CC BY
26
пределов применимости изложенной теории необходимо допустить, что функции /к и фА. помимо указанных могут зависеть и от других аргументов. В частности, они могут зависеть от температуры, как это указано в [2], а также от кривизны траекторий нагружения [4] и параметров диффузии.
Эти уточнения оправданы лишь при решении конкретных задач, когда имеется соответствующая априорная информация. В остальных случаях сложность экспериментального определения функций многих переменных, а также решения задач обобщенной теории могут затруднить получение практически важных результатов.
Рациональное использование теории повреждений предполагает наличие алгоритмов расчета реальных конструкций и идентификации всех входящих в нее
функций и функционалов. Для предложенной теории эти вопросы решены численными методами Д.Н. Коноваловым (ЦНИИ машиностроения).
ЛИТЕРАТУРА
1. Быков Д.Л. Об учете повреждений в наполненных полимерных материалах // Изв. АН MTT. 1998 № 1. С. 19-27.
2. Bykov D.L Some Basic Problems of Structural Integrity Assurance of Solid Propellant Grains. Propulsion in Space Transportation // S"1 Symposium International. Actes Proceedings. 1996 P. 2.41-2.48
3. Леган M.A. О взаимосвязи градиентных критериев локальной прочности в зоне концентрации напряжений с линейной механикой разрушения//ПМТФ. 1993. №4.С. 146-154.
4. Илыошин А.А Пластичность. АН СССР, 1963. 271 с.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, фант 97-01-00-629.
УДК 539.2
ДВОЙНИКОВАНИЕ, СОПУТСТВУЮЩЕЕ РАЗРУШЕНИЮ МОНО- И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОЦК-СПЛАВА Fe+3,25 % Si В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 77+473 К
© В.А. Федоров, С.Н. Плужников, А.П. Королев
Россия, Тамбов. Тамбовский государственный университет им Г.Р. Державина
Feodorov V.A., Plushnikov S.N., Korolev А.P. Attendant Twinning of Single- and Polycrystalline BCC-Alloy Fe+3,25 % Si in the Temperature Range of 77+473 K. Some mechanisms of initiation and evolution of attendant twins were studied. The influence of temperature on number of attendant twins with the different rates of deformation was determined. The contribution of twinning in general deformation of single- and polycrystalline samples was evaluated.
Известно [1], что одной из особенностей распространения трещины в двойникующихся ОЦК-металлах является образование сопутствующих двойников, порождаемых самим разрушением.
Физические закономерности зарождения и формирования сопутствующих двойников и их влияние на характер движения трещины изучены мало. Между тем, многократное, самопроизвольное возникновение этих дефектов в области вершины быстрой трещины способно спонтанно, непредсказуемо изменять напряженное состояние в ее кончике, а следовательно, механизм, динамику и кинетику разрушения. При благоприятных условиях сопутствующие двойники могут оказаться единственным инструментом для перевода магистральных, закритических трещин в неопасную квазистатическую стадию, способствуя их самоторможению [2].
В настоящей работе проведены сравнительные испытания по двойникованию, сопутствующему разрушению ОЦК-сплава Ре+3,25 % моно- и поликри-сталлических образцов, а также исследованы некоторые закономерности образования и развития сопутствующих двойников в интервале температур 77+473 К при различных скоростях нагружения.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В экспериментах в качестве монокристаллов использовали крупнозернистое кремнистое железо (раз-
мер зерна до 50+60 мм в диаметре) с содержанием кремния 3,25 %. После шлифовки и полировки образцы отжигали при 1073+1173 К в течение 4-т-5 часов в ва-кууме (~10*5+10'4 мм рт. ст.). Размер монокристальной рабочей зоны составлял 25x13x0,35 мм.
В качестве поликристаллов использовали мелкозернистое кремнистое железо (диаметр зерна 0,05+1,4 мм) с содержанием кремния 3,25 %. Около 70 % всех зерен имели диаметр 0,1+0,6 мм. Количество зерен с диаметром более 1,2 мм не превышало 1 %. Образцы также подвергались механической шлифовке и полировке. Размер поликристаллической рабочей зоны образцов составлял 40x12x0,35 мм.
Растяжение монокристаллических образцов проводили со скоростями деформирования ё = 4-10 с*1 и ё = 810'1 с'1, поликристаллических - со скоростями в = 810"4 с'1 и ё = 410'2 с'1.
Для охлаждения образцов до низких температур использовали жидкий азот, смесь жидкого азота с этиловым спиртом и сухой лед. Нагрев образцов осуществлялся электроспиралью. Во всех случаях температура измерялась термопарой.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Разрушение зерен поликристаллических образцов, вследствие их различной ориентировки по отношению к оси растяжения, можно рассматривать как всевоз-
можные промежуточные состояния между растяжением вдоль направлений [001] и [110]. Это усложняет проведение аналитического расчета параметров разрушения. Поэтому разрушение моделировали на моно-кристаллических образцах, деформируемых по двум
предельным направлениям: [001] и [110]. Для этого применялись пластины с монокристальной рабочей
зоной, вырезанные вдоль направлений [001] и [I 10] (отклонения до ±10°).
1а). Характерной особенностью сопутствующего двойникования при динамическом растяжении моно-кристаллических образцов вдоль направления [001]
являлось образование двойников систем (112) и (1 12) (винтовая ориентация) вдоль берега свободно движущейся трещины. Двойники других возможных систем вдоль берега разрушения возникают главным образом в местах нестабильного роста трещины (торможение, взаимодействие с предшествующими двойниками, с включениями, при выходе на поверхность и т. д.). Количественные характеристики сопутствующего двойникования по плоскостям (112) и (1 12) при разрушении монокристаплических образцов вдоль [001] приведены на рис. 1.
Рис. 1. Влияние температуры испытания Т на число образующихся двойников Ыдв при растяжении вдоль [001] со скоростями деформирования: 1 - £ = 4х10'2с'\ 2 - ё = 8х 10'1 с‘‘ [3].
от температуры испытания Т при динамическом растяжении монокристаллических образцов вдоль направления [I 10] [4]
Рис. 3. Сопутствующее двойникование в поликристалличе-скнх образцах, разрушенных при различных температурах
(стрелками ------► отмечены двойники винтовой ориентации,
=>- краевой): а) Т = 153 К, ё =4х10г с \ б) Т = 273 К, ё =8х10'|с'1, в) скольжение при Г= 473 К, г) сбросообразова-ние и скольжение при Т-413 К.
Рис. 4. Влиянне температуры Г на число образующихся двойников Ыдв в поликристаллических образцах при скорости деформирования: 1-ё =8х10'|с'\ 2-е =4х 10'2 с-1
Рис. 5. Вклад двойникования (2 и I) в общую относительную деформацию (3 и 4) соответственно для моно- и поликристаллических образцов
16). Сопутствующее двойникование при растяжении вдоль [1 10] проявляется только в области низких температур. Количественные характеристики сопутствующих двойников (112) и (1 12) приведены на рис. 2. Особенностью развития низкотемпературного разрушения является массовое образование вдоль его трассы
двойников (112) и (1 12), ориентированных параллельно оси растяжения.
Эти двойники являются, как правило, местами возникновения откольных поперечных трещин и микротрещин (001).
2). Разнообразие кристаллографических ориентаций зерен в поликристаллах приводит к главной особенности сопутствующего двойникования - массовому возникновению наряду с двойниками винтовой ориентации (112) и (112) двойников систем (1 12) и (1 12) (краевая ориентация). Микрофотографии сопутствующих двойников при разрушении поликристаллических образцов показаны на рис. 3.
Количественные соотношения образования сопутствующих разрушению двойников при растяжении поликристаллических образцов показаны на рис. 4.
Обнаружено, что для моно- и поликристаллических образцов зависимости N,*(7) имеют максимумы для всех скоростей нагружения. Эти максимумы смещены
в сторону больших температур и чисел двойников, причем у поликристаллических образцов они находятся правее на температурной шкале (для одинаковой ё ).
Оценен вклад двойникования в общую относительную деформацию моно- и поликристаллических образцов (рис. 5). Оценку производили по формуле, предложенной В.Ф. Моисеевым и В.И. Трефиловым. основанной на дислокационной модели двойника в 5 N
ОЦК-решетке: е = —j=---------, где N - число двойников
2v2Z)m
толщиной 5; D - размер зерна; т - усредненный фактор ориентации. Из рис. 5 видно, что температура хрупковязкого перехода поликристаллических образцов меньше, чем у монокристаллических. Это можно объяснить массовым возникновением вместе с двойниками
винтовой ориентации двойников систем (1 12) и (112) (краевая ориентация), которые могут повышать величину работы разрушения и, тем самым, понижать температуру хрупко-вязкого перехода, в сравнении с мо-нокристаллическим состоянием.
Одной из причин появления двойников (112) и
(112) является достаточно высокая плотность границ зерен, вызывающих нестабильный рост трещины. Последнее обусловлено развитием пластического течения по границе зерна и изменением напряженного состояния в вершине трещины, меняющей направление распространения из зерна в зерно.
Отмечено, что в интервале температур 193-^473 К в зернах, диаметр которых не превышал 0.1 мм. двойникование практически не наблюдалось. Это позволяет предположить, что при указанных режимах испытания в поликристаллах с размером зерна менее 0,1 мм хрупко-вязкое разрушение не следует связывать с двойни-кованием.
Однако в интервале температур 77-И93 К в зернах с размером менее 0,1 мм двойникование имеет место. Образование двойников в этом температурном интервале связано с затрудненностью скольжения и уменьшением его конкурирующего действия на развитие двойникования. так как при Т < 190 К напряжения двойникования стдв меньше критических напряжений скольжения СТск .
ВЫВОДЫ
Таким образом, отличительной особенностью двойникования. сопутствующего разрушению поли-кристаплического кремнистого железа, является возникновение не только двойников винтовой ориентации, но и краевой. Последние могут быть дополнительным резервом повышения величины работы разрушения и, как следствие, понижать температуру хрупко-вязкого перехода, в сравнении с монокристаллическим состоянием.
ЛИТЕРАТУРА
1. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. 376 с.
2 Финкель В.М.. Федоров В.А.. Королев А.П Разрушение кристаллов при механическом двойниковании. Ростов-на-Дону Изд-во Ростовского ун-та, 1990. 176 с.
3. Финкель В.М.. Савельев А.М.. Королев А П О температурной зависимости интенсивности и кинетики развития двойникования при динамическом растяжении кремнистого железа // ФММ1979 Т 47 Вып. 2. С. 411-419.
4 Финкель В.М.. Савельев А.М., Королев А.П Влияние температуры на образование двойников в кремнистом железе // ФММ 1979. Т. 47 Вып 3 С 645-653.
