Спосіб локалізації дисипативної структури в матеріалі при динамічних незрівноважених процесах

Спосіб локалізації дисипативної структури в матеріалі при динамічних незрівноважених проце 3 Особенности деформирования пластичных материалов при динамических неравновесных процессах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. - Т. 75. - № 6. - С. 52-59). Головним недоліком відомого способу є те, що при його використанні дисипативна структура статистично однорідно розподіляється по всій довжині робочої частини зразка і для регулювання її об'єму, в широких межах, доводиться проводити широкий об'єм досліджень з великою варіацією імпульсних підвантажень різної інтенсивності. Слід відмітити, що найбільш ефективним методом для оцінки об'єму (площі) дисипативної структури в матеріалі є метод трансмісійної електронної мікроскопії, метод ТЕМ, (Чаусов Н.Г., Засимчук Е.Э., Маркашова Л.И., Вильдеман В.Э., Турчак Т.В.,. Пилипенко А.П,. Параца В.Н. Особенности деформирования пластичных материалов при динамических неравновесных процесах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2009. - Т. 75. - № 6. - С. 52-59). Найбільш близьким за технічною суттю до рішення, що заявляється, є спосіб локалізації дисипативної структури в матеріалі при динамічних незрівноважених процесах, який полягає в тому, що в зразки матеріалу з концентратором напружень на робочій частині, статично розтягнутих до різних ступенів деформації, імпульсно послідовно вводиться енергія із зростаючою інтенсивністю і потім процес високошвидкісної деформації на короткий час гальмується (Чаусов Н.Г., Пилипенко А.П., Бондар М.Н.,. Порохнюк Е.М. Влияние концентратора напряжений на кинетику разрушения листовой нержавеющей стали с учетом импульсных подгрузок // Вісник національного технічного університету України «КПІ». - Серія: Машинобудування. - 2010. - №58. – С. 48 - 52). Дисипативні структури виникають за рахунок концентрації вакансійних дефектів, і тому в зонах концентрації напружень інтенсивність їх утворення значно вища, порівняно з однорідним полем напружень. Однак, головним недоліком відомого способу є те, що дисипативна структура в зоні концентратора напружень утворюється суттєво неоднорідно, причому ця неоднорідність залежить не тільки від форми концентратора, але і від самої величини імпульсного підвантаження. Тому з його використанням дуже тяжко оцінити вплив об'єму утвореної дисипативної структури на процеси деформування і руйнування матеріалу при подальшому статичному розтягу. Винаходом ставиться задача розробки ефективного способу локалізації дисипативної структури в гладкому зразку матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що додатково випробовують гладкі зразки матеріалу, поверхні робочої частини яких на заданих ділянках перед імпульсним вводом енергії змочують колоїдним розчином матеріалів, твердість яких у вихідному стані вище твердості досліджуваного матеріалу і осаджують наночастинки з розчину на поверхню зразків матеріалів шляхом сушіння, а потім у конкретні гладкі зразки матеріалу, які послідовно статично розтягують до заданих ступенем 97066 4 деформації, і в які багаторазово імпульсно вводиться енергія заданої інтенсивності. У запропонованому способі наночастинки матеріалу, твердість яких вище твердості досліджуваного матеріалу, що знаходяться на заданих ділянках робочої частини зразків в результаті попереднього змочування заданим колоїдним розчином матеріалу, при першому імпульсному підвантаженні «зачеканюються» в поверхню, що призводить до суттєвого зміцнення поверхневих шарів матеріалу на заданих ділянках. При повторних імпульсних підвантаженнях дисипативна структура в матеріалі макролокалізується на конкретних гладких ділянках робочої частини зразків, які попередньо не змочуються колоїдним розчином матеріалу, так як процес мікроекструзій матеріалу на поверхню попередньо зміцнених ділянок робочої частини зразків суттєво ускладнюється. До того ж при використанні запропонованого способу зберігається відносна однорідність створення дисипативної структури в матеріалі на заданих ділянках робочої частини зразків, об'єм якої можна регулювати в широких межах, навіть при однаковій величині імпульсних підвантажень за рахунок вибору довжини конкретних ділянок зразків, які попередньо не змочують колоїдним розчином матеріалу. Методика випробувань реалізована на базі модернізованої випробувальної гідравлічної машини ZD-100Pu. Машина обладнана пристосуванням, що дозволяє забезпечити імпульсні підвантаження зразка матеріалу різної інтенсивності на будь-якій стадії статичного деформування. Ще однією перевагою створеної установки є те, що вона обладнана комп'ютеризованою вимірювальною системою з програмним забезпеченням для проведення і обробки результатів випробувань. Використовували плоскі зразки із нержавіючої сталі шириною 20 мм і товщиною 2 мм. База вимірювань повздовжніх деформацій складала 16 мм. Перед імпульсним вводом енергії в матеріал, центральну робочу частину зразків довжиною 16 мм з усіх сторін заклеювали папером і змочували концентрованим розчином наночастинок вольфраму та осаджували їх на поверхні нержавіючої сталі шляхом сушіння. Таким чином після зняття паперу на зразку залишається смужка, на яку не нанесений колоїдний розчин вольфраму. Результати експериментальних досліджень подані на фіг. 1. А саме, на фіг. 1a приведена діаграма деформації нержавіючої сталі при складному режимі навантаження: статичний розтяг до деформації   0,3 % - імпульсне підвантаження Fпідв  103,3 кН - повне розвантаження. На себе звертає увагу той факт, що екстензометр повздовжньої деформації в початковий момент імпульсного підвантаження фіксує стиск матеріалу. Це може свідчити лише про те, що при динамічному незрівноваженому процесі утворилась розігріта просторова тонкосмугова дисипативна структура і при цьому велика частина об'єму матеріалу, що знаходиться між цією новою структурою, піддаєть 5 ся інтенсивному стиску. Аналогічні ефекти фіксувались нами раніше при дослідженні матеріалів трьох різних класів (Чаусов Н.Г., Березин В.Б.,. Бондар М.Н. Особенности деформирования материалов в упругой области при динамических неравновесных процесах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2009. - №3. - С. 24 27). На фіг. 1б приведена діаграма деформацій при повторному імпульсному підвантаженні. Режим складного навантаження наступний: статичний розтяг до деформації   0,9 % - імпульсне підвантаження Fпідв  108,9 кН - повне розвантаження. В даному випадку після повного розвантаження на зразку фіксується деформація стиску. Аналогічний ефект також відмічався нами раніше (Чаусов Н.Г., Березин В.Б.,. Бондар М.Н. Особенности деформирования материалов в упругой области при динамических неравновесных процесах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2009. - №3. - С. 24 -27). На фіг. 1в крива 3 відповідає кривій деформації нержавіючої сталі при подальшому статичному 97066 6 розтягу після двох імпульсних підвантажень: крива 1, відповідно, відповідає першому випадку складного навантаження (див. фіг. 1a), крива 2, відповідно, другому випадку складного навантаження (див фіг. 1б). Цікаво, що за рахунок макролокалізації дисипативної структури на ділянці, яка попередньо не змочувалась колоїдним розчином матеріалу, вперше вдалося при такому низькому рівні початкової пластичної деформації (при статичному розтягу   0,8 % , т. А на кривій 3) створити умови, при яких нержавіюча сталь отримує надпластичний стан (деформація зростає практично при постійному рівні напруження). А як показано нами раніше, надпластичний стан матеріалу реалізується при високому рівні дисипативної структури в матеріалі, фактично при рівні, який передує критичному. Таким чином, застосування способу дозволяє дійсно локалізувати дисипативну структуру на гладкому зразку при динамічних незрівноважених процесах і це може ефективно використовуватись з технологічною метою. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 97066 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601