Спосіб виявлення зміни структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження

1. Спосіб виявлення зміни структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження, який полягає в тому, що зразок досліджуваного матеріалу випробовують при заданому змінному режимі силового навантаження, який відрізняється тим, що в процесі ви пробувань на цьому зразку безперервно фіксують загальну поздовжню деформацію e зразка, поперечну деформацію e¢ , зміну електричних властивостей та визначають коефіцієнт поперечної деформації m і деформацію розпушення ep : Винахід відноситься до галузі випробування матеріалів, а саме, до способів виявлення змін структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження. Виявлення змін структурного стану пластичних матеріалів при заданому режимі силового навантаження проводиться експериментально металографічним методом або методом растрової електронної мікроскопії. Особливі ускладнення виникають при виявленні змін структурного стану пластичних матеріалів за змінного режиму силового навантаження, так як потребує використання експериментальних методик з дуже високою дозволяючою (роздільною) здатністю. Часто, навіть при використанні таких методик, практично неможливо виявити зміну структурного стану пластичних матеріалів при заданому рівні пластичної деформації. Найбільш близьким за технічною сутністю до рішення, що заявляється, є спосіб виявлення змін структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження згідно якого зразок досліджуваного матеріалу випробовують при заданому змінному режимі силового навантаження, вирізають з нього малі проби матеріалу, виготовляють з них плоскі шліфи або фольги і прямими дослідженнями металографічним методом або методом растрової електронної мікроскопії встановлюють зміну структурного стану матеріалу в процесі навантаження [Е.Э.Засимчук, Ю.Г.Гордиенко, Р.Г.Гонтарева, Л.В.Тарасенко. К вопросу о структуре каналов пластического течения кристаллов // Металлофиз. новейшие технол. 2004, т.24, №1,с.105-115]. Головним недоліком відомого способу є те, що за допомогою нього також неможливо достовірно ep = (1 - 2m )e , потім синхронізують за загальною деформацією e зафіксовані значення електричних властивостей і визначені значення деформації розпушення ep , а (19) UA (11) 88077 (13) 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що як електричний параметр вибирають електричний опір матеріалу. C2 про зміну структурного стану пластичних матеріалів при заданому рівні пластичної деформації в процесі раптових змін в режимі навантаження судять за одночасною раптовою зміною електричних властивостей і деформації розпушення ep . 3 виявити зміну структурного стану пластичних матеріалів при заданому рівні пластичних деформацій в процесі змінного режиму силового навантаження. Це в першу чергу, пов'язано з труднощами підготовки фольг для випробувань, тому представленні малюнки носять переважно тільки якісний характер. Крім того, суттєво впливає той факт, що структура може руйнуватися після зняття навантаження. На практиці змінне навантаження включає випадки імпульсних підвантажень і динамічних перевантажень. Експериментально встановлено, що в подібних умовах навантаження, особливо коли процес імпульсного підвантаження або динамічних перевантажень проходить з затримками за часом, поведінка пластичного матеріалу може стати "аномальною". Ця "аномальність" проявляється в тому, що за рахунок раптових змін в режимі навантаження реалізується короткочасне знеміцнення матеріалів практично на будь-якій стадії деформування, включаючи і ділянку зміцнення на стандартній статичній діаграмі деформування. В процесі короткочасного знеміцнення відбувається зміна структурного стану матеріалів на різних масштабних рівнях. Цікаво зауважити, що структурні елементи можуть набувати навіть розмірів наночастинок, які зафіксувати існуючими експериментальними методами досить проблематично. Винаходом ставиться завдання розробки достовірного способу виявлення зміни структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження при заданому рівні пластичної деформації. Поставлене винаходом завдання досягається тим, що додатково випробовують ідентичний зразок досліджуваного матеріалу при заданому змінному режимі силового навантаження, в процесі випробувань на зразку безперервно фіксують загальну поздовжню деформацію є зразка, поперечну деформацію e¢ , зміну електричних властивостей та визначають коефіцієнт поперечної деформації m і деформацію розпушення ep : ep = (1 - 2m ) × e , синхронізують за загальною деформацією e зафіксовані значення електричних властивостей і визначені значення деформації розпушення ep , а про зміну структурного стану пластичних матеріалів при заданому рівні пластичної деформації в процесі раптових змін в режимі навантаження судять за одночасною раптовою зміною електричних властивостей і деформації розпушення ep . У способі, що пропонується, використовується принцип синхронізації декількох незалежних параметрів, що характеризують структурний стан пластичних матеріалів в процесі деформування. Відомо, що коефіцієнт поперечної деформації m дуже чутливий до структурних змін матеріалів. Приймаючи його в якості основного параметру поточного стану матеріалу, якому ставиться у відповідності ступінь розпушення, побудована фізично-достовірна модель накопичення розсіяних пошкоджень 88077 4 ep = (1 - 2m ) × e , де ep - деформація розпушення, e - поточна деформація. Експериментальні досліди, проведені на різних матеріалах: сталях, технічній міді, армкозалізі, алюмінієвому сплаві, показали, що в момент раптових змін в режимі навантаження (із затримками по часу) відбувається стрибкоподібна зміна деформації розпушення e p , що свідчить про суттєву зміну структурного стану матеріалів при заданому ступені пластичної деформації. Слід однак звернути увагу на ту обставину, що деформація розпушення e p величина розрахункова (модельна), тому вона не є прямою характеристикою оцінки зміни структурного стану матеріалу в процесі складних режимів навантаження. Для підвищення достовірності процедури виявлення змін структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження необхідно додатково привернути прямий метод оцінки зміни структурного стану матеріалів. До таких методів можна віднести методи, пов'язані з вимірюванням електричних властивостей матеріалів в процесі навантаження, так як відомо, що електричні властивості матеріалів також дуже чутливі до структури матеріалів. Синхронізація за часом запропонованих незалежних параметрів оцінки структурного стану пластичних матеріалів в процесі деформування (деформації розпушення ep і електричних властивостей матеріалів) дає можливість за їх одночасної раптової зміни достовірно виявляти зміну структурного стану при заданому ступені деформації. В якості одного з параметрів, що характеризує електричні властивості матеріалів, у дослідах, виходячи із практичної зручності вимірювання, доцільно прийняти електричний опір матеріалів. Методика випробувань реалізована на базі модернізованої випробувальної гідравлічної машини ZD-100Pu. Установка обладнана високоточною комп'ютеризованою вимірювальною системою, яка дозволяє фіксувати до 2400 вимірювань за секунду і пристроєм, що дозволяє реалізувати раптові зміни в режимі навантаження. У момент досягнення заданої деформації на зразках руйнуються крихкі проби металу різного мінімального діаметру поз. 1 на Фіг.1, що розтягуються паралельно із зразком поз.2 на Фіг.1. За рахунок цього динамічного імпульсу раптово підвищується швидкість деформації матеріалу. Досліди проводились на стандартних зразках із сталі 20. Для вимірювання електричного опору зразка 2 в процесі раптових змін в режимі навантаження захватні частини 3, 4 машини струмоізолюються за допомогою гумових прокладок поз.5 на Фіг.1. Далі в режимі короткого замкнення (КЗ) подається постійний електричний струм силою 60мА і напругою 5В на захватні частини зразка поз.6 на Фіг.1. Вибір параметрів електричного струму обумовлений, в першу чергу, його мінімальним впливом на механічні властивості матеріалу. Реєстрація зміни еле 5 ктричного опору матеріалу зразка в процесі раптових змін в режимі навантаження здійснюється на базі 16мм поз.2 на Фіг.1. База вимірювання електричного опору 16мм вибрана з тих міркувань, що саме на таку вихідну базу встановлюється екстензометр для вимірювання поздовжньої деформації в процесі деформування зразка. Вихідний електричний опір зразка із сталі 20 на базі 16мм встановлюється розрахунковим методом, виходячи із відомого значення питомого електричного опору сталі 20, r = 169мкОм × см і площі поперечного перерізу зразка 56,7мм2; r×l R вих = = 47,7 × 10 -5 Ом . F На Фіг.2 наведені результати випробувань: а діаграма деформування; б - діаграма деформацій з накладанням кривої накопичення пошкоджень 88077 6 e р (e ) ; в, г, д, відповідно, зміна навантаження, де формації розпушення і електричного опору в часі. Аналіз даних, поданих на Фіг.2, показує,що наявна повна синхронізація за часом стрибка електричного опору і стрибка деформації розпушення e p в процесі раптових змін в режимі навантаження. Таким чином, застосування способу дозволяє достовірно виявляти зміну структурного стану пластичних матеріалів в процесі раптових змін в режимі навантаження при заданому рівні пластичної деформації. При цьому, спосіб також дозволяє достовірно виявляти і абсолютне значення пластичної деформації e ЗМ (див. Фіг.3), на якій відбуваються ці структурні зміни. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 88077 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601