Диссертация (1149751), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Однако эта величина равна лишь частипластической деформации за один термоцикл. Объясняется это тем, чтотермоциклическое воздействие на СПФ, как правило, приводит к инициированиюпластической деформации даже при нулевом напряжении, внешнее же напряжениеобеспечиваетнаправленноеформоизменениеиявляетсявосновномориентирующим фактором, а не причиной пластического деформирования. Такимобразом, значительная часть пластической деформации, происходящая в образце,не влияет на его формоизменение и в результате этого величина ∆ занижается,что ведет к высокому значению .Таким образом, закон Коффина-Мэнсона может неплохо описыватьдолговечность СПФ для различных режимов циклического воздействия, но егонельзя использовать для построения универсального критерия долговечностипрочности из-за неоднозначности определения постоянных при разных режимахвоздействия.Авторы [58] предприняли попытку описать разрушение с точки зрениянакопления повреждений материала, которые характеризовались плотностямидеформационных дефектов.
Эти дефекты были разделены на две группы:обратимые и необратимые деформацией. Первые соотносятся с дислокационнымипетлями, образующимися и расширяющимися (сужающимися) при деформации.Такие дефекты создают ориентированные дальнодействующие поля напряжений.Ко вторым относятся неспособные к консервативному движению дефекты,53образующиеся при двойном поперечном скольжении дислокаций, огибании имипрепятствий и неполной их аннигиляции.
Создаваемые ими поля напряжений –короткодействующие. Считается, что каждым вариантом мартенсита создаютсясвои обратимые и необратимые дефекты, плотности которых для -го вариантаопределяются следующими эволюционными уравнениями:̇ = Φ̇ −1( Φ̇ )( Φ̇ ) ,∗(115)̇ = (2 + 3 )| | Φ̇ − () ,(116)где и – плотности обратимых и необратимых дефектов, Φ – мерамикропластической деформации, – функция Хевисайда, ∗ , 2 , 3 , –постоянные материала, () – функция материала.
Здесь в первой формуле первоеслагаемое отражает изменение плотности за счет образования новых обратимыхдефектов и движения уже существующих, а второе отвечает за выход дефектов наповерхность. Во второй формуле первое слагаемое характеризует образованиенеобратимых дефектов за счет движения обратимых дефектов, второе жеописывает уменьшение количества дефектов за счет процессов «отдыха» приучастии термоактивированных процессов.Для описания накопления повреждений, которые отождествляются смикротрещинами, было сформулировано условие микроразрушения. Основываясьна том, что причиной раскрытия микротрещин является образование достаточномощных скоплений дислокаций, создающих ориентированные поля напряжений, арассеянные дефекты «ослабляют» материал и ускоряют разрушение, было выбраноследующее условие микроразрушения:| | = (117)Здесь – материальная постоянная, определяющая критическое значениепроизведения плотностей дефектов при достижении которого происходитмикроразрушение.В качестве условий разрушения были выбраны следующие: зерно считалосьразрушившимся, если условие микроразрушения выполнилось хотя бы для одного54варианта мартенсита в этом зерне; макроразрушение представительного объемапроисходит, когда число разрушенных зерен достигает критического значения.Описанная модель дефектов и условия разрушения были встроены вмикроструктурную модель Лихачева-Волкова [16].
Это позволило качественноописать долговечность СПФ при циклическом изменении температуры ипостоянном напряжении, а также при знакопеременном изотермическомнагружении в псевдоупругом режиме. Кроме того, эта модель позволилапрогнозировать разрушение при одностороннем деформировании, в этом случаеразрушение наступает при достижении критической деформации.Модель [58] строится на основе микромеханического подхода. В нейповедение материала на макроуровне получается из рассмотрения множествадеформационных процессов на микроуровне.
Главным достоинством этой моделиявляется описание деформационных дефектов. Условие разрушения, построенноена основе этих дефектов, позволяет прогнозировать время жизни образца приразличных циклических воздействиях. Недостатком этого критерия разрушенияявляется то, что он не учитывает влияние действующего напряжения, что внекоторых случаях может приводить к некорректным результатам.551.5.
Выводы по аналитическому обзоруАнализ литературных данных показал, что моделирование деформационногоповедения СПФ является актуальным направлением исследований. К настоящемувремени разработано множество макроскопических и микроструктурных моделей,описывающихСПФ.феноменологически,Макроскопическиебезрассмотрениямоделиописываютдеформационныхдеформациюпроцессовнамикроуровне, они, как правило, достаточно просты, требуют небольшоеколичество вычислений, имеют простые алгоритмы определения материальныхпостоянных, однако эти модели обладают невысокой предсказательной силой и ихприменимость ограничена формальными условиями экспериментов, для описаниякоторых они созданы. Микроструктурные модели описывают деформациюмикроуровня, основываясь на представлениях о лежащих в ее основе физическихпроцессах,макроскопическаядеформациярассчитываетсяпосредствомусреднения деформаций отдельных структурных элементов, что позволяет учестьреальную структуру материала, в связи с чем следует ожидать большиепредсказательные возможности моделей этого класса.
Такие модели имеютпотенциал универсального средства для описания деформационного поведенияСПФ, их ограничения применимости связаны с реализацией учтенных в нихдеформационных процессов.Большинство существующих моделей фокусируется на описании обратимой(фазовой) деформации СПФ, наиболее развитым из них удается получать хорошиерезультаты при расчете эффектов, связанных с этой деформацией. В частности,стоит отметить, что некоторые микроструктурные модели рассчитываютмакродеформацию с учетом роста мартенсита в виде согласованных пар, такимобразом они описывают не только общую фазовую деформацию, но имикроструктуру мартенситных пластин.56При расчете рабочих элементов из СПФ, особенно тех, которые работают вусловиях циклических воздействий, важно учитывать не только обратимуюдеформацию, но и накопление необратимой деформации, однако лишь небольшаядоля моделей занимается описанием необратимой деформации.
Макромоделиописывают эту деформацию различными способами: как неполный возвратмартенсита при обратном превращении; как процесс пластической деформации,сопровождающий мартенситное превращение, с использованием различныхусловий течения и законов упрочнения. Микроструктурные модели необратимуюдеформацию связывают с микропластической деформацией.
Несмотря намножествоподходовописаниянеобратимойдеформации,существующиемакроскопические модели, как правило, ограничиваются одномерным случаем, амикроструктурные не дают удовлетворительных результатов при описаниидеформации при циклических нагрузках.К настоящему времени известно экспериментальных результатов оповедении СПФ при различных циклических воздействиях. Несмотря на это,направление прогнозирования циклической долговечности СПФ развито слабо,хотя оно критически важно для оценки надежности рабочих элементов из этихсплавов. Большинство предложенных методов описания долговечности СПФоснованы на использовании закона Коффина-Мэнсона. Такой подход позволяетполучать хорошие количественные оценки, но его нельзя использовать дляпостроения универсального критерия долговечности из-за неоднозначностиопределения постоянных при разных режимах воздействия.
Другой подход,основанныйнаучетедеформационныхдефектовиреализованныйвмикроструктурной модели [58], позволяет получать оценки долговечности дляразличных режимов воздействий, но он не учитывает влияние действующегонапряжения, что в некоторых случаях может приводить к некорректнымрезультатам.В связи с недостаточной проработкой описания необратимой деформации ипрактически отсутствием надежных средств прогнозирования долговечности СПФпри различных циклических воздействиях, была поставлена задача построения57модели деформационного поведения СПФ, в которой уделяется особое вниманиеэтим вопросам.
Для разработки этой модели был выбран микроструктурныйподход, так как модели данного класса более универсальны и имеют бόльшуюпредсказательную силу.Модель,описаннаявработах[16,58]являетсяперспективноймикроструктурной моделью, описывающей микропластическую деформацию иразрушение СПФ, однако она имеет ряд недостатков, которые препятствуюткорректному описанию деформационного поведения СПФ и не позволяютполучать хорошее количественное и качественное соответствие расчетов иэкспериментов:1.процесс микропластической деформации рассматривается отдельно отпроцесса образования деформационных дефектов и отсутствует взаимосвязьплотностей деформационных дефектов и упрочнения,2.некорректно учитывается энергия взаимодействия фаз, так как в ееформировании участвует вся микропластическая деформация, хотя влияниеоказывает лишь несовместная часть этой деформации,3.не учитывается взаимодействие мартенситных вариантов и их рост в видесогласованных пар,4.критерий разрушения не учитывает влияние действующего напряжения.Поэтому в данной работе для описания структурных уровней и фазовойдеформации применялись подходы аналогичные используемым в [16], а модельмикропластической деформации, модель деформационных дефектов и условиеразрушения разрабатывались с учетом вышеобозначенных недостатков.58Глава 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
