Диссертация (1144175), страница 14
Текст из файла (страница 14)
3.8.Скорость циркуляции (течения воды) составляла 6 м/с.Рис. 3.8. Схема проведения коррозионных испытаний в проточной морской водеКаждый контейнер (для одного вида образцов) наполнен морской водой (ссодержанием соли 33 промилле) объемом 15 литров и содержит в себе насос иобразцы из исследуемых металлов. Расположение всех элементов в контейнереобъёмом 30 дм3 показано на рис. 3.8.
Температура воды – 25 0С.Рис. 3.9. Схема испытательного контейнера:1 – насос Jebao AP – 300, 2 – испытуемые образцы, 3 – корпус контейнераПосле каждой выдержки (90 или 135 дней) образцы были испытаны наэкспериментальной установке (рис. 3.4) по методу Кольского с применениемРСГ. Результаты испытаний приведены в таблице 3.3. Примеры диаграммнагружения приведены на рис. 3.8.99Таблица 3.3Результаты испытаний после выдержки материалов в проточной морской водеМатериалСкоростьдеформацииПределтекучестиПределпрочностиОтносительноеудлинениеОтносительноесужение , Sd , bd ,d ,d ,с-1МПаМПа900830 ± 10870 ± 5Титан 3М850 ± 5900 ± 51300850 ± 15900 ± 10880 ± 20920 ± 51800860 ± 10890 ± 10900 ± 10940 ± 15Сталь1300450 ± 10680 ± 4008Х18Н10Т560 ± 20775 ± 501600475 ± 25800 ± 75600 ± 30920 ± 202000500 ± 15925 ± 85635 ± 15860 ± 20Бронза1150545 ± 25,0975 ± 25,0БрАЖНМц650 ± 20985 ± 15,01500625 ± 751050 ± 100675 ± 25980 ± 201800680 ± 40,01070 ± 20775 ± 75975 ± 25Примечание: в числителе – результаты после выдержки135.%%18,5 ± 0,536 ± 1,017,5 ± 0,531 ± 0,521 ± 1,034,5 ± 1,520 ± 2,030 ± 3,020,5 ± 0,530 ± 2,019,5 ± 1,025,5 ± 3,553,5 ± 1,562 ± 1,551 ± 1,561 ± 1,553 ± 2,062,5 ± 4,549 ± 2,059,5 ± 3,056,5 ± 0,567,5 ± 2,547 ± 1,559 ± 3,022,5 ± 2,033 ± 3,026,5 ± 2,033 ± 3,023,5 ± 3,533 ± 1,025 ± 1,531 ± 4,026,5 ± 1,532,5 ± 1,526,5 ± 1,535 ± 1,090 дней, в знаменателе – послеАнализ результатов, представленных в таблице 3.3, и их сопоставление срезультатами, представленными в таблице 3.2, показал, что:1.
После коррозионных испытаний, в целом, происходит охрупчиваниеиспытанных материалов. В наибольшей степени это характерно длятитанового сплава 3М, в наименьшей – для стали 08Х18Н10Т;2. Нахождение в морской воде привело к некоторому увеличению пределатекучести бронзы. Предельные характеристики разрушения оказалисьнечувствительны к влиянию этой среды;3. Степень охрупчивания растёт со скоростью деформации;1004. После коррозионных испытаний разброс значений существенно выше, чемпри испытаниях обычных образцов;5. В целом, значения всех параметров испытанных материалов после ихвыдержки в проточной морской воде соответствуют значениям параметров1000напряжение, МПанапряжение, МПавязких материалов средней и высокой прочности.800600400200000,050,1100080060040020000,1500,1деформация0,20,3деформацияа)б)1200напряжение, МПа10008006004002000-20000,050,10,150,20,25деформацияв)Рис.
3.10. Примеры диаграмм нагружения испытанных металлов:а) титан 3М ( 900 с-1, 135 дней); б) 08Х18Н10Т ( 1600 с-1, 90 дней);в) БрАЖНМц ( 1500 с-1, 135 дней)Можно также отметить, что после выдержки в проточной морской водехарактеристики прочности (предел текучести и временное сопротивление)титана и бронзы выросли, в то время как у стали 08Х18Н10Т предел текучестивырос (наиболее заметно, после нахождения в морской воде 135 дней), а пределпрочности снизился.
Кроме того, следует отметить, что динамические101характеристики прочности материалов после выдержки в проточной морскойводе значительно выше аналогичных статических характеристик.102Выводы к главе 31. Динамические характеристики испытанных материалов в исследуемыхдиапазонах скоростей деформации при нормальных условиях различаютсянезначительно, при этом наблюдается значительное различие междудинамическими и статическими параметрами;2.
Выдержка исследованных материалов в проточной морской воде приводиткснижениюихдинамическихпластическиххарактеристик(относительному удлинению и относительному сужению), при этомстепень уменьшения пластических свойств увеличивается с ростомскорости деформации.1034. Физико-математическое моделирование динамического поведенияматериалов и элементов судовой арматуры4.1. Структурно-геометрические переходы при динамическомнагружении материаловРазработка общей теории моделирования пластического деформирования иразрушениятвёрдыхтелвнастоящеевремянеразрывносвязанаспредставлениями о нагружаемой среде как о многомасштабной нелинейнойоткрытой динамической системы [82, 83].
В многочисленных работах (см.,например, [84 – 87]) установлено, что разрушению твердых тел, том числехрупких и квазихрупких, в поле внешних сил предшествуют появлениенекоторой плотности дефектов кристаллического строения и акты пластическойдеформации, которые самосогласованно реализуются на разных структурныхуровняхпутемкооперативноговзаимодействияансамблейдефектовкристаллического строения в диапазоне масштабов от нано- до макро- уровней.Однако выявление кооперативных явлений в условиях разрушения и, вбольшей степени, динамического разрушения наталкивается на ряд трудностейэкспериментального и теоретического характера.
Например, непонятно, какойпараметр необходимо взять за основу при поиске корреляций между скоростьюдеформации,типомизломаидоминантныммеханизмомструктурнойаккомодации. В то же время за последние два – три десятилетия установлено, чтопрофиль и поверхность динамически разрушаемых материалов являютсяфрактальными объектами [88 – 90]. В этом случае характеристикой поверхностиизлома является фрактальная размерность D f либо его контура, либо егоповерхности. В первом случае 1 D f 2 , во втором – 2 D f 3 .Поэтому в настоящей работе были проведены исследования, направленныенавозможноеиспользованиефрактальнойразмерностивкачествехарактеристики, позволяющей связать между собой различные параметрыпроцесса разрушения и динамических свойств материала [90].
Естественно одна104характеристика поверхности излома не может дать исчерпывающего описаниятакого сложного процесса как динамическое разрушение. В общем случаеповерхность разрушения, сформированная ансамблем из микро- мезо- имакродефектов при механизма разрушения даже одной физической природы,будет представлена бесконечным числом фрактальных размерностей (такназываемый мультифрактальный подход [89]). Однако применение даже однойфрактальной размерностиможет быть, как будет показано ниже, весьмаэффективным инструментом в исследованиях материалов.Фрактографические и металлографические исследования испытанных приразных скоростях деформации образцов (см.
раздел 3) в нормальных условиях спомощью светового микроскопов «Аффри» и «Аксиоверт» подтвердиливысказанное предположение (размер зёрен в исследованных сплавах в исходномсостоянии находился в диапазоне 20 – 50 мкм). Например, на поверхностяхразрушения были зафиксированы признаки квазихрупкого разрушения в видемикротрещин расслоения, фасеток и ямок квазискола (рис. 4.1) [91 – 95].а)б)Рис. 4.1. Микротрещины расслоения в стали 08Х18Н10Т (а), ямки квазискола в титане3М (б)С повышением скорости деформации от 1300 до 2000 с-1 в зоне разрушенияобразцов стали 08Х18Н10Т в её микроструктурных измененияхзафиксирована последовательность от неравноосных (50 × 10 мкм) фрагментовдо каналов деформации в форме полос шириной 15 ± 5 мкм и менее 5 мкм.В титановом сплаве 3М с повышением скорости деформации от 800 до 1500с-1 также выявлены цепочки полигонов в форме параллелепипедов размерами10530х50 мкм, структурные объекты полосового вида шириной 20±5 мкм и каналыдеформации шириной до 13 мкм (рис.
4.2).а)б)в)Рис. 4.2. Структуры титанового сплава в зоне разрушения образцов:а) 800 с-1, б) 1100 с-1, в) 1500 с-1.В бронзе пластическая деформация осуществлялась в виде движениязеренных потоков (рис. 4.3), что приводило к образованию каналовмикропластической деформации и к полосовой структуре, характерной длямезоскопического масштабного уровня пластической деформации [96 – 98].Можно также отметить, что поверхность разрушения для бронзы, в рядеа)б)в)Рис. 4.3.
Структура бронзы в зоне разрушения образцов:а) – 1100 с-1, б) – 1500 с-1, в) – 1800 с-1случаев напоминала регулярные фрактальные структуры, так называемыефигуры (звёздочки) Коха [99] (рис. 4.4), что указывало на несомненнуюфрактальную геометрию поверхности. Помере увеличения скоростидеформации от 1150 до 1800 с-1 ширина каналов микропластической деформацииуменьшалась от (80 – 200) мкм до (20 – 30) мкм.106Рис.
4.4. Часть поверхности разрушения образца из бронзы БрАЖНМц ( =1500 с-1)Междуканаламимикропластическойдеформациибыливиднымикротрещины различной длины. Такие микродефекты свидетельствуют оскоростной неоднородности движения частиц среды в зоне пластическойтечения материала образца. Полученные результаты подтверждают концепциюо том, что в процессе динамического нагружения кроме средней скорости частицсуществует и дисперсия распределения по скоростям, которая возникает в случаедвижения соседних участков материала с разными скоростями [100, 101].Скоростная неоднородность среды может быть ответом на вопрос, который былпоставлен в [102]: какова природа фрактальности поверхности разрушения?На основании предполагаемых структурно-геометрических переходовпрофили поверхностей разрушения представлены в форме самоаффинныхфрактальных кривых [103, 104].Таблица 4.1Фрактальные динамические характеристикиМатериалСкоростьдеформации ,с-1Деформацияобразца SdПределпрочности bdf ,МПа8000,11845Титан 3М11000,12148015000,091290Сталь13000,18217508Х18Н10Т16000,24188520000,291145Бронза11500,172250БрАЖНМц15000,22185018000,241790Примечания: 1) величина используемого масштаба – 50 мкм.Df1,111,091,061,231,131,081,341,231,18Относительноесужение df ,%645642887052645649107По полученным с помощью фотографий длинам контуров поверхностей прикаждом увеличении были определены фрактальные размерности Df, значениякоторых приведены в таблице 4.1.Можно отметить, что с ростом скорости деформации фрактальнаяразмерность незначительно монотонно уменьшается, при этом её абсолютныезначения больше 1 (размерность линии), но меньше 2 (размерность плоскости вЕвклидовой геометрии).Для того, чтобы проранжировать механические свойства исследуемыхматериалов в исследованном диапазоне скоростей при помощи найденныхзначенийскоростейдеформации,найдемсвязьмеждунекоторымихарактеристиками металла и Df.
Прежде определим связь между ψd и Df. С этойцелью запишем формальное определение относительного сужения F0 Fcr,F0(4.1)где F0 – начальная площадь поперечного сечения цилиндрического образца; Fcr– конечная площадь поперечного сечения образца после его разрыва. Подставляяв (4.1) значения площадей, выраженные через их диаметры, получимd 02 d cr2. d 02(4.2)Здесь d0, dcr – соответствующие диаметры образцов. Отметим, что соотношения(4.1) и (4.2) справедливы как для квазистатического нагружения, так идинамического.Длина (L) фрактальной линии определяется из соотношения [99]L x( L 0 / x)Df,(4.3)где х – величина используемого масштаба; L0 – расстояние между двумярассматриваемыми точками по прямой.Из (4.2) и (4.3) следует, что в некоторых (если не в большинстве) случаяхотносительное сужение будет являться отрицательной величиной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
