Преривчаста текучість та програмне зміцнення сплавів
1.1 Нестійкість і мезоструктурні аспекти пластичної деформації
У багатьох матеріалах спостерігається стрибкоподібна пластична деформація, відома як «ефект Портевена-Ле Шательє» (ПЛШ). Цей вид нестійкості досить докладно досліджений при розтяганні/стиску, крутінні, вигині тощо. Серед особливостей ПЛШ слід зазначити його високу чутливість до умов деформування. Наприклад, зміна швидкості відносної деформації έ усього лише на один-два порядка може призвести до переходу від стійкої течії до преривчастої з послідовною зміною трьох різних типів нестійкості: глобальна втрата стійкості, що безпосередньо передує руйнуванню, зуб текучості та преривчаста текучість (рис.1.1).
Рисунок 1.1 – Основні типи нестійкості пластичної деформації (схема):
а – деформаційна крива з зубом текучості; б – фрагменти деформаційних кривих з преривчастою текучістю.
Разом зі стійкою деформацією ці три види нестійкості дозволяють описати будь-яку деформаційну поведінку. Нестійкість виникає як результат перехідних процесів у динамічній системі, якою є деформований матеріал, і на перший план тут виходять сугубо нелінійні ефекти й нерівноважні процеси. З нестійкостями пов'язані різні аномалії механічних властивостей. Нестійкості виникають, коли флуктуації деформації досягають макроскопічних масштабів. Тому перш ніж розглянути різні види нестійкості пластичної деформації, треба зупинитися на загальних поданнях про неоднорідність пластичної деформації, її ієрархії й самоорганізації, а також чітко відокремити поняття: «нестійкість пластичної деформації» та інші подібні або пов'язані з нею явища.
1.2 Зв'язок мікроструктури й макроскопічної поведінки матеріалів при пластичній деформації
Тривалий час гіпотеза про однорідність пластичної деформації в обсязі деформованого матеріалу досить добре задовольняла вимоги інженерних розрахунків. Проте, встановити остаточний зв'язок між мікроструктурою матеріалу і його макроскопічною поведінкою під навантаженням так і не вдалося. Сьогодні стає зрозумілим, що для цього є принципові обмеження, пов'язані з нелінійністю, сильною нерівноважністю й синергізмом процесу пластичної деформації.
Стосовно пластичної деформації мається на увазі, що, з одного боку, той самий матеріал при різних умовах навантаження може поводитися абсолютно по-різному, а з іншого боку, два зовсім різних по мікроструктурі матеріала можуть поводитися подібно при їх деформуванні. Наприклад, нестійкість пластичної деформації, надпластичність, аномалії коефіцієнтів зміцнення й швидкісної чутливості опору деформування. На різних матеріалах ефекти, пов'язані з розвантаженням і повторним навантаженням металевих зразків у пластичній зоні, ведуть себе подібно [3]. Це ефекти Хаазена-Келлі – поява майданчика текучості на деформаційній кривій після часткового або повного розвантаження металевого зразка при його повторному навантаженні; Кайзера – відсутність акустичної емісії після розвантаження металевого зразка; Баушингера – розбіжність кривих розвантаження й навантаження з утворенням петлі гістерезису. Загальні закономірності процесів накопичення нещільностей і руйнування для різних матеріалів, що включають метали й неметали, також виявляються подібними та незалежними від природи матеріалу й розглянутого масштабного рівня. Все це вказує на принципову неможливість вивчати деякі явища на мікрорівні і на необхідність розглядати й аналізувати структури матеріалів та процеси деформування і руйнування на більш високому рівні.
Сучасна фізика міцності і пластичності розглядає неоднорідність пластичної деформації на різних масштабних і структурних рівнях. Пластична деформація інтерпретується як ієрархічний процес самоорганізації [3]. Неоднорідність деформації, з одного боку, впливає на технологічні властивості (штампуємість, оброблюваність, зварюваність), а з іншого боку, обумовлює експлуатаційні (наприклад, якість поверхні) і механічні властивості матеріалів у виробах (зокрема, з нестійкістю деформації пов’язують виникнення різних аномалій механічних властивостей, що ускладнює вірний прогноз поводження матеріалів у виробах).