Диссертация (1150440), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Методика созданияимпульсов механического давления электромагнитным способом хорошо описанав работе [42]. Автор показал, что использование этого способа нагруженияпозволяетсущественноупростить процесс проведенияэкспериментов иопределить параметры импульса давления, передаваемогов образец, спогрешностью не более 5%. Однозначная связь параметров импульса давления стокораспределением в нагрузочном устройстве обосновывает возможностьформирования требуемого распределения нагрузки в образцах различнойконфигурации.Однако наиболее распространенным методом исследования механическихсвойств материалов при высокоскоростном нагружении (102 с-1 и более), являетсяметод Кольского для разрезных стержней Гопкинсона (и его различныемодификации). Несмотря на обилие методов исследования, большинство авторов,результаты работ которых описаны ниже, использовали именно метод Кольскогодля разрезных стержней Гопкинсона.Можно утверждать, что первые исследования сплавов с ЭПФ привысокоскоростном нагружении проводили по аналогии с исследованиями21обычных материалов, изучая, в основном, их механические свойства.
Пожалуй,самой первой была работа [20], в которой исследовали влияние температуры искорости деформирования сжатием на зависимость напряжение-деформациясплава TiNi. Были использованы цилиндрические образцы диаметром и высотой6 мм, изготовленные из сплава Ti49Ni51 и отожженные при 673K в течение 1 часа ввакууме.
Температуры мартенситных превращений при этом были равны: М s =243,6К, Mf = 198,9К, Аs = 299,5К, Аf = 319,1К. Квазистатические испытания насжатие были проведены при скорости деформации 10 -4 с-1. Высокоскоростныеиспытания проводили методом Кольского для разрезных стержней Гопкинсонапри скоростях деформирования (2-7)×102 с-1. И те и другие испытания проводилипри температурах от 201 до 366К.Рисунок1.4. Диаграммыдеформирования сплава TiNiв квазистатических (St) идинамических (Dy)испытаниях при различныхтемпературах [20].На Рисунке 1.4 показаны зависимости напряжение-деформация приразличных температурах при квазистатическом и высокоскоростном нагружении.При температуре ниже Мs фазовая деформация, полученная двойникованиемтермически образованного мартенсита, могла быть полностью восстановленанагреванием после разгрузки.
В интервале между Мs и Аs неупругая деформация,22полученная за счет образования мартенсита напряжения, также исчезала принагревании. При температуре выше Аs мартенсит, наведенный напряжением,исчезал при разгрузке, что приводило к эффекту сверхупругости. Даже притемпературах значительно выше Аs (366К) остаточная деформация послеразгрузки и нагревания все еще оставалась небольшой.На Рисунке 1.5 показана зависимость напряжения, соответствующего 2%деформации, от температуры при квазистатическом и динамическом нагружении.При повышении температуры испытания от 200К это напряжение уменьшается иимеет минимум чуть выше Мs.
Затем напряжение увеличивается с ростомтемпературы. В интервале температур 300-350К появляется еще одна зависимость– для такого же напряжения при разгрузке во время реализации эффектасверхупругости.Рисунок 1.5. Зависимостьнапряжения,соответствующего 2%деформации, оттемпературы, при которойбыли проведенывысокоскоростные иквазистатические испытания[20].В выводах по работе также отмечено, что при всех использованныхтемпературах в динамических испытаниях это напряжение было всегда больше,чем в квазистатических.Исследование влияния скорости деформирования при растяжении намеханическоеповедениесплаваTiNiприразличныхтемпературахнапроволочных образцах было проведено в работе [22]. Использовали проволочныеобразцы диаметром 0,75 мм из сплава Ti-55.3масс.%Ni с температурой окончанияобратного мартенситного превращения Af = 323K. Испытания на растяжениепроводили при температурах 303, 333 и 373К с постоянной скоростьюдеформирования, варьировавшейся в пределах от 0,1%/мин (1,7×10-5с-1) до23200%/мин (3,3×10-2с-1) (Рисунок 1.6), максимальная полная деформация быларавна 6%.Рисунок 1.6.
Диаграммы деформирования сплава TiNi приТ=300 К (a), Т=333 К (b) и Т=373К (c) [22].В результате исследований авторы пришли к следующим выводам:1) При скорости деформирования меньше 10% в минуту (1,7×10-3с-1)напряжение, при котором начиналось прямое или обратное мартенситноепревращение, не зависело от скорости деформирования. Но, в случае, когдаскорость деформирования превышала 10% в минуту, напряжение, при которомначиналосьпрямоепревращение,увеличивалосьсростомскоростидеформирования, а для обратного превращения аналогичное напряжениеуменьшалось (Рисунок 1.7). С увеличением температуры деформирования всенапряжения возрастали при всех скоростях деформирования (Рисунок 1.8).2) Плотность энергии восстановленной деформации незначительно зависела отскорости деформирования, но увеличивалась пропорционально температуре, прикоторой проводилось деформирование (Рисунок 1.9).
Плотность энергиидеформации, наоборот, почти не зависела от температуры, но увеличиваласьпрямо пропорционально скорости деформирования на скоростях выше 1%/мин(или 1,7×10-4с-1) (Рисунок 1.10).24Рисунок 1.7. Зависимостьнапряжения, вызывающегомартенситное превращение, отскорости деформирования [22].Рисунок 1.8. Зависимостьнапряжения, вызывающегомартенситное превращение, оттемпературы деформирования [22].Рисунок 1.9.
Зависимостьплотности энергии восстановленнойдеформации от температурыдеформирования [22].Рисунок 1.10. Зависимостьплотности энергии деформации отскорости деформирования [22].3) Эффект памяти формы после предварительного деформирования соскоростями 0,1%/мин (1,7×10-5с-1) и 200%/мин (3,3×10-2с-1) показан на Рисунке1.11. Хорошо видно, что кривые практически совпадают и влияние скоростипредварительного деформирования на возврат деформации незначительно.Влияниескоростидеформированиянанапряжение,инициирующеепревращение (участок RPT на Рисунке 1.6), также было небольшим.R-25Рисунок 1.11. Возвратдеформации при нагреве послепредварительногодеформирования [22].В работе [21] было исследовано механическое поведение сплава NiTi сэффектом памяти формы при высокоскоростном (3×103 c-1) нагружении сжатием ипроведено его сравнение с деформированием с малой (3×10 -4 с-1 и 1,5×10-2 с-1)скоростью деформирования.Испытания на растяжение и сжатие с малой скоростью деформированияпроводили на машине Instron при комнатной температуре, использовали образцыиз сплава NiTi примерно эквиатомного состава, отожженные при 600°C в течение30минипоследующейВысокоскоростноезакалкойдеформированиевтольководекомнатнойсжатиемтемпературы.проводилиметодомКольского при комнатной температуре.
Перед испытаниями все образцыохлаждали в жидком азоте (-196°C) для обеспечения полного перевода образцов вмартенситное состояние. Характеристические температуры превращения длянедеформированных образцов имели следующие значения: Мs = 59°C, Mf = 39°C,Аs = 74°C Аf = 93°C.Рисунок 1.12.Диаграммы сжатиясплава NiTi при трехразличных скоростяхдеформирования [21].26Сравнение диаграмм деформирования с различными скоростями (Рисунок1.12) показало, что напряжения при высокой скорости деформирования немноговыше, чем при малых скоростях, однако, качественно характеристики кривыхнапряжение-деформация не изменяются.В процессе исследования авторы пришли к следующим выводам.
1. Образецпри сжатии со скоростью 3×103 c-1 остается в мартенситном состоянии. 2.Характеристики кривой деформация-напряжение нечувствительны к скоростидеформирования. 3. Стабилизация мартенсита после деформации не зависит отскорости деформации. Результаты дополнительно показали, что механизмдеформирования сплава NiTi практически не зависит от скорости деформациивплоть до 103 c-1. 4.
Около 90% механической работы может быть рассеяно присжатии сплава NiTi до 20% деформации при малой или высокой скоростидеформирования.В работе [43] образцы из никелида титана с 55.5масc.% никеля (Мs = -40°С,Mf = -13°С, Аs = -12°С, Аf = 9°С.) были подвергнуты динамическому растяжению,что вызывало мартенситное превращение под напряжением и пластическоедеформирование мартенситной фазы.
Высокоскоростное нагружение проводилиметодом Кольского для разрезных стержней Гопкинсона со скоростями от 1200 до2300 с-1. Было установлено, что мартенситное превращение обладает бóльшейскоростью деформации, чем остальная часть деформации. При нагружениипроисходил разогрев образцов за счет скрытой теплоты прямого мартенситногопревращения, образцы разогревались от 22 до 48°С. Был определен механизмразрушения сплава, который носил смешанный характер – образование и рост порс последующим межзеренным разрушением.ЕщеодноисследованиемеханическиххарактеристиксплаваTiNiэквиатомного состава после динамического деформирования растяжением (до15%) при комнатной температуре было описано в статье [31].
Испытанияпроводили методом Кольского для разрезных стержней Гопкинсона прискоростях деформирования до 300 с-1. Авторы установили, что плато напряжения,27связанное с раздвойникованием мартенситной фазы, существует и при самойвысокой скорости деформирования, использованной в работе (300 с-1). В случае,когда дислокационные механизмы доминировали в процессе деформирования,эффектдеформационногоупрочнениясильнеезависелотскоростидеформирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
