LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Прогнозування динамічної повзучості алюмінієвого сплаву

після відповідних видів навантажування порівняно з первісним станом виконані металографічні дослідження спеціально вирізаних у поперечному і поздовжньому перерізах зразків темплетів. Для визначення фазового складу сплаву підбирались відповідні травники. Дослідження мікроструктури проведені на металографічному мікроскопі МИМ-10 при 100- та 400-кратному збільшенні.

У третьому розділі наведені хімічний склад та механічні властивості сплаву АМг6, результати дослідження впливу комбінованого навантажування на повзучість гладких зразків та діаграми деформування при короткотривалому розтягуванні, мікромеханізми руйнування та мікроструктурні зміни в матеріалі при повзучості та розтягуванні. Запропоновано методику оцінки впливу рівня напружень на динамічну повзучість сплаву АМг6.

Статична повзучість гладких зразків, випробуваних при 4-х рівнях напружень в межах 300...355МПа (sс= (0,8....0,98)sв, де sв - границя міцності матеріалу), протікає за схемою, характерною для зміцнюваних матеріалів: за короткий час досягається ділянка з усталеною швидкістю. Отримані експериментальні результати задовільно описуються залежністю


, (1)


де pс - деформація статичної повзучості; m, B, n - сталі величини, залежні від температури; sс - напруження, при яких здійснюється процес повзучості; t – час (рис.2).

При накладенні на статичне напруження додаткової циклічної складової з різними частотами і амплітудами у всіх досліджених випадках виявлено істотне збільшення деформації порівняно з чисто статичним навантажуванням за умови smax=sс. Проте вплив циклічного навантажування не є однозначним: залежно від амплітуди і частоти спостерігаються стабільні або стрибкоподібні прирости деформації на усталеній ділянці повзучості.

Стабільна динамічна повзучість сплаву АМг6 спостерігається при різних рівнях максимальних напружень (300, 340, 355 МПа) і частоті циклічної складової f=25 Гц та амплітуді 2sa=25 МПа. Максимальне збільшення деформації порівняно із статичним навантаженням отримано при smax=300 МПа.

Відношення деформацій динамічної і статичної повзучості практично не залежить від часу навантаження у всіх досліджених випадках. Разом з тим із зростанням рівня максимальних напружень та коефіцієнта асиметрії циклу R дане відношення зменшується (рис. 3).

З метою аналізу отриманих результатів були використані відомі спрощені гіпотези прогнозування динамічної повзучості, згідно яких за умови відсутності рекристалізації матеріалу повзучість при накладенні додаткової циклічної складової протікає так само, як і при статичному навантажуванні, але з напруженнями, дещо вищими за середні напруження циклу, і її можна описати за однією з механічних теорій, зокрема за теорією зміцнення. Проведені обчислення дали значно занижені результати порівняно з експериментальними даними, тобто вищеназвані моделі не дозволяють спрогнозувати динамічну повзучість сплаву АМг6 з необхідною точністю.

Задовільне узгодження теоретичних і експериментальних даних повзучості отримано при застосуванні запропонованої залежності


, (2)


де pд - деформація динамічної повзучості; kr - коефіцієнт, залежний від рівня максимальних напружень та асиметрії циклу (рис. 3).

Комбіноване навантажування сплаву АМг6 при smax=340 МПа з частотами циклічної складової 10; 16,5; 50 Гц та амплітудами 12,5; 37,5 МПа приводить до істотної зміни картини повзучості. Аналіз отриманих результатів свідчить, що повзучість сплаву АМг6 при вказаних умовах випробувань протікає на фоні стрибкоподібних приростів пластичної деформації на ділянках з усталеною швидкістю (рис.4). Величина миттєвих стрибків різна у всіх випадках, проте деформація під час них у 2...5 разів переважає решту деформації повзучості, накопичену за всю тривалість експерименту.

Характер стрибків практично не залежить ні від часу навантажування, ні від параметрів циклічної складової. Проте для кількості циклів навантажування N в межах від 1,2.105 до 2,5.105 загальна деформація повзучості зменшується при зростанні частоти для всіх досліджених випадків.

При аналізі стрибків було зроблено припущення, що величина миттєвого приросту деформації Dр залежить від історії попереднього циклічного навантажування. Враховуючи те, що при низькоамплітудному циклічному навантажуванні петля пластичного гістерезису відсутня, енергію, яка дисипується в матеріалі, можна наближено охарактеризувати добутком амплітуди циклічної складової sa і кількості циклів до моменту стрибка N. Встановлено, що для досліджених параметрів навантажування між розглянутими характеристиками існує степенева залежність, тобто


, (3)


де А1 і k1 сталі величини.

Стрибкоподібний характер деформування сплаву АМг6 також виявлено при квазістатичному розтягуванні гладких зразків. При напруженнях, які перевищують 0,6sв, cпостерігаються миттєві прирости деформації і вся наступна частина діаграми аж до моменту руйнування матеріалу є чергуванням таких приростів та відрізків, практично паралельних до пружної ділянки. Величина стрибків лінійно зростає із збільшенням рівня напружень, а їх тривалість змінюється від 0,1 до 0,4 сек.

Встановлено, що на процес деформування розтягуванням гладких зразків із сплаву АМг6 істотно впливає накладення незначних циклічних напружень. Аналіз експериментальних даних свідчить, що комбіноване навантажування з амплітудою циклічної складової 0,15s0,2 приводить до значного збільшення загальної деформації при однаковому рівні напружень (рис.5). Очевидно, це пов'язано з процесами повзучості, які розвиваються за дії циклічного навантажування з малою амплітудою. Відношення деформації при комбінованому і статичному навантажуваннях залишається приблизно постійним для всього діапазону, де помітна різниця між діаграмами 1 і 2.

Іншим важливим результатом є те, що циклічне навантажування ініціює процеси повзучості в алюмінієвому сплаві АМг6 навіть на лінійній ділянці діаграми 1. При комбінованому навантажуванні відхилення від пропорційної ділянки спостерігається при менших напруженнях порівняно із квазістатичним навантажуванням. Виявлено зменшення умовної границі текучості за розтягу під дією циклічного навантажування з 175 МПа до 165 МПа.

При квазістатичному деформуванні з накладенням циклічних напружень не вдалося зареєструвати миттєві стрибкоподібні прирости пластичної деформації, оскільки їх величина могла бути меншою розкиду пружно-пластичної деформації De0=emax-emin.

На основі проведених досліджень мікроструктури сплаву АМг6 виявлено механізм впливу додаткових циклічних напружень на збільшення деформації при повзучості і розтягуванні. У первісному стані матеріал складається з двох типів зерен: базових нерівновісних (максимальний розмір bзmax"80 мкм) та незначної кількості рівновісних (bзmax"7 мкм). Короткотривале деформування розтягуванням за комбінованого навантажування приводить до зменшення максимальних розмірів базових зерен порівняно як з первісним станом (до 30%), так і з квазістатичним навантажуванням (до 10%). При повзучості подрібнення базових зерен є менш помітним, проте накладення циклічного навантажування в цьому випадку приводить до утворення "пакетів" зерен, різних за розміром: групи зерен 5-6 балів чергуються з більш дрібними зернами 7-8 балів. Формування таких "пакетів" відбувається на стадії усталеної повзучості.

Більш істотним чинником, який характеризує зміни у мікроструктурі матеріалу, є утворення в результаті пластичної деформації сплаву дрібних рівновісних зерен 12-14 бала в повздовжньому і 11-12 бала - в поперечному