Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

Образцы для исследования

Различные научно-исследовательские работы, связанные с изуче­ нием строения и ряда свойств металлов и сплавов при растяжении в широком интервале температур, могут осуществляться при использовании нескольких различных типов образцов, предло­ женных М. Г. Лозинским [103].

В процессе проведения экспериментов были приняты наиболее простые в изготовлении и удобные для практического применения

верхности образцов в процессе деформирования, зарождения и развития трещин в алюминии и его сплавах, была применена сле­

тельно отполированная поверхность образцов после деформации не подвергалась никаким видам травления и механической обра­ ботки для того, чтобы в максимальной степени сохранить естест­ венный вид деформационного рельефа и дефектов, образующихся при деформировании на этой поверхности. Применение травления исказило бы вид следов скольжения.

Поверхность образцов превращали в металлографический шлиф, подвергая шлифовке, полировке, затем электрополировке в электролите состава 20% НС104 , 80% С2 Н5 ОН. Режим электро­

Как показал опыт [103], самым радикальным способом крепления спая термопары к образцу для контроля температуры в установках такого типа является использование точечной электросварки, когда термопара приваривается либо сбоку образца, либо к сто­ роне, параллельной полированной поверхности. При этом объем металла, подвергающийся интенсивному нагреву в процессе

18

сварки, не превышает 1—2 мм3, и исходное структурное состояние всего объема образца практически не претерпевает изменений. Но для алюминия и его сплавов этот способ точечной приварки термопар непригоден: ни один из материалов, применяемых обычно для термопар, не дает с алюминиевыми сплавами качественного сварного соединения. В месте приварки образуются хрупкие интерметаллиды, и термопара в процессе опыта при пластической де­ формации образца отваливается от образца.

Было опробовано крепление термопары к образцу с помощью зачеканки. В центре образца в боковой поверхности высверливали два симметричных отверстия глубиной 1 мм и туда зачеканивались головки термопар. Недостаток этого способа в том, что отвер­ стия являлись концентраторами напряжений и по ним шло разрушение образца, искажая истинную картину разрушения. Кроме того, зачеканка термопары в рабочей части образца не всегда гарантирует хорошее качество контакта с образцом, так как при деформации высверленное отверстие тоже деформируется, и кон­ такт может ухудшиться либо нарушиться вовсе. Была опробована зачеканка термопары в галтель головки образца. В этом случае качество контакта термопары и образца в процессе опыта не ме­ нялось, так как деформация в основном проходит в рабочей части образца. Перепад же температур между центром образца и гал­ телью сравнительно постоянен для данного металла и данной температуры и может быть учтен с помощью поправки. Но ввиду того, что способ зачеканки термопар в образец является трудо­ емким и не всегда возможным (для малопластичных сплавов), было разработано и изготовлено стационарное приспособление в камерах установок для замера температуры в образцах, кото­ рое дает точность замеров, аналогичную той, что получается при зачеканке или приварке, но не требует зачеканки и приварки тер­

Приспособление (рис. 2) состоит из двух пластинчатых пружин, на концах которых прикреплены державки с керамическими втулками. С помощью указанных втулок осуществляется контакт термопары с образцом. Между пружинами установлен палец, на конце которого укреплено вращающееся колесо, которое пре­ пятствует прогибанию образца при испытании. Для измерения температуры до 400° С использовались проволочные хромельалюмелевые термопары диаметром 0,2 мм, выше 400° С — пла- тино-платинородиевые термопары диаметром 0,3 мм. Выводы от одной термопары подключались к регулирующему потенцио­ метру ЭПД-12, от второй термопары — к контрольному нерегу­ лируемому потенциометру, обеспечивающим контроль темпера­ туры с точностью +0,5%.

Проверка температуры нагрева различными присоединениями термопар показала, что принятый в работе способ контроля тем­ ператур с помощью приспособления обеспечивает точность, ана-

логичную приварке. При использовании метода контактного элек­ тронагрева образцов возникает неравномерное распределение температуры по его длине, связанное с охлаждением головок образцов захватами растягивающего устройства.

Было установлено, что протяженность зоны образца с равно­ мерным прогревом, характеризуемым колебанием температуры не выше +0,5%, находится при температурах до 500° С в пре­ делах 30 мм. Это обусловило выбор рабочей базы образца дли­ ной 30 мм при измерениях общей деформации в процессе испыта­ ния. Экспериментально было установлено, что в условиях сравни­ тельно равномерной деформации образца из алюминиевых сплавов градиент температуры по его длине практически не меняется вплоть до образования шейки или разрушения образца. Исследо­ вание строения и свойств материалов при повышенных темпера­ турах в установке ИМАШ-5С-65 проводилось в вакууме.

Для алюминия и его сплавов видимое окисление отсутствует уже при разряжении 1 - Ю - 4 мм рт. ст. (что установлено в настоя­ щей работе опытным путем).

Но характерной особенностью, проявляющейся при нагреве образцов в вакууме, следует считать избирательное испарение

споверхности образцов. Несмотря на малую упругость паров диссоциации алюминия и его сплавов, при проведении исследова­ ний при температурах, близких к солидусу, наблюдается избира­ тельное испарение отдельных структурных составляющих и в связи

сэтим изменение наблюдаемой структуры. Это необходимо учи­ тывать при оценке структурных изменений. Поэтому для устра­ нения структурных изменений при высоких температурах к су­ ществующим сегодня моделям серийных установок ИМАШ-5С-65 нами была изготовлена приставка для очистки и подачи в рабочую камеру инертных газов. В наших опытах в качестве инертного

газа применялся химически чистый аргон.

Р и с . 2. Схема приспособления для крепления термопар к об­ разцу

20

Регистрация результатов испытаний

Определение усилий, возникающих при растяжении исследуе­ мых образцов, производили тензометрическим методом. Точность

риала ЭИ486 одно деление шкалы реохорда прибора соответствует 2,0 кГ нагрузки. Поскольку максимальная погрешность измерения на приборе ИСД-3 не превышает +0,5 деления, то точность изме­ рения усилий, возникающих в испытуемом образце при его растя-

при изучении кинетики разрушения строились диаграммы раз­

ввиду того, что после возникновения трещин средняя деформация складывается из суммы удлинения, вызванного пластической де­ формацией материала, и удлинением, обусловленным раскрытием трещин. В этом случае удлинение, обусловленное раскрытием трещин, маскирует происходящие в металле изменения структуры в зависимости от приложенного напряжения при изучении диа­ грамм разрушения в координатах напряжение—деформация.

В процессе проведения экспериментов периодически определя­ лась как общая деформация рабочей зоны, так и локальная де­ формация выбранных участков или отдельных структурных со­ ставляющих. Общая и локальная деформации определялись как относительное удлинение вдоль направления растяжения. Общая деформация — на участке 30 мм, локальная деформация — на участках 20, 50, 100 либо 500 мкм.

Определение деформации производилось с помощью измерения расстояния между контрольными реперными точками. На поверх­ ности электрополированного образца вдоль направления растя­ жения уколами алмазной пирамиды на приборе ПМТ-3 наносились реиерные точки на вышеуказанном расстоянии друг от друга при нагрузке 1—10 Г, обеспечивающей минимальный размер отпе­ чатка во избежание искажения структуры сплавов. Для выявле­ ния закономерностей изменения структуры в процессе деформи­ рования на одном образце наносили 3—5 реперных линий. Каждая из них состояла из 30—40 точек.

ственно в установке ИМАШ-5С-65 с помощью стрелочного инди­ катора с ценой деления 0,005 мм. Второй способ — фотографи­ рование изучаемой зоны в процессе растяжения и последующее определение изменения расстояний между отдельными репер-

2t