Диссертация (1143855), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Таким образомдислокации примыкают к границам зёрен и формируют дислокационные стенки,см. Рисунок 1.21c. Увеличение напряжения вызывает увеличение тепловогоэффекта, что является другим важным фактором ускорения зарождения субзёренс тонкой стенкой вблизи границ зёрен. Дальнейшая эволюция микроструктурывызвана совместно тепловым и не тепловым эффектами, которые можнопредставить как: 1) рост субзёрен; 2) уменьшение толщины границы субзерна и 3)делениесубзерна.Вконцедостигаетсязаконченнаярекристаллизация,Рисунок 1.21 Процесс уменьшения плотности дислокаций и рекристаллизациипри пропускании импульсного тока [92].65представленная на Рисунке 1.21f.

Так же рекристаллизации и изменениямикроструктуры при пропускании импульсного тока наблюдается и в другихработах [95, 96, 97, 98, 99, 100, 101] для меди, титана, сплава магния, стали.В работе [102] показано, что при пропускании импульсного тока,длительностью ~100 мкс в меди при достижении определённого значенияинтеграла квадрата плотности тока приводит к рекристаллизации и на основеанализа экспериментальных данных при разных разных начальных температурахи сравнении со структурой меди при статической рекристаллизацией поддействием нагрева делается предположение, что рекристаллизация проходит поддействием джоулева нагрева импульсного тока.1.5.5. ЭПЭ при высоких скоростях деформированияВ работе [103] с целью выявления влияния ЭПЭ при высоких скоростяхдеформирования порядка 1000 1/с, применена схема Гопкинсона-Кольского прирастяжении образцов 304SS и Ti-6Al-4VВ данных экспериментах при высокоскоростном деформировании образцовпо ним параллельно пропускали постоянный электрический ток.

При этом водном случае ток отключали перед тем как механический импульс доходит дообразца (current on), в другом случае ток отключали после достижениямеханического импульса образца (current off). Контролирующая системапозволяла отключать ток в промежутке времени 1-3 мс от начала механическойдеформации.Для плотности тока 100 А/мм2, разница между нагревом в двух случаяхсоставляла 4 ºС для 304SS и 15 ºC для Ti-6Al-4V.Температуры рассчитывались66аналитически и измерялись при помощи термопары. При этом рассчитанныетемпературы совпали с измеренными в предел 1-5 %.Для выявления влияния ЭПЭ эксперимент был проведён при пропусканииэлектрического тока по образцу с плотностями приблизительно 60 А/мм2,90 А/мм2 и 180 А/мм2 при испытании 304SS; 50 А/мм2 и 100 А/мм2 при испытанииTi-6Al-4V.

Несмотря на тот факт, что плотности тока не могут точноконтролироваться,авторамисделанапопыткасгруппироватьданныеэкспериментов согласно плотностям тока, см. Рисунок 1.22.Авторы отмечают, что по деформационным зависимостям Рисунка 1.22 припропускании электрического тока до момента (current off) и после (current on)достижения импульса нагрузки образцов видно, что ЭПЭ не проявляется в этихэкспериментах. Не большое снижение напряжения течения материалов для случая«current on» объясняется не большим увеличением температуры (например 15 ºCдля Ti-6Al-4V при 100 А/мм2) в процессе увеличения тепловыделения при болеедлинном протекании тока. Для 304SS при 90 А/мм2 в случае «current on»деформационная зависимость даже выше, чем в случае «current off».Объясняя полученные результаты, авторы ссылаются на [104], гдерассматривается вязкое сопротивление.

При невысоких скоростях деформаций,скоростьдвижениядислокацийбыстровозрастаетсдеформациямиРисунок 1.22 Деформационные зависимости сгруппированные по одинаковымплотностям тока для (а) 304SS и (b) Ti-6Al-4V [103].67иследовательно со скоростью деформаций. При скорости деформации выше 104 1/сскорость движения дислокаций не может больше возрастать в связи с трением и“drag” эффектами. Таким образом, наблюдаемые в экспериментах результатымогут быть объяснены тем, что дополнительная электрическая энергия не можетболее двигать дислокации через кристаллическую решётку более эффективно.Вообще говоря, для экспериментов по ЭПЭ при квазистатических скоростяхдеформирования ЭПЭ наблюдается поскольку нет вязкого сопротивления. Надоотметить,чторассматриваемыеэкспериментыпроведеныприскоростидеформирования порядка 103 1/с, в то время как в работе [104] обозначеныскорости 104 1/с, хотя один порядок не существенный и в работе [104] приведенатолько оценка этой скорости.1.5.6.

Совокупность возможных влияний импульсного тока надеформирование металловНа основе обзора литературы на Рисунке 1.23 представлены возможныемеханизмы и проявления с экспериментальными данными по влияниюимпульсного тока на механические свойства металлов.Основными механизмами воздействия импульсного тока на механическиехарактеристики металлов, являются джоулев нагрев и силовое действиемагнитного поля (сила Лоренца и магнитные силы). Данные механизмыпроявляются как при интегральном действии на весь материал так и прилокальном увеличении плотности тока на краях дефектов структуры металлов.Тепловое расширение и магнитные силы за счет пропускания импульсногосоздают импульсные усилия в металле. Кроме того, интегральный нагрев68металлов привод к уменьшению предела упругости и увеличению предельныхпластическихдеформаций,сопровождающиесяуменьшениемдефектовструктуры и рекристализацией.

Локальный нагрев в вершинах микродефектов,способствует их залечиванию под действием термонапряжений. Данныепроявления экспериментально наблюдаются в различных металлах.69МеханизмыОсновные джоулев нагрев; силовое действиемагнитного поля(сила Лоренца,магнитные силы).Проявления, эффектыа) «скачки» вниз иливверх на диаграммерастяжения образца;б) увеличение илиуменьшениепластическогорастяжения образца доразрушения;в) увеличение илиуменьшение пределаупругости, прочности имикротвердости;г) торможение илиразгонраспространяющихсятрещин;д) залечивание илиразвитиетрещин/микротрещин;е) массоперенос.Гипотетические«электронный ветер» [68, 69, 70]; переход парамагнитной связи дислокационное ядропрепятствие из S-состояния в T-состояние под действиеммагнитного поля [35]; уменьшение плотности дислокаций [91]; снятие разделенных зарядов на плоскости сдвига, ирелаксация вызванных ими напряжений [105]; влияние на параметры термоактивационного преодолениядислокациями препятствий [64]: Изменение среднейдлины, частоты вибрации дислокационного сегмент иэнтропии активации.Экспериментальные данные«Скачки» вниз на диаграмме растяжения:а)1) для разных металлов (W, Cu, Al, Ni, Nb) [64]: =1.7·10-4 1/c, Jm~1-6 кА/мм2 τ=60 мкс,наибольший нагрев ΔT наблюдаются у Ti, наименьший у Cu,наименьшие скачки Δσf -Δσe у W, наибольшие у Ti,Cu: Jm~5.5 кА/мм2, τ=60 мкс - ΔT~5 К, (Δσf-Δσe)/σf·100%~2.2 %;Ti: Jm~4.5 кА/мм2, τ=60 мкс - ΔT~110 К, (Δσf-Δσe)/σf·100%~8 %;2) Al 6061-T6 [119]: Jm~8.3 кА/мм2, τ~225/2 мкс - T~470 К,(Δσf-Δσe)/σf·100%~3.5 %;3) сплав алюминия A5083 [108]:Jm~40-60 кА/мм2, τ~1 с,Tp=20 с, T=47.6-110.3 oC, Δσf/σf·100%~17-33 %;4) магниевый сплав AZ31 [106] Jm~10-60 кА/мм2, τ~0.5 с,Tp=20 с, T=33-170 oC, Δσf/σf·100%~5-92 %.б)Увеличение пластических деформаций доразрушения:1) титановый сплав TC4 [88]:Jm~4.5 кА/мм2; τ~110/2 мкс;2) сталь 12Х18Н10Т [65]: (δ-δ0)/δ0~1.0,Jm~20 кА/мм2, τ~1000 мкс;3) сплав алюминия A5083[108]:(δ-δ0)/δ0·100%~10-80%, Jm~40-60 А/мм2,τ~1 с, Tp=20 с, T=47.6-110.3 oC.г) Торможение трещин:1) кремнистое железо [76]:Jm~0.2-4 кА/мм2, τ=100 мкс.Разгон трещин:1) кремнистое железо [76]:Jm~4 кА/мм2, τ=100 мкс.в) Уменьшение предела упругости:1) Титановый сплав TC4 [88]:Jm~4.5 кА/мм2, τ=110/2 мкс;2) Сталь 316L [95]: Δσf ~23%, ΔHV~14%;3) Сталь 308L [109]: Jm~184.6 А/мм2,τ~100-250 мкс, f=140-350 Гц, Δσf~10%;4) Al 6061-T6 [119]: τ~225/2 мкс,T~580 К, Δσf~10%.Отсутствие влияния привысокоскоростномдеформировании [102]: ~1000 1/c;304SS: Jm~60-180 кА/мм2;Ti-6Al-4V: Jm~50-100 кА/мм2.Залечиваниемикротрещин:1) сплав титана TC4 [88]:Jm~5 кА/мм2, τ=110 мкс.Развитие трещин:1) алюминий [107]:Jm~1.2 кА/мм2, τ=500 мкс.д)Здесь Jm- амплитуда плотности тока; τ - длительность импульса; Tp - период следованияимпульсов; T - температура; Δσf , Δσe - скачки пластических и упругих напряженийсоответственно; δ0, δ - максимальные деформации при пропускании тока и безсоответственно;  -скорость деформаций.Рисунок 1.23 Влияние импульсного тока на деформирование металлов.701.5.7.

Выводы по главе 1Рассмотрено формирование управляемых импульсов магнитного давленияпозволяющее испытывать материалы, в том числе проводящие, на растяжение,сжатие, откол, с макродефектом типа трещин и др. Так магнитноимпульсноенагружение позволяет генерировать импульсы давления с длительностью порядкамикросекунд и выше, что в различных условиях испытания соответствуетскоростям деформирования ~103-105 1/с.При этом возможность параллельного или между циклами деформированиявоздействия импульсного тока на исследуемые образцы, как за счет наведенноготока в образцах от МИД, так и за счет дополнительного ГИТ позволяетрассматривать свойства проводящих материалов в условиях воздействияимпульсного тока с различными параметрами.Каквидноизлитературногообзорапропусканиеимпульсногоэлектрического тока амплитудой ~1-5 кА/мм2 и более, длительностью ~60-100 мксв процессе деформирования может приводить к:- скачкообразному снижению усилий деформирования;- залечиванию микротрещин;- торможению трещин;- др.Что может сопровождаться увеличением пластических деформаций.

Приотносительно небольших плотностях тока возможно также упрочнение материалаза счет уменьшения плотности дислокаций.За счет малости, перечисленные воздействия импульсного электрическоготока могут не наблюдаться, как например при опытах в [103] при высокихскоростях деформирования порядка 103-104 1/с.71Постановка задачиЦель - обосновать применимость магнитноимпульсного способа созданияуправляемыхударныхдеформированиянагрузокпроводящихдляисследованияобразцовпривысокоскоростногоимпульсномвоздействиимикросекундной длительности.Задачи:1.

разработка схемы испытания и анализ особенностей взаимодействияимпульсного магнитного поля с проводящими образцами;2. экспериментальноеичисленноеисследованиеформированияимпульсного давления и влияния неоднородностей в токоведущих элементах наего параметры;3. экспериментальноеичисленноеисследованиеформированияимпульсного давления и влияния неоднородностей в токоведущих элементах наего параметры.722.

Характеристики

Список файлов диссертации