- •Основные понятия о разрушении металлов и сплавов
- •Контрольные вопросы
- •Дислокационные модели процесса разрушения
- •Переход от хрупкого разрушения к вязкому
- •Вязкое разрушение
- •Влияние различных факторов на характер вязкого разрушения
- •О критериях пластического разрушения
- •Тема № 3.
- •Текстуры деформации
- •1. Общие представления, классификация текстур
- •5. Анизотропия основных свойств текстурованных материалов
- •3. Общие принципы влияния напряженно-деформированного состояния на тип текстуры деформации
- •4. Влияние условий деформации, кристаллохимической природы материала и легирования на конкретный тип текстур деформации
- •1. Основные теории формирования текстур рекристаллизации
- •2. Основные типы текстурных изменений при рекристаллизации
- •Сверхпластичность и возможности ее использования при обработке металлов давлением
- •1. Основные параметры, характеризующие пластическую деформацию в условиях сверхпластичности
- •2. Влияние условий деформации, микроструктуры и состава на сверхпластичность и основные параметры процесса
- •3. Основные особенности атомного механизма сверхпластичности
- •4. Практическое использование сверхпластичности при обработке металлов давлением
- •1. Введение: сущность и виды термомеханической обработки
- •2. Структурные превращения при тмо
- •3.Влияние термомеханической обработки на свойства металлов и сплавов
- •4.Области применения тмо
- •1.Общая характеристика неметаллических включений.
- •2.Технологическая пластичность стали с неметаллическими включениями
- •3.Основные понятия о разрушении металлов и сплавов
- •Внутренние дефекты горячекатанных заготовок
- •1.Основные группы дефектов, их характерные признаки, расположение и закономерности трансформации
- •2. Внутренние дефекты горячекатанных заготовок:
1. Основные параметры, характеризующие пластическую деформацию в условиях сверхпластичности
В условиях изотермической деформации истинное напряжение пластического течения σ является функцией степени ε и скорости деформации: .
В дифференциальной форме эта зависимость имеет вид
.
Здесь во втором слагаемом характеризует чувствительность напряжения течения к скорости деформации.
Принимая, что малые изменения а линейно зависят от малых изменений ε и , можно выразить связь между σ, ε и так:
(192а)
разделив это выражение на dt, получим
(193)
Скорость деформации
(194)
где А — поперечное сечение. Знак минус связан с тем, что знак изменения А обратен знаку изменения длины образца:
(195)
Однако сила, вызывающая деформацию, равна
(196)
а изменение ее во времени . Разделив друг на друга последние два равенства , подставим в правую часть соответствующие значения из выражений (193) — (195) и введем обозначения
и (197)
(198)
При этом получим
(199)
Анализ выражения (199) при разных граничных условиях дает важную информацию о физическом смысле коэффициентов и .
Так, подставляя в уравнение (197) значение из (192а), имеем
Для случая, когда материал нечувствителен к скорости деформации, второй член равен нулю и , где имеет смысл показателя упрочнения .
Следовательно, — параметр материала, описывающий чувствительность показателя к деформации, т. е. склонность материала к упрочнению при деформации.
Аналогично, подставляя в уравнение (198) значение из (192а), имеем
(200)
Для случая, когда материал не упрочняется при деформации (что соответствует условиям вязкого течения и сверхпластичности), второй член равен нулю и
(201)
Следовательно, — параметр материала, описывающий чувствительность напряжения пластического течения к скорости деформации, т. е. склонность материала к упрочнению при увеличении скорости деформации.
Суммарная зависимость упрочнения материала от степени деформации и от ее скорости может быть записана с помощью параметров и для случая равномерной деформации так:
(202)
Эта зависимость, называемая уравнением состояния тела с вязкопластическими свойствами, характерна двумя крайними случаями:
а) зависимость σ от степени деформации пренебрежимо мала (n→0). Тогда
(203)
Материал ведет себя как вязкий, т. е. максимально пластичный, в случае m=1 наблюдается прямая пропорциональность между σ и ε (так называемое ньютоновское поведение);
б) зависимость σ от скорости деформации пренебрежимо мала (m→0). Тогда .
Материал ведет себя как идеально пластичное тело, упрочнение которого определяется степенью деформации.
Подстановка в зависимость (203) соответствующих значений из выражений (194) и (196) позволяет получить зависимость скорости изменения площади сечения dA/dt от значения А и параметра m. Она имеет вид
На рис. 289 показана эта зависимость в координатах dA/dt—А для разных значений m. Видно, что для разных m зависимость носит разный характер. При малых т (0,2—0,4) и n=0 скорость изменения площади сечения резко зависит от величины этой площади и тем резче, чем меньше т. Значит, при малых т возникающая неоднородность сечения (локальное утонение) будет резко усиливаться в процессе дальнейшей деформации.
С ростом m чувствительность к неодородностям ослабевает и при m=1 скорость изменения сечения перестает зависеть от неоднородностей в величине А.
Рис. 289. Зависимость
скорости изменения площади сечения
от величины этой площади для разных
значений параметра т:
1 —m-0,25; 2
— 0,5; 3 — 0,75; 4-1
Рис. 290. Зависимость между
экспериментально найденным
максимальным удлинением и величиной
т:
1—9 —
данные разных авторов
Таким образом, величина т характеризует склонность материала к образованию шейки, а значит и склонность к сверхпластичности.
На рис. 290 приведена зависимость между экспериментально найденными значениями максимального относительного удлинения δ, %, характеризующего максимальную пластичность, и величиной т. Видно наличие определенной корреляции. Сверхпластичность проявляется у сплавов, для которых m>0,3. Обычную пластичность обнаруживают материалы, для которых m<0,2.
Однако, как показано во многих работах, один и тот же материал при неизменном т обнаруживает разное удлинение δ, %, в зависимости от величины зерна и характера структурных изменений в ходе самой деформации.
Таким образом, высокое значение т, т. е. высокая чувствительность напряжения течения σ к скорости деформации , является необходимым, но недостаточным условием проявления сверхпластичности.
В настоящее время нет единого критерия, который мог бы однозначно характеризовать склонность материала к сверхпластичности.
Поэтому для суждения о пластичности материала и склонности его к сверхпластичности, кроме величины т, следует определять и другие характеристики. Наиболее полезную информацию дают значения относительного максимального удлинения δ ,%, а также данные о протяженности стадии стабильной деформации на истинных диаграммах растяжения.
Что касается внешних проявлений сверхпластичности, кроме высокого значения т, то к ним следует отнести еще равномерное удлинение образца без образования шейки, а также очень небольшое упрочнение в процессе деформации, проходящее через максимум на начальных стадиях деформации.
Значение параметра т определяют из данных о механических испытаниях на растяжение.
При использовании жесткой машины наиболее распространен метод скачкообразного изменения скорости растяжения (метод Бэкофена и его модификации). По методу Бэкофена скорость деформации изменяется соответствующим изменением нагрузки F. Однако после изменения нагрузки установившееся течение достигается по прошествии определенного времени. Поэтому непосредственно из диаграмм растяжения значение т определить нельзя. Обычно прибегают к экстраполяции зависимости для получения значений одинаковой степени деформации при разных скоростях растяжения.
На рис. 291 схематически показана кривая нагрузка — время, получаемая с помощью жесткой машины для случая, когда в момент времени, соответствующий точке D, скорость растяжения мгновенно увеличили от от υ1 до υ2. Установившемуся состоянию после увеличения нагрузки соответствует точка А.
Для определения параметра т экстраполируют линию установившегося течения от точки С при меньшей скорости υ1 до точки В, соответствующей такой же деформации, какая получена при большей скорости растяжения в точке А. Затем из графика находят усилия, соответствующие точкам А и В, и, пренебрегая небольшим изменением параметра т в области экстраполяции, определяют его значение из зависимости
(204)
где и — нагрузки при соответствующих скоростях υ2 и υ1.
Рис. 291. Кривая нагрузка — время для растяжения со скачкообразным изменением скорости растяжения υ1 и υ2> υ1, используемая для определения параметра т.
Улучшенные варианты расчета позволяют избежать влияния на значение параметра m тех структурных изменений, которые могут быть вызваны в материале увеличением усилия F и соответственно скорости деформации. Это изменение режима деформации должно вызвать повышение плотности структурных дефектов, что в свою очередь должно изменить постоянную m и значение n в уравнении (202).
Чтобы избежать влияния структурных изменений, целесообразно определить значение m из усилий, соответствующих не точкам А и В, а точкам G и D (см. рис. 304), тогда
(205)
Физический смысл этой замены заключается в следующем. Мгновенное изменение напряжения от точки D к точке G при изменении скорости деформации характеризует сопротивление деформированию для двух данных скоростей деформации при минимальном различии в степени деформации, т. е. при минимальном различии в структуре.
Как показывает сопоставление данных разных авторов, значения т, полученные с помощью зависимостей (204), дают завышенные и часто не повторяющиеся значения. Зависимость (205) дает меньшие по величине и лучше сходимые результаты.