Диссертация (1144175), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Однако необходимо отметить, что в 70 – 80 годы прошлого века некоторыеавторы полагали, что любая теория пластичности и прочности должнаучитывать, по крайней мере, микродинамические эффекты, связанные сдвижением основных (известных на тот период) носителей пластическойдеформации – дислокаций [26]. Учёт этих эффектов проводился на основе27глобального соотношения дислокационной теории пластичности, котороесвязывает скорость пластической сдвиговой деформации с тремя переменными:скоростью движения подвижных дислокаций V, их средней плотностью Nm иперемещением, приходящимся на одну линию дислокации b (векторомБюргерса). В результате это соотношение выглядит следующим образом  0,5bN mVВконцепрошлоговека(1.7)возобладалаконцепция,связаннаясмногомасштабностью протекания процессов деформации и разрушения, т.е.указанные процессы происходят одновременно или последовательно на трёх –пяти масштабных структурных уровнях: микро- мезо- макро [27]. Кроме этихтрех глобальных уровней некоторые авторы вводят и промежуточные уровни,например, уровни мезо I и мезо II [28].В результате динамического нагружения и последующей разгрузки вматериалах возникают как обратимые, так и необратимые физические, физикохимические и механические процессы.

Среди них: сжатие твёрдых тел различнойинтенсивности (от лёгкого до сильного), повышение температуры, фазовыепревращения, изменения структуры, упрочнение, откольное разрушение и т.д.Известно, что твёрдые тела при динамическом нагружении способныпередавать большое разнообразие волн напряжения. В частности, в металлахмогут распространяться упругие, пластические и ударные волны. Причинытакого разнообразия заключаются в том, что здесь имеется большое числопеременных, характеризующих состояние твёрдого тела или процесс, с нимпроисходящий:напряжение,деформация,скоростьдеформации.Принапряжении в импульсе ниже предела текучести имеет место распространениеволны с акустической скоростью. Выше точки текучести волна напряженияраспространяетсяснесколькоменьшейскоростью,равнойскоростипластической волны, которая меняется по мере деформационного упрочнения.Однако при величинах напряжений, намного превышающих предел текучести,волна распространяется со скоростью, которая может приблизиться или даже28превзойти упругую.

Это свойство является следствием того факта, что объёмныймодуль упругости увеличивается с увеличением напряжения и могут создатьсяусловия для возникновения ударной волны. Имеется взаимодействие междупластическим и ударным волновым фронтом, причём последний приопределённых условиях может догнать лидирующий упругий фронт.

Кроме того,взаимодействие волн может привести к тому, что в обратном направленииначнут распространяться волны разгрузки и, достигнув передней поверхности,начнут распространяться вперёд. Чувствительности к скорости деформациилюбой механической характеристики ещё больше усложнит картину.

Такимобразом, тип волновых движений, с помощью которых передается механическаяэнергия в твёрдом теле, сложным образом связан с напряжением, деформацией,скоростью деформации, температурой и, возможно, другими переменными [29].Можно сформулировать следующие известныена сегодняшний деньосновные выводы по исследованию динамического поведения материалов [30]:1. Деформационное упрочнение и микроструктурные изменения в материалепри высокоскоростной деформации зависят не только от пластическойдеформации, но и от характера напряжённого состояния и историипредшествующегонагружения.Изменениемикроструктурыприрастяжении и сжатии не идентично;2. Все исследованные металлы и сплавы обнаруживают повышениехарактеристик прочности и пластичности с ростом скорости ударногонагружения (   10 с-1) при нормальной температуре (из этого положенияесть некоторые отступления);3.

Влияниескоростидеформациинасопротивлениедеформацииописывается разными зависимостями: кусочно-линейной от логарифмаскорости деформации в диапазоне   10 2  103 с-1, линейная зависимостьсопротивления от скорости деформации в диапазоне   103  2 10 4 с-1;4. Коэффициентвязкости,определяющийкоэффициентпропорциональности между приращениями сопротивления деформации и29скорости деформации, не является постоянным, а зависит от скоростидеформации.Данные положения не являются абсолютными утверждениями, посколькуих вывод основан на анализе достаточно ограниченного круга исследованныхматериалов, и они сформулированы разными авторами, которые исходили изсвоих собственных соображений и концепций, зачастую подгоняя полученныерезультаты под данные концепции.Кроме того, к настоящему времени хорошо установлено, что прочностьматериалов при динамическом нагружении тесно связана с интенсивностьюпроцессов структурообразования [31].

Под структурообразованием понимаетсязарождение дислокационной структуры, полос локализованного сдвига,вихревых структур и других дефектов, по своему масштабному уровнюотносящихся к мезоскопическому уровню (0,1 – 10 мкм). Отметим, что изучениепроцессов структурообразования при ударном нагружении является одной изактуальных задач физики и механики высоких давлений. Несмотря на то, чторазвитие мезомеханики в последние три десятилетия выявило ряд важныхзакономерностей процесса структурообразования [32], но тем не менее до сихпор отсутствуют надёжные определяющие уравнения среды на мезоуровне.Также отсутствуют приблизительные критерии перехода от однородногодинамического деформирования к гетерогенному деформированию, описаниекоторого требует привлечения сведений о закономерностях поведениявнутренней структуры материала [33].В заключение настоящего раздела остановимся на существующихопределяющихуравнениях,которыесвязываютсопротивлениедеформированию со скоростью деформации.

Одним из самых важных вопросовявляется вопрос о сфере применения соответствующих уравнений. Наиболееполную классификацию таких уравнений привёл В. Прагер [34].Если в уравнении  C1  C2  C3  C4  0 ,30где   напряжение,   деформация,  и   первые производные по времени отнапряжения и деформации, придать различные значения постоянным материалаС, то можно получить восемь уравнений для различных сред (для простотыприведем их для одноосного напряжённого состояния):   –(1.8)уравнение течения вязкой жидкости Ньютона,   0   (1.9)уравнение вязко-пластического течения Шведова – Бингама,    к (1.10)уравнение упруго-вязкого течения Кельвина – Фойхта, которое обычнозаписывается в виде  Е  ,tгде Е – модуль упругости Юнга,   коэффициент динамической вязкости,   0    к ,    (1.11)(1.12)уравнение Максвелла, часто применяемое для описания деформированияполимеров,   0    (1.13) (1.14)модификация уравнения Максвелла,    к уравнение, которое исследовал А.Ю.

Ишлинский и, наконец,   0    к  .(1.15)Более общий (по сравнению с уравнением (1.15)) закон деформированиярассматривали В.В. Соколовский [35] и Л. Мальверн [36], который можнозаписать в следующем виде (форма Л. Мальверна)31  E  F   f ( ) ,(1.16)где  p  скорость пластической деформации; F  произвольная функция; f ( ) функция, определяющая напряжение при квазистатическом напряжении.Уравнение (1.16) предполагает представление полной скорости деформациив виде сумм двух компонент – пластической и упругой, причем последняязадаётся законом Гука, и, если (1.16) записать в ещё более общем видеE p  g ( ,  ) ,тоE    g ( ,  ) ,здесь (1.17)и   полная (упругая плюс пластическая) деформация и скоростьполной деформации.Уравнение в форме В.В.

Соколовского выглядит следующим образом:  E  [(   s ) / t c ] ,(1.18)где  s  статический предел текучести материала; t c  эмпирическая постоянная.Определяющее уравнение типа Л. Мальверна часто записывается в форме  E s  exp(t c   f ( ))  1 .s(1.19)Уравнение Соколовского – Мальверна предполагает также, что материалприведен в состояние начального пластического течения после создания в нёмзаданной упругой деформации, независимой от скорости упругой деформации.И, кроме того, для развития пластического течения требуется время, за котороемогли бы появиться заметные пластические деформации.

Поэтому деформации,превышающие статические, состоят главным образом из упругой компоненты.Этим объясняется распространение приращений напряжений при наличиипредварительного напряженного состояния со скоростью упругих волн, т.к. дляразвития пластического течения требуется время.321.4. Некоторые методы определения механических и фрикционныхсвойств материалов и покрытийСтандартные механические характеристики материалов в настоящей работеопределяли в соответствии с ГОСТ 1497–84 «Металлы. Методы испытаний нарастяжение».Поскольку в диссертационной работе используются высокоэнергетическиеметоды модифицирования поверхностного слоя металла, толщина которого непревосходит 100 мкм, то целесообразно рассмотреть некоторые методыисследования структурно-фазового состояния и механических свойств тонкихприповерхностных слоёв металлов и сплавов.В настоящее время применяются следующие основные виды исследованияприповерхностных слоёв металлов и сплавов, толщина которых не превосходитнескольких сотен микрометров [17, 37]:1.

Металлографические исследования с помощью световой, сканирующейэлектронно-растровой и просвечивающей дифракционной (метод тонких фольг)электронной микроскопии. Количественный анализ структур металлов и сплавовпроводят с помощью методов стереологии [38] и количественной электронноймикроскопии [39];2. Испытания на микротвёрдость с помощью микротвердомеров ПМТ-3,ПМТ-5 или встроенных устройств измерения микротвёрдости в световыемикроскопы (как правило иностранного производства). Можно отметить, чтоизмерения микротвёрдости – единственный метод определения механическихсвойств тонких приповерхностных слоёв [37].Сущность метода микротвёрдости заключается в определении отношениядействующей на индентор (алмазная пирамидка с квадратным основанием иуглом между противоположными гранями 1360) нагрузки (при выдержке неменее 5 с) к площади поверхности отпечатка. Величина нагрузки мала,выбирается в зависимости от вида испытуемого материала и находится впределах от 0,05 до 5 Н.33Хотя приборы для определения микротвёрдости вдавливанием неотличаются от обычных приборов, предназначенных для определениямакротвёрдости, тем не менее, для образцов с электролитически полированнойповерхностью зависимость чисел твёрдости от величины нагрузки в областимикротвёрдости бóльшая, чем в области макротвёрдости [37].Для оценки свойств модифицированных слоев металлов и сплавов, которыеопределяютихизносостойкость,применяютсяметодыопределениягеометрических и фрикционных характеристик [40].В настоящей работе применялась следующая методика определениякоэффициента истирания, который является обратной величиной коэффициентаизноса [40].

Характеристики

Список файлов диссертации