Сергей Павлович Самойлов
454080, Челябинск, пр-т Ленина, д. 76
Sergey P. Samoilov
76, pr. Lenina, Chelyabinsk, 454080
В целях развития методик расчета аварийных ситуаций теплонапряженного оборудования исследована реология сплава ХН55МВЦ при конечных квазистатических деформациях и температурах — эксплуатационных и повышенных. Установлены основные закономерности деформирования сплава и выявлены ответственные за них физические механизмы. Предложены математические модели для описания наиболее значимых при расчете конструкций эффектов. Реологические свойства сплава исследованы в условиях одноосного изотермического сжатия при температурах 24 – 1150 °C, степенях логарифмической деформации до 1,0 и скоростях 0,001 – 0,125 с–1. Основные механизмы деформирования установлены методами оптической микроскопии. Предложена математическая модель, описывающая форму кривых деформирования сплава (модификация дислокационной модели жесткопластичности Бергштрёма), развитием которой стали скоростные и температурные зависимости механических характеристик. На кривых деформирования обнаружен протяженный участок линейного упрочнения с насыщением и выходом на плато или разупрочнением. Максимумы (пиковые значения) напряжений немонотонно зависят от режима деформации, пределы текучести слабо зависят от скорости, линейное упрочнение практически не зависит от режима. Исследования микроструктуры выявили отсутствие связи стадии разупрочнения с началом процесса динамической рекристаллизации. Микротрещины не обнаружены. При температурах 24 – 900 °C наблюдали прерывистое течение и акустическую эмиссию, объяснимые динамическим старением (свыше 500 °C), деформационным двойникованием и автоволновыми эффектами при локализации пластической деформации. Предложенные модели реологических эффектов отличаются от существующих дислокационных моделей теоретически более широким диапазоном применения — по скоростям деформации (10–8 – 1,0 с–1) и температурам (0 – 80 % от температуры плавления). Обнаруженные в экспериментах реологические эффекты, анализ их физической природы и математическое описание применимы для совершенствования методик расчета аварийных ситуаций теплонапряженного оборудования.
The rheology of the KhN55MVTs alloy has been studied at finite quasi-static strains and at operational and elevated temperatures to develop methods for calculating the emergency conditions of heat-stressed equipment. Some basic features of the stress-strain response of the alloy and the physical mechanisms responsible for them were revealed. Constitutive models are proposed to describe the most significant and crucial effects in assessing the structural integrity. The rheological properties of the alloy were studied under isothermal uniaxial compression within a temperature range of 24 – 1150°C with log-strains up to 1.0 and deformation rate of 0.001 – 0.125 sec–1. The main deformation mechanisms have been revealed via optical microscopy. A constitutive model predicting the shape of stress-strain curves (a modification of the Bergström dislocation-based model of rigid-plasticity) is proposed which make it possible to obtain the rate and temperature dependencies of the mechanical properties. The dependence of maxima (peak values) of stresses on the deformation rate and temperature exhibits a non-monotonic character, while the yield stresses are weakly rate-dependent, and the linear slope is almost rate and temperature independent. The microstructure tests revealed the absence of a correlation between the softening stage and the onset of dynamic recrystallization process. No microcracks were found. Serrated flow and acoustic emission were observed within a temperature interval of 24 – 900°C probably attributed to dynamic aging (above 500°C), deformation twinning, and autowave effects during localization of the plastic strain. The proposed models of rheological effects differ from the existing dislocation models in a wider range of application — in terms of strain rates (10–8 – 1,0 sec–1) and temperatures (0 – 80% of the melting point). The rheological effects revealed in the experiments, analysis of their physical nature and constitutive description can be used in assessing failures of heat-stressed equipment and improving the methods for calculating emergency situations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.