ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 3, с. 107-112
ПРОЧНОСТЬ И ПЛАСТИЧНОСТЬ
УДК 669.1782:539.374
СТАДИЙНОСТЬ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ И МАКРОЛОКАЛИЗАЦИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ПОЛИКРИСТАЛЛАХ Fe-3%Si
© 2004 г. В. И. Данилов, Г. В. Шляхова, Л. Б. Зуев, М. А. Кунавина, Ю. В. Рузанова
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634021 Томск, просп. Академический, 2/1 Поступила в редакцию 01.07.2003 г.; в окончательном варианте - 16.04.2004 г.
Рассмотрены данные о характере локализации пластического течения в поликристаллическом сплаве Fe-3%Si. Установлены основные количественные сведения о картинах локализованной деформации на стадиях линейного упрочнения и предразрушения. Измерена скорость распространения волн локализованной пластической деформации. Подтверждена общность ранее установленных закономерностей о связи картин локализованной деформации с законом деформационного упрочнения, действующим на разных стадиях процесса пластического течения.
ВВЕДЕНИЕ
Макроскопическая локализация пластической деформации проявляется в разных видах на всем протяжении формоизменения металлов и сплавов от микропластичности до разрушения. В течение всего процесса деформирования тип картин макролокализации несколько раз закономерно меняется. Установлено [1-4], что характер распределения очагов локализации полностью определяется законом деформационного упрочнения соответствующего материала, т.е. зависимостью коэффициента деформационного упрочнения от деформации 01йа/йе = 6(е). Все эти данные обобщены в обзоре [4].
Полученные нами в последнее время данные о характере локализации деформации на параболической стадии течения поликристаллов [5] привлекли пристальное внимание к этой стадии процесса. Удалось установить, что по мере приближения к разрушению начинает выделяться один высокоамплитудный очаг деформации, а амплитуды остальных заметно снижаются. По мере приближения к разрыву в образце остается только одна активная зона локализации, где в дальнейшем возникает шейка и происходит разрушение. В [5] удалось проследить за формированием очага разрушения в поликристаллическом ГПУ-сплаве 2г-КЪ. Оказалось, что на участке деформационной кривой с падающим коэффициентом деформационного упрочнения снова начинается движение очагов локализации деформации, но теперь они движутся с различными скоростями, сливаясь в зоне будущего разрушения. При этом количество очагов локализации постепенно уменьшается.
В проведенных ранее исследованиях [4] основное внимание уделялось характеру локализации в ГЦК-материалах. Данные о поведении ОЦК-ма-териалов практически отсутствуют, но в то же время имеется обширная информация о стадийности пластического течения в таких структурах [6-8], причем на стадии параболического упрочнения показатель деформационного упрочнения п в соотношении а ~ еп(п < 1/2), связывающем напряжения и деформации на этой стадии, может скачкообразно меняться. Настоящая работа предпринята с целью анализа эволюции картин локализации пластической деформации на всех стадиях кривой нагружения ОЦК-сплава Бе-3%81 от предела текучести до разрушения и проверки их соответствия установленным ранее [4] закономерностям.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Образцы с размерами рабочей части 50 х 10 мм штамповались из листов трансформаторной стали марки 3413 толщиной 0.3 мм и отжигались в вакууме при 1373 К для снятия остаточных напряжений. Их ось растяжения была ориентирована вдоль направления прокатки. Согласно технологии изготовления (ГОСТ 21427.1-75 [9]), листы этого материала сильно текстурированы в направлении легкого намагничивания [001] до степени 90%. Средний размер зерна составлял 4.5 ± 3 мм при значительной дисперсии. Образцы растягивали на универсальной испытательной машине "1п-з1гоп-1185" со скоростью 6.67 х 10-5 с-1 при 300 К. В таких условиях в начале процесса (е < 0.015) деформация была локализована в полосах скольже-
МПа 800-
700
600
500
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
0.40
е1/2
координатах 5 - л/в вид квадратичной параболы, заканчивается при деформации е - 0.038 и легко отделяется здесь от прямолинейной на этом графике
стадии параболического упрочнения (5 ~ л/в).
Однако построение кривых течения в координатах 5 - л/в и их аппроксимация уравнением 5 =
= 50 + К*Тв, предполагающим постоянство средней длины свободного пробега дислокаций в пределах деформационной кривой или, по крайней мере, в пределах параболической стадии [13], не всегда достигает цели [14, 15], поскольку показатель деформационного упрочнения п может отличаться от 1/2. Поэтому представление деформационных кривых ОЦК-металлов в условиях развитого пластического течения в виде [15]
5 = 50 + К в
(1)
Рис. 1. Истинная диаграмма нагружения Бе-3%81 в
координатах Б - 4~в. Определение границ линейной стадии.
ния, как это отмечалось авторами [8]. В каждом зерне действовали 1-2 системы скольжения.
Картины макролокализации пластического течения исследовались с использованием спекл-интерферометрического метода [10] регистрации и анализа полей векторов смещений при нагруже-нии образцов [11]. Двухэкспозиционные спекло-граммы регистрировали в процессе деформирования последовательно с шагом 8е = 0.002 условной деформации удлинения, начиная с 8 = 0.007 до начала формирования зоны разрушения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Поскольку картины локализации пластического течения в значительной степени определяются формой закона деформационного упрочнения [4], прежде всего необходимо получить полное представление о стадийности кривой пластического течения поликристаллов Бе-3%81. Для выявления стадий на кривых пластического течения использовалось их представление в истинных деформациях е = 1п(1 + 8) и напряжениях 5 = а(1 + 8) [6, 8, 12].
Использование координат 5 - л/в [12] обнаруживает существование нескольких стадий течения со всей очевидностью. Так из рис. 1 ясно, что линейная стадия упрочнения (5 ~ е), имеющая в
где 50 - напряжение начала макроскопического пластического течения, К - коэффициент деформационного упрочнения, щ - показатель деформационного упрочнения, облегчает установление формы закона деформационного упрочнения. Константа 50 = 465 МПа в (1) найдена экстраполяцией
первой прямолинейной стадии зависимости 5(4~в) к е = 0 [6], поскольку деформационные кривые имеют заметную площадку текучести (рис. 1). Как показано на рис. 2, переход к координатам 1п(5 - 50) - 1п е позволяет разделить параболическую стадию кривой течения на два участка, отличающиеся величиной п. Простая обработка данных методом наименьших квадратов показывает, что в интервале деформаций 0.041 < е < 0.10 п1 - 0.5, а в интервале 0.107 < е < 0.148 п2 - 0.38.
Рассмотрим характер локализации пластического течения на каждой из выделенных стадий. В соответствии с принятыми ранее [4] представлениями, удобно анализировать картины локализации деформации в форме пространственных распределений одной из компонент тензора пластической дисторсии (обычно локального удлинения 8ХХ) [3, 4, 11]. Типичный пример такого распределения представлен на рис. 3. Далее, представляя положения локальных очагов в образце X как функцию деформации или времени (при активном растяжении 8 ~ 0, можно определять пространственный X и временной Т периоды процесса, а также скорость движения очагов У^ = (Х/(. Построенный таким образом рис. 4 обобщает данные об эволюции картины очагов локализованной пластической деформации на стадии линейного упрочнения и двух последовательных участках параболического упрочнения.
На линейной стадии в интервале 0.009 < е < < 0.038 распределение локальных удлинений по образцу представляло собой совокупность восьми
5 - S0, МПа
е
Рис. 2. Выделение двух участков параболической стадии деформационной кривой.
очагов локализованного течения. Наличие ясно выраженного пространственного периода (длины волны) X = 5.5 ± 0.5 мм (рис. 3) и перемещение этой картины вдоль образца со скоростью Vaw = = 1.7 х 10-5 м/с (рис. 4) позволяет говорить о волновом (автоволновом [4]) характере процесса деформации на этой стадии. Очевидно, этому процессу соответствует частота ю = 2nVaw/X - 2 х 10-2 Гц. Эти характеристики согласуются с полученными ранее для других материалов [4], а точка для сплава Fe-3%Si с координатами Vaw = 1.7 х 10-5 м/с и G = 2 х 10-2 принадлежит графику установленной ранее универсальной зависимости скорости волн от безразмерного коэффициента деформационного упрочнения на линейной стадии Vaw = S/G [4], где S = const.
Эволюция картин локализации пластического течения на параболической стадии процесса оказалась более сложной. Перед началом первой параболической стадии на короткий промежуток времени (около 60 с, Де = 0.003) распределение локальных удлинений в образце хаотизировалось. Из-за кратковременности существования хаотического распределения локальных деформаций, исследовать процесс его формирования не удалось. Возникающая из этого хаоса новая картина локализации пластической деформации имела тот же пространственный период, но была неподвижной. Это доказывается стационарным положением очагов локализации на рис. 4 в интервале 0.041 < < е < 0.10. Таким образом, перестройка картин локализации при переходе от линейной к параболической стадии и в ОЦК-структуре не сводится к их остановке, а осуществляется через состояние хаоса. Ранее подобная закономерность перехода
от фазовой автоволны деформации иа линейной стадии к стационарной упорядоченной структуре наблюдалась при деформации поликристаллического алюминия [4, 16].
Сказанное позволяет утверждать, что хаотиза-ция картины макроскопической локализации деформации на переходных стадиях деформационного упрочнения является достаточно общим свойством деформируемых металлов и сплавов.
Из анализа деформационной кривой следует, что переход от первого параболического участка (п1 = 0.5) ко второму (п2 = 0.38), начинающийся при е = 0.107, происходит чуть более чем за 60 с, но полная перестройка картин локализации занимает время ~130 с. С этого момента начинается взаимосогласованное движение очагов локализованной деформации в направлении от з
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.