Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами
Проаналізовано зміни параметрів мікроструктури матеріалів, підданих впливові трьох способів двовісного навантажування (статичного, імпульсного електрогідравлічного та комбінованого). The changes of parameters of microstructure of materials sheets under influence of three modes of biaxial treatment...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53739 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами / Д.Р. Аврамец, В.М. Косенков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 166-173. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859613065066053632 |
|---|---|
| author | Аврамец, Д.Р. Косенков, В.М. |
| author_facet | Аврамец, Д.Р. Косенков, В.М. |
| citation_txt | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами / Д.Р. Аврамец, В.М. Косенков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 166-173. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Проаналізовано зміни параметрів мікроструктури матеріалів, підданих впливові трьох
способів двовісного навантажування (статичного, імпульсного електрогідравлічного та комбінованого).
The changes of parameters of microstructure of materials sheets under influence of three modes of biaxial treatment (pulse, pulse electro hydraulic and mixed) was analyzed.
|
| first_indexed | 2025-11-28T15:08:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
166
УДК 621.7.044:669.71
Мл. научн. сотр. Д.Р. Аврамец,
Канд. техн. наук В.М. Косенков
(ИИПТ НАН Украины, г.Николаев)
ДЕФОРМИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ИМПУЛЬСНЫМИ И
ИМПУЛЬСНО–СТАТИЧЕСКИМ СПОСОБАМИ
Проаналізовано зміни параметрів мікроструктури матеріалів, підданих впливові трьох
способів двовісного навантажування (статичного, імпульсного електрогідравлічного та ком-
бінованого).
DEFORMATION OF MATERIALS IMPULSIVE AND
IMPULSIVE–STATIC BY METHODS
The changes of parameters of microstructure of materials sheets under influence of three modes
of biaxial treatment (pulse, pulse electro hydraulic and mixed) was analyzed.
Микроструктура металлических материалов является одним из главных
факторов, определяющих их физические и химические свойства. Она может
изменяться как при внешнем воздействии на материал, так и под влиянием, на-
пример, диффузионных процессов, миграции границ дислокаций и т.п. Управ-
ление физико-химическими свойствами металлических материалов означает, по
сути, целенаправленное изменение их микроструктуры [1]. Одним из способов
получения материалов с заданными свойствами является импульсная обработка
давлением [2]. В авиа–, автомобиле–, машиностроении все шире применяется
способ импульсного воздействия на материал при электрическом разряде в воде
[2–4]. Если родственная технология магнитно–импульсной обработки с точки
зрения структурообразования изучена достаточно хорошо [5,6], то импульсная
электрогидравлическая обработка – все еще недостаточно, о чем свидетельст-
вует ограниченное число публикаций на эту тему.
Целью настоящей работы было определение влияния способов импульсного
электроразрядного нагружения на изменение параметров микроструктуры об-
разцов из листового алюминиевого сплава 6111 с помощью методики, описан-
ной в [7].
Объектом для исследования послужили образцы размерами 200×200 мм из
листов алюминиевого сплава 6111, т.к. этот сплав часто используется в автомо-
бильной промышленности именно для импульсной штамповки [4]. Эти образцы
двухосно деформировали на специальном устройстве (рис. 1) импульсным, ста-
тическим и комбинированным импульсно-статическим методом до разрушения.
167
а) импульсно-статическое деформирование; б) статическое; в) импульсное.
1- разрядник; 2- батарея конденсаторов; 3- дуговой промежуток; 4- образец; 5- разрядная
камера; 6- пуансон; 7- клиновая система.
Рис. 1 – Устройство для деформирования образцов.
Для измерения деформации использовался метод нанесения деформационной
сетки. С её помощью определяли максимальную, минимальную и среднюю де-
формацию в локальных областях плоскость листового материала.
Для анализа изменений микроструктуры в зависимости от вида нагружения из
образцов вырезали темплеты из зон в окрестности куполов образцов, причем вы-
бирались участки с одинаковой средней деформацией. Для учета влияния анизо-
тропии, обусловленной прокаткой листа, выбирали темплеты с ориентацией шли-
фа перпендикулярно («поперечные» темплеты) и параллельно («продольные» тем-
плеты) направлению прокатки листов, а также темплеты с поверхностью шлифа
параллельной плоскости листа («плоскостные» темплеты), сошлифованные на
1/3 толщины листа (рис. 2).
1 – «плоскостной» темплет; 2 – «поперечный» темплет; 3 – «продольный» темплет.
Рис. 2 – Деформированный до разрыва образец и места вырезки темплетов.
Для выявления межзеренных границ использовался универсальный трави-
тель такого состава: 17 мл HNO3, 5 мл HF, 78 мл H2O [8]. Изображения участ-
а в б
1 2
4
6
7
5
3
168
ков поверхности шлифов получали, используя металлографический микроскоп
ММО-1600 со встроенной видеокамерой и системой передачи данных в файло-
вую систему компьютера, также применялись фильтры программы "Adobe
Photoshop". Анализ изображений проводили с помощью программы
"Image_pro_plus", что позволило контролировать площадь зерна, удлинение,
периметр зерна, некруглость, длину, ширину и средний размер зерна, фрак-
тальную размерность [9, 10]. Пример обработки изображения микроструктуры
показан на рис. 3.
а) б) в)
а) изображение, полученное с помощью ПО микроскопа ММО-1600;
б) изображение, обработанное в программе Adobe Photoshop CS 8.0;
в) изображение с выделением зерен металла в программе Image Pro-Plus 6.1.
Рис 3 – Стадии обработки изображений микроструктуры.
Разрешение снимка составляло 640×480 пикселей. При увеличении 200× ко-
личество зерен, подлежащих статистической обработке, составляло от 50
до 250 в зависимости от ориентации плоскости шлифа относительно направле-
ния прокатки листа. Для каждого шлифа фотографировали 3 случайно выбран-
ных участка с дальнейшей статистической обработкой полученных экспери-
ментальных данных и строили гистограммы плотности распределения парамет-
ров с оценкой погрешности.
Анализ гистограмм проводили следующим образом. Для каждого параметра
микроструктуры по гистограмме распределения этого параметра выбирали но-
вый диапазон интервалов группировки так, чтобы частота попадания элементов
была не меньшей 5 % (рис.4) и рассчитывали среднее значение частоты попа-
дания избранного параметра микроструктуры на выбранном диапазоне интер-
валов его изменения Аj по формуле (1):
1 1
n n
j i i i
i i
A k x x
= =
= ∑ ∑ , (1)
где ki – средняя частота попадания элементов выборки; xi – интервал группи-
ровки для данного ki; i=1, 2, 3,…n – номер интервала группировки; n – количе-
ство интервалов группировки; j=1, 2, 3, 4 – номер способа деформирования
50µm 50µm 50µm
169
(1–исходный материал; 2–импульсное; 3–импульсно–статическое;
4–статическое деформирование).
Далее определяли относительную величину контролируемого параметра D
по отношению к исходному материалу образцов по формуле (2):
1 100%
j
AD
A
= ⋅ , (2)
Рис.4 – Гистограмма плотности распределения площадей зерен в темплетах «вдоль» на-
правления прокатки.
В итоге были получены диаграммы изменения параметров микроструктуры
при различных видах деформирования образцов из алюминиевого сплава 6111
относительно их исходного состояния (табл. 1).
Таблица 1 – Диаграммы изменения параметров микроструктуры при различных видах
деформирования образцов относительно их исходного состояния
- исходный образец
- образец после импульсного деформирования
- образец после импульсно-статического деформирования
- образец после статического деформирования
«плоскостные» темплеты «поперечные» темплеты «продольные» темплеты
площадь зерна
100 96
105 102
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
85
78
108
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
83 86
93
0
20
40
60
80
100
120D, %
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 More...
площадь, мкм2
ча
ст
от
а,
%
исходный
импульсное
импульсно-статическое
статическое
диапазон интервалов группировки
интервал группировки
новый диапазон интервалов группировки
5%
170
Продолжение табл.1 -
«плоскостные» темплеты «поперечные» темплеты «продольные» темплеты
удлинение зерна (отношение большей оси эквивалентного зерну эллипса к меньшей)
100 98 100 102
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
135 133
125
0
20
40
60
80
100
120
140D, %
100
134 135
127
0
20
40
60
80
100
120
140
160D, %
периметр зерна
100 98 99 102
0
20
40
60
80
100
120D, %
100 97
92
103
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
95 96
101
0
20
40
60
80
100
120D, %
некруглость (
2
4
P
Sπ
, где Р – периметр, а S – площадь зерна)
100 101
106 103
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
116 112 108
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
127 132
122
0
20
40
60
80
100
120
140D, %
длина зерна (наибольший диаметр эквивалентного зерну эллипса)
100 98 100 101
0
20
40
60
80
100
120
140D, %
100 102
96
109
0
20
40
60
80
100
120D, %
100 97 102 105
0
20
40
60
80
100
120D, %
ширина зерна (наименьший диаметр эквивалентного зерну эллипса)
100 97 97
105
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
84 79
95
0
20
40
60
80
100
120D, %
100
72 74
86
0
20
40
60
80
100
120D, %
171
Окончание табл. 1-
среднее количество зерен в области интереса
«плоскостные» темплеты «поперечные» темплеты «продольные» темплеты
62 63 66
45
0
10
20
30
40
50
60
70 z
216
231
190
242
0
50
100
150
200
250
300 z
258
234
199
139
0
50
100
150
200
250
300 z
Анализ результатов. Анализируя гистограммы изменения параметров мик-
роструктуры и приведенные в таблице диаграммы изменения средних значе-
ний параметров микроструктуры при различных видах деформирования образ-
цов относительно их исходного состояния, можно отметить следующее.
Средняя площадь зерен для «плоскостных» шлифов, приготовленных из об-
разцов, деформированных импульсным, импульсно–статическим и статическим
способами отличается не более, чем на 5 %. Заметно увеличение площади для
зерен шлифов, деформированных импульсно–статическим методом. Средняя
величина площади зерен всех «плоскостных» шлифов лежит в пределах
2800…3050 мкм2 для рассмотренных способов нагружения образцов.
По сравнению с исходным материалом площади зерен для «поперечных»
шлифов, деформированных импульсным и импульсно–статическим способами,
меньше на 15 % и 22 % соответственно. Лишь для статически деформирован-
ных образцов наблюдалось увеличение площади на 8 %.
Также обнаружены отличия в площадях зерен «продольных» шлифов для
всех способов деформирования в продольной относительно направления про-
катки плоскости образцов. Обнаружено снижение значений площади зерен
от 7 % до 17 %.
Средняя площадь зерен при рассмотренных способах деформирования об-
разцов находится в пределах 850…1200 мкм2 для «поперечных» и «продоль-
ных» шлифов.
Удлинение зерна для «плоскостных» шлифов мало отличается от исходного
материала. Для «поперечных» и «продольных» шлифов удлинение больше от-
носительно исходного материала примерно на 34 % – для импульсных способов
деформирования и на 26 % – для статического способа.
Средний периметр зерна для всех видов деформирования «плоскостных»
шлифов был примерно одинаков и составил около 250 мкм. Для импульсных
способов деформирования «поперечных» и «продольных» шлифов он умень-
шался на 3…8 %, а для статического – увеличивался до 103 % по сравнению с
исходным материалом.
Средняя величина некруглости зерна [11] для всех ориентаций шлифов и
способов деформирования была больше, чем в исходном состоянии материала.
Ее изменения были максимальны для «продольных» шлифов в случае импульс-
но-статического деформирования образцов и составили 32 % по сравнению с
исходным материалом.
172
Средняя длина зерна практически не изменялась для всех «плоскостных»
шлифов (около 92 мкм), несколько уменьшалась (до 4 %) в случаях импульсно-
статического деформирования для «продольных» и «поперечных» шлифов. При
статическом деформировании на «продольных» и «поперечных» шлифах за-
метно возрастание длин зерен на 5 %...9 % по сравнению с исходным состояни-
ем.
Ширина зерна для «плоскостных» шлифов отличалась в среднем на
3 %...5 %, возрастая для статического способа деформирования. Для «продоль-
ных» и «поперечных» шлифов заметны изменения ширины зерен в гораздо
большей степени, чем их длины. Наибольшие изменения произошли у дефор-
мированных импульсными способами образцов, причем наблюдалось стабиль-
ное уменьшение ширины зерен (на 16…28 %) относительно исходного состоя-
ния материала.
Количество зерен в области поля зрения камеры микроскопа (области раз-
мером 640×480 пикселей) для «плоскостных» шлифов, вырезанных из образ-
цов, деформированных обоими импульсными способами, было на 4 %...6 %
выше, чем у исходного материала, для «продольных» – больше на 6 %…12 %, а
для «поперечных» шлифов – выше до 80 %. При статическом деформировании
для «плоскостных» и «поперечных» шлифов количество зерен меньше, соот-
ветственно, на 26 % и 12 %, чем у исходного материала, а для «продольных»
шлифов – на 43 % больше.
Основные выводы. Деформирование импульсным и импульсно–статическим
способами имеют близкие тенденции изменений микроструктуры, при этом
наибольшие различия присутствуют в шлифах, ориентированных вдоль и попе-
рек направления прокатки. На этих шлифах обнаружено изменение формы зе-
рен на более вытянутую (возрастание удлинения до 34 %), причем не за счет
увеличения длины зерна, а за счет уменьшения его ширины
(на 15 %...20 %), что свидетельствует о дроблении зерна при импульсных на-
гружениях.
Статья подготовлена по материалам доклада IX Международной научной
конференции “Импульсные процессы в механике сплошных сред” (15-19 авгу-
ста 2011, г.Николаев).
Список литературы
1. Haldar A., Satyam S. Debashish B. Proceedings of the International Conference on Microstructure and Texture
in Steels and Other Materials, February 5–7, 2008, - Jamshedpur, India. – 488 c.
2. Davis B., Hryn J. Innovative Forming and Fabrication Technologies: New Opportunities, Final Report, - King-
ston Process Metallurgy, Energy Systems Division, Argonne National Laboratory Inc. - December 15, 2007. p.9-12.
3. Golovashchenko S., Mamutov. V. Electrohydraulic Forming of Automotive Panels; Symposium on Global In-
novations in Materials Processing & Manufacturing, TMS. – 2005.
4. 2010 DOE Vehicle Technologies Program Review. – Project LM015 Report. – R. Davies. Pacific Northwest
National Laboratory, Richland, March 22, 2010, p.1-10.
5. Microstructure Development during High-Velocity Deformation. P.J. Ferreira, J.B. Vander Sande, M. Amaral
Fortes. - Metallurgical And Materials Transactions. – Vol. 35A, October 2004. - p. 3091-3100.
6. Daehn, G.S., Shang, J., Vohnout, V.J. Electromagnetically Assisted Sheet Forming: Enebling Difficult Shapes
and Materials by Controlled Energy Distribution in The MPMD Fourth Global Innovation Symposium. 2003.
7. Косенков В.М., Аврамец Д.Р. Методика определения влияния способа деформирования материала на
изменение параметров его структуры. Электронная обработка материалов. – 2011. – Том 47 – № 5, с. 83–88.
173
8. Брюховецкий В.В., Пойда В.П., Пойда А.В., Аврамец Д.Р. и др. Механические свойства и структурные
изменения в ходе сверхпластической деформации алюминиевого сплава 6111. Металлофизика и новейшие
технологии. 2009 − Т.31, №9. −, С.1289-1302.
9. Салтыков С.А., Стереометрическая металлография. – М., Металлургия, 1975. – 150 c.
10. Study on the Microstructure and Texture of 3003 Aluminum Sheets Rolled by Laser-Textured Roll. / Chunbo
Cai,1 Zesheng Ji, Huajun Zhang, GuojunWang. // Journal of Metallurgy, Hindawi Publishing Corporation. – Volume
2009. Р.1-6.
11. Mark L., Neil W. Selection of Descriptors for Particle Shape Characterization. Particle & Particle Systems
Characterization. – February, 2003. - Volume 20, Issue 1, p. 25–38.
УДК 534.222.2
Канд. физ.-мат. наук Б.Г. Жуков,
научн. сотр. Р.О.Куракин,
канд. физ.-мат. наук С.И. Розов,
канд. физ.-мат. наук Б.И. Резников,
д-р физ. – мат. наук С.В. Бобашев,
канд. физ.-мат.наук С.А. Поняев
(ФТИ им. А.Ф.Иоффе, Санкт-Петербург)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ
СОУДАРЕНИЙ ЧАСТИЦ С ПРЕГРАДАМИ
Розглядається постановка експериментів по дослідженню процесів високошвидкісних
(до 6 км/с) співударянь пластикових ударників мм-розміру з багатошаровими алюмінієвими
мішенями. Отримано данні про картину розльоту продуктів руйнування мішеней. Показано,
що у разі тонких (перший шар) екранів в таких співударяннях не відбувається повного випа-
ровування пластикового ударника.
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF HIGH-SPEED SO-STRESS OF
PARTICLES WITH BARRIERS
In this work an experiment on investigation of the process of high-speed (up to 6 km/s) impact
of mm-size projectiles on multilayer aluminum plates are presented. A new data on plate break-
down and process of debris cloud formation are presented. It is shown that in the case of thin (first
layer) plates in such an impact a full evaporation of projectile does not occur.
Защита космических аппаратов (КА) от ударов частиц космического мусора
мм-размера весьма актуальна ввиду их многочисленности [1]. Эти частицы, как
правило, имеют неправильную форму. Поэтому последствия их удара во мно-
гом должны отличаться от сферического удара. Это мотивировало постановку
данной работы. Ее цель – выяснить особенности пробоя тонких пластин (эле-
ментов многослойной защиты КА – «защиты Уипла») ударниками кубической
формы при различной ориентации вектора скорости и граней ударника относи-
тельно поверхности экрана.
Для разгона ударников до высоких скоростей использовался созданный в
ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН [2] «компактный» рельсотрон с плазменным порш-
нем, способный в воздухе при атмосферном давлении разгонять до высоких
скоростей 5-6 км/с пластиковые кубики мм-размера. Этот ускоритель представ-
ляет собой удобный и простой инструмент для экспериментальных исследова-
ний широкого круга задач динамики гиперскоростного полета тел и их взаимо-
действия с преградами. Постановка экспериментов с гиперскоростными телами
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-53739 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T15:08:30Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Аврамец, Д.Р. Косенков, В.М. 2014-01-26T23:43:11Z 2014-01-26T23:43:11Z 2012 Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами / Д.Р. Аврамец, В.М. Косенков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 166-173. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53739 621.7.044:669.71 Проаналізовано зміни параметрів мікроструктури матеріалів, підданих впливові трьох способів двовісного навантажування (статичного, імпульсного електрогідравлічного та комбінованого). The changes of parameters of microstructure of materials sheets under influence of three modes of biaxial treatment (pulse, pulse electro hydraulic and mixed) was analyzed. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами Deformation of materials impulsive and impulsive–static by methods Article published earlier |
| spellingShingle | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами Аврамец, Д.Р. Косенков, В.М. |
| title | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| title_alt | Deformation of materials impulsive and impulsive–static by methods |
| title_full | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| title_fullStr | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| title_full_unstemmed | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| title_short | Деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| title_sort | деформирование материалов импульсными и импульсно–статическим способами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53739 |
| work_keys_str_mv | AT avramecdr deformirovaniematerialovimpulʹsnymiiimpulʹsnostatičeskimsposobami AT kosenkovvm deformirovaniematerialovimpulʹsnymiiimpulʹsnostatičeskimsposobami AT avramecdr deformationofmaterialsimpulsiveandimpulsivestaticbymethods AT kosenkovvm deformationofmaterialsimpulsiveandimpulsivestaticbymethods |