
Sect. Phys. Letters). - 1987. - 147, No. З. - Р. 2ЗЗ - 388.
З. К р а со вск и й A. Я ., М а к о вей В. A., Н ад еж ди н Г. Н. и др . Анализ ско
ростной зависимости вязкости разрушения при импульсном нагруже
нии стали 40X // Пробл. прочности. - 1988. - № 2. - С. 3 - 7.
6. С т еп анов Г. В., Ф едорч ук В. A . Локализованный сдвиг в тонколистовом
материале // Там же. - 1999. - № З. - С. ЗЗ - бЗ.
7. В олы нц ев A. Б ., Ш илов A. Н . Компьютерное моделирование эволюции
дислокационной структуры металлов при ударно-импульсном нагру
жении // Вестн. Перм. ун-та. Сер. Физика. - 1994. - Вып. 2. - С. 1бЗ -
177.
8. Х ан н ан ов Ш . Х . Взаимосвязь кинетики деформации и разрушения крис
таллических тел // Физика металлов и металловедение. - 198б. - 61,
№ 4. - С. ббб - б71.
9. И ван ов A. Г . Две возможные причины хрупких разруш ений // Докл. АН
СССР. - 1988. - 300, № 2. - С. ЗЗ4 - ЗЗ7.
10. Б окм ан М . A., Х ей ф ец A. Я . Взаимосвязь энергии, запасенной при
пластической деформации, с механическими характеристиками сплавов
// Пробл. прочности. - 1988. - № 12. - С. 43 - 47.
Поступила 18. 0З. 2000
ISSN G556-Î7ÎX. Проблемы прочности, 2GGÎ, № 4 45
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46663 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:59:20Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мещеряков, Ю.И. Жигачева, Н.И. Барахтин, Б.К. Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Федорчук, В.А. Клепачко, Я.Р. 2013-07-05T13:10:54Z 2013-07-05T13:10:54Z 2001 Исследование локализованной деформации тонколистовых
 металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом / Ю.И. Мещеряков, Н.И. Жигачева, Б.К. Барахтин, Г.В. Степанов, В.И. Зубов6, А.Н. Олисов, В.А. Федорчук, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 4. — С. 35-45. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46663 539. 43.669.15 Обсуждаются результаты исследований микроструктуры плоских образцов из листового
 материала после их ударного нагружения с различной скоростью. У вершины надрезов в зоне
 локализованной деформации выявлены несколько областей с различным металлографическим
 строением. Предполагается, что измельчение зерен обусловлено процессами динамической
 рекристаллизации вследствие локального повышения температуры при интенсивном
 пластическом деформировании. Наличие несплошностей между областями с различной
 микроструктурой, а также повышенная концентрация пор в зоне локализованной деформации
 вблизи внешней поверхности свидетельствуют о реализации условий объемного
 напряженного состояния в материале при испытании используемых образцов. Обговорюються результати досліджень мікроструктури плоских зразків із
 листового матеріалу після їх ударного навантаження з різною швидкістю.
 Біля вістря надрізів у зоні локалізованої деформації виявлено декілька
 областей з різною металографічною будовою. Припускається, що подрібнення
 зерен зумовлено процесами динамічної рекристалізації внаслідок
 локального підвищення температури при інтенсивному пластичному деформуванні.
 Наявність несуцільностей між областями з різноманітною мікроструктурою,
 а також підвищена концентрація пор у зоні локалізованої
 деформації поблизу зовнішньої поверхні свідчать про реалізацію умов об’ємного
 напруженого стану в матеріалі при випробуванні дослідних зразків. Results were discussed of the investigations
 into microstructure of plane specimens from
 sheet material after they were subjected to impact
 loading at various velocities. In the vicinity
 of a notch bottom in the zone of localized
 deformation some regions with different
 metallographic structures were revealed. The refining
 of grains is assumed to result from the
 processes of dynamic recrystallization caused
 by an increase in the local temperature under intensive
 plastic deformation. The existence of
 discontinuities between the regions with different
 microstructure, along with an increased density
 of pores in the zone of localized
 deformation in the vicinity of the outer surface,
 testifies that the conditions of the
 three-dimensional stress state in the material
 during the tests of the specimens used were realized. Работа выполнена в рамках проекта INTAS № 96-2141. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом Investigation into Localized Strain of Sheet Metals Caused by Tension and Shear Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом Мещеряков, Ю.И. Жигачева, Н.И. Барахтин, Б.К. Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Федорчук, В.А. Клепачко, Я.Р. Научно-технический раздел |
| title | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| title_alt | Investigation into Localized Strain of Sheet Metals Caused by Tension and Shear |
| title_full | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| title_fullStr | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| title_full_unstemmed | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| title_short | Исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| title_sort | исследование локализованной деформации тонколистовых металлов, вызванной ударным растяжением и сдвигом |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46663 |
| work_keys_str_mv | AT meŝerâkovûi issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT žigačevani issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT barahtinbk issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT stepanovgv issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT zubovvi issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT olisovan issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT fedorčukva issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT klepačkoâr issledovanielokalizovannoideformaciitonkolistovyhmetallovvyzvannoiudarnymrastâženiemisdvigom AT meŝerâkovûi investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT žigačevani investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT barahtinbk investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT stepanovgv investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT zubovvi investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT olisovan investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT fedorčukva investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear AT klepačkoâr investigationintolocalizedstrainofsheetmetalscausedbytensionandshear |