Елсукова Т.Ф., Панин В.Е., Попкова Ю.Ф

ЭФФЕКТ ЭКСТРУЗИИ МАТЕРИАЛА И ФОРМИРОВАНИЯ РЕГУЛЯРНЫХ ТВИДОВЫХ СТРУКТУР В ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Фахрутдинова Я.Д., Валуйская Л.А., Соловьева Ю.В., Старенченко В.А.

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОТЕРЮ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Томский государственный архитектурно-строительный университет, Томск, Россия, [email protected]

Методом компьютерного моделирования проводились исследование влияния концентраторов напряжения на процесс локализации пластической деформации при одноосном сжатии образца сплава со сверхструктурой L12. Расчет деформаций образца сплава проводится на основе модели, которая является синтезом модели дислокационной кинетики деформационного и термического упрочнения элемента деформационной среды сплавов со сверхструктурой L12 [2], с моделью механики макропластической деформации, описываемой в терминах упругопластической среды [1]. Исследования локализации пластических деформаций проводились для различного вида зависимостей касательных напряжений от относительной дефор- мации образца, характеризующие элементарный микрообъём деформационной среды, а так же для различного количества концентраторов и их расположения на образце.

Расчеты показали, что для монотонной зависимости касательных напряжений от относительной деформации образца имеет место локализация пластической де- формации при наличии одного концентратора или нескольких несимметрично рас- положенных относительно вертикальной оси симметрии образца, в то время как без концентраторов напряжения локализации пластической деформации и потери устойчивости не наблюдается.

Для немонотонной зависимости касательных напряжений от относительной деформации образца так же наблюдается потеря устойчивости и локализация пла- стической деформации, как при наличии концентраторов, так и в отсутствие тако- вых. Причем пластическая деформация и ее локализация протекают значительно интенсивней при наличии концентраторов. Расположение и количество концентра- торов на потерю устойчивости не влияют.

1. Белов Н.Н., Югов Н.Т., Копаница Д.Г., Югов А.А. Динамика высокоскоростного удара и сопутствующие физические явления. Нортхэмптон-Томск: Изд-во STT, 2005.-354с.

2. Старенченко В.А., Соловьева Ю.В., Фахрутдинова Я.Д., Валуйская Л.А. Моделирова- ние макроскопической локализации деформации в сплавах со сверхструктурой L12 // Изв. Вузов Физика. – 2011. – №8. – с.47-57.

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия,

[email protected]

В физической мезомеханике деформируемое твердое тело рассматривается как многоуровневая система, в которой поверхностные слои являются важной са- мостоятельной подсистемой. Показано, что в нагруженном поликристалле пласти- ческое течение поверхностных слоев осуществляется некристаллографическими сдвигами в направлении максимальных касательных напряжений (τmax). Указанные закономерности объясняются эффектом «шахматного» распределения растяги- вающих и сжимающих нормальных напряжений на границе раздела «поверхност- ный слой – подложка», который обусловливает развитие пластических сдвигов только по клеткам «шахматной» структуры, с растягивающими нормальными на- пряжениями. При циклическом нагружении в поверхностном слое развивается экс- трузия материала с формированием периодической твидовой структуры. Данные эффекты приводят к зарождению усталостных трещин, отслоению функциональ- ных покрытий, развитию в них трещин. Настоящая работа посвящена эксперимен- тальному исследованию механизмов указанных явлений мезомасштабного уровня.

Исследования проведены на двух типах образцов: технический титан с наво- дороженной поверхностью для выявления роли поверхностного слоя в усталост- ном разрушении и двухслойные композиты – мягкая фольга высокочистых алюми- ния или свинца, наклеенная на массивные образцы технических титана или алю- миния, для определения роли интерфейса «поверхностный слой – подложка». На- гружение осуществляли знакопеременным изгибом, при этом подложка нагружа- лась упруго, фольга – пластически. Структурные исследования выполняли метода- ми световой, электронной растровой микроскопии и лазерной профилометрии.

Показано, что в поверхностных слоях фольг Al и Pb и образцов Ti-H2 при циклическом нагружении развиваются в сопряженных направлениях τmax складча- тые структуры, элементы которых состоят из множества экструдированных ло- кальных объемов. На I стадии нагружения формируются мелкие складки, состоя- щие из островков экструдированного материала, на II-ой - крупные складки с коа- гулированной островковой структурой. По мере дальнейшего нагружения проис- ходит фрагментация крупных складок с формированием в них более тонкой ла- мельной структуры. Наряду со складчатыми островковыми структурами формиру- ются твидовые структуры экструдированных, шаровидных выступов материала.

Обнаружен и исследован эффект множественного регулярного растрескива- ния поверхностной окисной пленки алюминиевой фольги. Показано, что к его раз- витию приводит экструзия тонких островковых складок и наличие на алюминие- вых фольгах тонкой окисной пленки Al2O3. Эффект множественного растрескива- ния покрытий задерживает их отслаивание в полях внешних воздействий и найдет многочисленные практические приложения.

Рассмотренные эффекты интерпретируются как экспериментальное подтвер- ждение «шахматного» распределения растягивающих и сжимающих нормальных напряжений на интерфейсе «ослабленный поверхностный слой – кристаллическая подложка».

Полученные результаты актуальны не только в рамках многоуровневых под- ходов физической мезомеханики, но и важны для понимания природы усталостно- го разрушения твердых тел.

Дата добавления: 2017-01-14