Файл: Разрушение алюминиевых сплавов при растягивающих напряжениях..pdf

продолжает осуществляться за счет деформирования самих зерен, а не за счет раскрытия трещин. Процесс последующего слияния микротрещин в так называемые «магистральные» трещины про­ текает в этом случае замедленно, и только после длительного промежутка времени наблюдается постепенное падение напряже­ ния (при этом происходит образование «магистральных» трещин и затем разрушение образца). Аналогичные испытания проводили при скорости деформирования 1,2-10~3 мм/час. Так как при этой скорости разрушение образцов происходит за несколько секунд, а на применяемом нами оборудовании экспериментально трудно точно зарегистрировать напряжения разрушения, то на рис. 9 приводится только время от момента приложения нагрузки к образцу до разрушения исследуемых сплавов. При этой ско­ рости деформирования наблюдается то же соотношение между зарождением и распространением трещин в образце, как и при исследовании со скоростью деформирования 0 , 8 - Ю - 5 м/сек, т. е. в 150 раз меньшей. Аналогичные результаты были подтверждены исследованиями, проведенными на деформируемых промышлен­ ных сплавах АМгб, АК4-1, Д16 (рис. 10).

Полученные данные свидетельствуют, что при комнатной тем­ пературе качественную и сравнительную количественную оценки характера зарождения и развития трещин, напряжения разру­ шения и продолжительности развития трещин до полного раз­ рушения образцов можно получить, исследуя сплавы при одной выбранной скорости деформирования.

Выбор оптимальной скорости деформирования для проведения исследований

Так как характер разрушения алюминиевых сплавов в исследуе­ мом интервале скоростей деформирования от 2 , 0 - Ю - 8 до 1,2-Ю- 3 м/сек качественно не зависит от скорости деформирова­ ния, то, следовательно, можно сравнительно оценивать характер разрушения сплавов при высоких и низких скоростях деформиро­ вания по результатам испытания при скорости, удобной для исследования.

Наиболее удобной для исследования алюминиевых сплавов оказалась скорость 2• 10- 6 м/сек или 15%/час, так как при этой скорости нагружение идет достаточно ' медленно, чтобы успеть зафиксировать с помощью фотографирования изменение струк­ туры во времени, установить взаимосвязь структуры и прило­ женного напряжения, а также измерить локальную деформацию образцов в процессе опыта.

Кроме выбранной скорости для исследования влияния ско­ рости деформирования на изменение количественных параметров, характеризующих свойства материала при одноосном растяже­ нии (напряжение разрушения сплава, время до разрушения, работа разрушения и др.), которые могут зависеть от времени

28

действия растягивающих напряжений, исследования проводились

быть порядка нескольких сотен часов, что позволяет с определен­ ной степенью приближения моделировать условия, в которых находится материал при эксплуатации.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАНОВКЕ ИМАШ-5С-65

Проведение дальнейших исследований по вышеописанным методи­ кам заключалось в выборе характерной микроструктуры алюми­ ния и сплавов и в последующем изучении изменений деформацион­ ного микрорельефа этой структуры в процессе пластической деформации при растяжении.

При этом процесс возникновения линий скольжения и микро­ трещин фиксировался как визуально, так и путем фотографирова­ ния, и устанавливались те структурные составляющие, в которых

тер дальнейшего развития указанных трещин. Оценивалась не­ равномерность протекания пластической деформации микро­ объемов металла, при которой происходит образование трещин критического размера, а также общая деформация рабочей части образца в указанный момент.

Выявлялась зависимость приведенных выше явлений от при­ кладываемого напряжения, скорости нагружения и температуры. При этом определялось изменение напряжения в процессе растя­ жения образцов, напряжение, при котором происходит образо­ вание оптически разрешаемых трещин, а также определялось и сравнивалось для исследуемых сплавов время от момента воз­ никновения оптически видимых трещин до окончательного раз­ рушения.

Результаты этих наблюдений оформлялись в виде гра­ фиков изменения локальной деформации контрольных участков образца и кинетических кривых изменения напряжения во вре­

С целью установления влияния состава и структурных состав­ ляющих на разрушение сложнолегированных алюминиевых спла­ вов систем AI—Mg и Al—Си—Mg исследование проводилось по разработанной методике в следующей последовательности.

29

Глава I I I . АЛЮМИНИЙ

Для перехода к изучению влияния структуры и состава на ха­ рактер протекания пластической деформации и разрушения сложнолегированных алюминиевых сплавов предварительно с по­ мощью описанной выше методики были исследованы особенности протекания пластической деформации при растяжении алюминия марки А99 (примеси не более 0,01%). Это исследование проводи­ лось, как указывалось ранее, с двумя целями:

1) подтверждение правильности применяемой методики при исследовании известных закономерностей особенностей протека­ ния пластической деформации в алюминии;

2) исследование влияния структурных составляющих на не­ однородность пластической деформации и разрушение алюминия.

Постановка этой задачи вызвана тем, что, как известно из литературных данных [71], зарождение разрушения в поликри­ сталлическом алюминии является результатом негомогенной пла­ стической деформации в областях микроскопических размеров, где локальная деформация максимальна.

Разрушению большинства чистых металлов под действием растягивающих напряжений предшествует пластическая дефор­ мация, приводящая к образованию шейки. В области шейки возникают поры, которые, сливаясь меяэду собой, образуют тре­ щины, приводящие к разрушению образца. Однако особенностью чистого алюминия является то, что образование шейки не сопро­ вождается возникновением пор, а происходит в результате раз­ вития трещин, зарождающихся в полосах интенсивной дефор­ мации [37].

Проведенное нами исследование характера протекания пласти­ ческой деформации при растяжении литого алюминия марки А99 (примесей не более 0,01%) при комнатной температуре показало, что на начальных стадиях пластической деформации появляются прямолинейные следы скольжения, указывающие на начавшиеся

31

По мере увеличения степени деформации возникает вторая си­ стема прямолинейных следов скольжения, пересекающая ранее образовавшуюся. Это свидетельствует о протекании деформации последовательно либо одновременно по нескольким направлениям легкого скольжения. С увеличением степени деформации все большую роль начинает играть поперечное скольжение (рис. 11, а).

С повышением степени деформации ширина грубых следов скольжения увеличивается, а расстояние между ними практи­ чески остается постоянным. Миграции границ зерен не наблю­ дается.

При еще больших деформациях наблюдается поворот отдель­ ных менее благоприятно расположенных по отношению к дей­ ствующим напряжениям кристаллов вследствие давления на них соседних кристаллов, ориентированных иначе, более благоприятно с энергетической точки зрения. Так, неоднородность ориентации кристаллов в поликристаллическом алюминии создает неодно­ родность деформации, что видно из табл. 3.

В соответствии с классификацией микрорельефов, возникаю­ щих при деформировании металлов с ГЦК решеткой, предложен­ ной в работе [106], микрорельеф, образующийся на поверхности алюминия при деформировании его при комнатной температуре, относится к микрорельефам 1-й группы, характеризующимся образованием внутризеренных сдвиговых рельефов. Разрушение носит транскристаллический характер (рис. 11, б). Необходимо отметить, что при комнатной температуре в чистом алюминии образования оптически видимых трещин нами не наблюдалось вплоть до степеней деформации, близких к разрушению образцов.

При повышенной температуре 200—300° С в зернах алюминия наблюдается образование либо одной системы полос скольжения, когда деформация в пределах одного зерна идет преимущественно по одной плоскости, либо ветвистых грубых следов скольжения, характерных для усиливающегося с повышением температуры

32