zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-11-86-92zldm-2344Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. MECHANICAL TESTING METHODSИсследование неоднородности пластической деформации на стадии предразрушения медно-никелевого сплаваStudy of plastic deformation heterogeneousity at the prefracture stage of copper-nickel alloyБаранниковаС. А.BarannikovaSvetlana A.

Светлана Александровна Баранникова,

634055, г. Томск, Академический просп., д. 2/4.

Svetlana A. Barannikova, 

2/4, Akademicheskii prosp., Tomsk, 634055.

bsa@ispms.ruКолосовС. В.KolosovSergey V.

Сергей Васильевич Колосов,

634055, г. Томск, Академический просп., д. 2/4.

Sergey V. Kolosov,

2/4, Akademicheskii prosp., Tomsk, 634055.

ИсхаковаП. В.IskhakovaPolina V.

Полина Валентиновна Исхакова,

634055, г. Томск, Академический просп., д. 2/4.

Polina V. Iskhakova,

2/4, Akademicheskii prosp., Tomsk, 634055.

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)РоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch Russian Academy of Sciences (ISPMS SB RAS)Russian Federation20242211202490118692Copyright © Баранникова С.А., Колосов С.В., Исхакова П.В., 20242024Баранникова С.А., Колосов С.В., Исхакова П.В.Barannikova S.A., Kolosov S.V., Iskhakova P.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2344

Пластическая деформация имеет склонность к локализации на всех этапах — от начала до конца (до разрушения) и принимает на этом пути различные закономерно меняющиеся формы. Локализация пластического течения может быть причиной разрушения материалов в ходе технологических процессов, связанных с большими пластическими деформациями. В связи с этим необходимо выяснить закономерности процесса локализации пластической деформации на всем протяжении деформационной кривой — от предела текучести до предела прочности. Знание закономерностей локализации пластического течения позволит сформулировать критерий прогнозирования запаса пластичности материалов. Для исследования особенностей пластической деформации металлов перспективным оказался метод спекл-фотографии. Пространственное разрешение этого метода отвечает уровню оптической микроскопии при значительном преимуществе по размеру поля зрения. Данный метод позволяет получать значения компонент тензора пластической дисторсии рабочей поверхности образца с интервалом 30 с (предельные перемещения точек поверхности — 100 мкм) и в конечном счете — анализировать эволюцию картин локализации, а также определять кинетические параметры подвижных очагов локализации. В данной работе методом спекл-фотографии исследована кинетика развития очагов локализованной пластической деформации в поликристаллическом медно-никелевом сплаве МНМц40-1,5. Установлено, что формы локализации полностью определяются действующими на соответствующей стадии процесса законами деформационного упрочнения материала. Локализация пластического течения в медно-никелевом сплаве имеет автоволновой характер. При этом на площадке текучести, стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также на стадии предразрушения наблюдаемые картины локализации отражают разные типы автоволновых процессов. Анализ характеристик таких процессов позволил измерить скорость их распространения и длину волны. Предложен способ выявления очага разрушения для прогнозирования запаса пластичности металлов.

The most important regularity of plastic deformation process is its tendency to localize at all stages. Localization accompanies plastic deformation from beginning to end (until failure), taking on various regularly changing forms along the way. Localization of plastic flow can cause destruction of materials during technological processes associated with large plastic deformations. In this regard, it is necessary to clarify the laws governing the localization of plastic deformation throughout the entire length of the strain — stress curve from the yield strength to the strength limit. Knowledge of the patterns of localization of plastic flow will allow us to formulate a criterion for predicting the plasticity reserve of materials. The use of the speckle photography method has proven promising in studying the characteristics of plastic deformation of metals. The spatial resolution of this method corresponds to the level of optical microscopy with a significant advantage in the size of the field of view. This method makes it possible to obtain the values of the components of the plastic distortion tensor of the working surface of the sample with an interval of 30 sec (the maximum displacement of surface points is 100 μm) and, ultimately, to analyze the evolution of localization patterns, as well as to determine the kinetic parameters of moving localization foci, which is its main advantage. In this work, the kinetics of development of localized plastic deformation sites in the polycrystalline copper-nickel alloy Cu-40%Ni-1.5%Mn was studied using speckle photography. It was possible to find out that the forms of localization are completely determined by the laws of strain hardening of the material operating at the corresponding stage of the process. The localization of plastic flow in a copper-nickel alloy has an autowave character. At the same time, at the yield site, stages of linear and parabolic strain hardening, as well as at the pre-fracture stage, the observed localization patterns are different types of autowave processes. Analysis of the characteristics of such processes made it possible to measure their propagation speed and wavelength. In conclusion, a method for identifying the source of destruction to predict the ductility reserve of metals is proposed.

металлыпластическая деформациялокализациядеформационное упрочнениеразрушениеmetalsplastic deformationlocalizationstrain hardeningfailureРабота выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН (проект № FWRW-2021-0011).ReferencesБелл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В 2-х томах. — М.: Наука, 1984. Т. 1. — 596 с.; Т. 2. — 431 с.Bell J. F. Experimental foundations of the mechanics of deformable solids: in 2 volumes. — Moscow: Nauka, 1984. Vol. 1. — 596 p.; Vol. 2. — 431 p. [Russian translation].Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. — М.: Мир, 1986. — 328 с.Jones R., Wykes K. Holographic and speckle interferometry. – Moscow: Mir, 1986. — 328 p. [Russian translation].Кобаяси А. Экспериментальная механика. — М.: Мир, 1990. Кн. 1. — 615 с.; Кн. 2. — 551 с.Kobayashi A. Experimental mechanics. — Moscow: Mir, 1990. Book 1. — 615 p.; Book 2. — 551 p. [in Russian].Gdoutos E. E. Experimental Mechanics. An Introduction. — Berlin: Springer, 2021. — 311 p.Gdoutos E. E. Experimental Mechanics. An Introduction. — Berlin: Springer, 2021. — 311 p.Владимиров А. П. Динамическая спекл-интерферометрия деформируемых тел. — Екатеринбург: УрО РАН, 2004. — 241 с.Vladimirov A. P. Dynamic speckle interferometry of deformable bodies. — Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2004. — 241 p. [in Russian].Rastogi P. K. Digital Speckle Pattern Interferometry and Related Techniques. — New York: Wiley-VCH, 2000. — 384 p.Rastogi P. K. Digital Speckle Pattern Interferometry and Related Techniques. — New York: Wiley-VCH, 2000. — 384 p.Sutton M. A., Orteu J. J., Schreier H. W. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Mesurements. Basic Concepts, Theory and Applications. — Berlin: Springer, 2009. — 317 p.Sutton M. A., Orteu J. J., Schreier H. W. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Mesurements. Basic Concepts, Theory and Applications. — Berlin: Springer, 2009. — 317 p.Шибков А. А., Золотов А. Е., Гасанов М. Ф. и др. Нелинейная динамика индивидуальных полос деформации Портевена – Ле Шателье / ФТТ. 2022. Т. 64. № 11. С. 1603 – 1613. DOI: 10.21883/FTT.2022.11.53311.429Shibkov A. A., Zolotov A. E., Gasanov M. F., et al. Nonlinear dynamics of individual deformation bands of Portevin – Le Chatelier / Phys. Solid State. 2022. Vol. 64. N 11. P. 1603 – 1613. DOI: 10.21883/FTT.2022.11.53311.429Shabadi R., Kumar S., Roven H. J., et al. Characterization of PLC band parameters using laser speckle technique / Mater. Sci. Eng. A. 2004. 364. P. 140 – 150. DOI: 10.1016/j.msea.2003.08.013Shabadi R., Kumar S., Roven H. J., et al. Characterization of PLC band parameters using laser speckle technique / Mater. Sci. Eng. A. 2004. 364. P. 140 – 150. DOI: 10.1016/j.msea.2003.08.013Третьякова Т. В., Вильдеман В. Э. Пространственно-временная неоднородность процессов неупругого деформирования металлов. — М.: Физматлит, 2016. — 120 с.Tretyakova T. V., Wildeman V. E. Spatiotemporal heterogeneity of processes of inelastic deformation of metals. — Moscow: FizMatLit, 2016. — 120 p. [in Russian].Луманн Т., Робсон С., Кайл С. и др. Ближняя фотограмметрия и 3D-зрение. — М.: URSS, 2018. — 704 с.Luhmann T., Robson S., Kyle S., et al. Near-field photogrammetry and 3D vision. — Moscow: URSS, 2018. — 704 p. [in Russian].Зуев Л. Б., Данилов В. И., Баранникова С. А. Физика макролокализации пластического течения. — Новосибирск: Наука, 2008. — 327 с.Zuev L. B., Danilov V. I., Barannikova S. A. Physics of macrolocalization of plastic flow. — Novosibirsk: Nauka, 2008. — 327 p. [in Russian].Пономарев К. Е., Стрельников И. В., Антонов А. А. и др. Применение метода лазерной интерферометрии для выбора режимов вибрационной обработки по критерию уровня остаточных напряжений / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 2. С. 54 – 60. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-2-54-60Ponomarev K. E., Strelnikov I. V., Antonov A. A., et al. Application of laser interferometry to the choice of processing modes by the criterion of the residual stress level / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. N 2. P. 54 – 60 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-2-54-60Зуев Л. Б. Автоволновая пластичность. Локализация и коллективные моды. — М.: Физматлит, 2018. — 208 с.Zuev L. B. Autowave plasticity. Localization and collective fashions. — Moscow: FizMatLit, 2018. — 208 p. [in Russian].Зуев Л. Б., Хон Ю. А., Горбатенко В. В. Физика неоднородного пластического течения. — М.: Физматлит, 2024. — 320 с.Zuev L. B., Khon Yu. A., Gorbatenko V. V. Physics of inhomogeneous plastic flow. — Moscow: FizMatLit, 2024. — 320 p. [in Russian].Заводчиков С. Ю., Зуев Л. Б., Котрехов В. А. Металловедческие вопросы производства изделий из сплавов циркония. — Новосибирск: Наука, 2013. — 256 с.Zavodchikov S. Yu., Zuev L. B., Kotrekhov V. A. Metallurgical issues of production of products from zirconium alloys. — Novosibirsk: Nauka, 2013. — 256 p. [in Russian].McDonald R. J., Efstathiou C., Kurath P. The wavelike plastic deformation of single crystal copper / J. Eng. Mater. Technol. 2009. Vol. 131. No. 3. P. 7 – 13. DOI: 10.1115/1.3120410McDonald R. J., Efstathiou C., Kurath P. The wavelike plastic deformation of single crystal copper / J. Eng. Mater. Technol. 2009. Vol. 131. No. 3. P. 7 – 13. DOI: 10.1115/1.3120410Zbib H. M., de la Rubia T. D. A multiscale model of plasticity / Int. J. Plast. 2002. Vol. 18. No. 9. P. 1133 – 1163. DOI: 10.1016/S0749-6419(01)00044-4Zbib H. M., de la Rubia T. D. A multiscale model of plasticity / Int. J. Plast. 2002. Vol. 18. No. 9. P. 1133 – 1163. DOI: 10.1016/S0749-6419(01)00044-4Ohashi T., Kawamukai M., Zbib H. A multiscale approach for modeling scale-dependent yield stress in polycrystalline metals / Int. J. Plast. 2007. Vol. 23. No. 5. P. 897 – 914. DOI: 10.1016/j.ijplas.2006.10.002Ohashi T., Kawamukai M., Zbib H. A multiscale approach for modeling scale-dependent yield stress in polycrystalline metals / Int. J. Plast. 2007. Vol. 23. No. 5. P. 897 – 914. DOI: 10.1016/j.ijplas.2006.10.002Kobelev N. P., Lebyodkin M. A., Lebedkina T. A. Role of self-organization of dislocations in the onset and kinetics of macroscopic plastic instability / Metall. Mater. Trans. A. 2017. Vol. 48. No. 3. P. 965 – 974. DOI: 10.1007/s11661-016-3912-xKobelev N. P., Lebyodkin M. A., Lebedkina T. A. Role of self-organization of dislocations in the onset and kinetics of macroscopic plastic instability / Metall. Mater. Trans. A. 2017. Vol. 48. No. 3. P. 965 – 974. DOI: 10.1007/s11661-016-3912-xBarannikova S. A., Nadezhkin M. V. Kinetics of plastic deformation localization bands in polycrystalline nickel / Metals. 2021. Vol. 11. N 9. P. 1440. DOI: 10.3390/met11091440Barannikova S. A., Nadezhkin M. V. Kinetics of plastic deformation localization bands in polycrystalline nickel / Metals. 2021. Vol. 11. N 9. P. 1440. DOI: 10.3390/met11091440Смирягин Л. П., Смирягина Н. Л., Белов А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. — М.: Металлургия, 1970. — 488 с.Smiryagin L. P., Smiryagina N. L., Belov A. V. Industrial non-ferrous metals and alloys. — Moscow: Metallurgiya, 1970. — 488 p. [in Russian].Eder S. J., Grutzmacher P. G., Ripoil M. R., et al. Effect of temperature on the de formation behavior of copper nickel alloys under sliding / Materials. 2021. Vol. 14 (1). P. 60. DOI: 10.3390/ma14010060Eder S. J., Grutzmacher P. G., Ripoil M. R., et al. Effect of temperature on the de formation behavior of copper nickel alloys under sliding / Materials. 2021. Vol. 14(1). P. 60. DOI: 10.3390/ma14010060Khlebnikova Y. V., Rodionov D. P., Gervas’eva I. V., et al. Conditions of sharp cube texture formation in thin tapes of Cu-Ni alloys for second-generation high-temperature superconductors / Tech. Phys. Lett. 2015. Vol. 41. P. 341 – 343. DOI: 10.1134/S1063785015040094Khlebnikova Y. V., Rodionov D. P., Gervas’eva I. V., et al. Conditions of sharp cube texture formation in thin tapes of Cu-Ni alloys for second-generation high-temperature superconductors / Tech. Phys. Lett. 2015. Vol. 41. P. 341 – 343. DOI: 10.1134/S1063785015040094Tian H., Suo H. L., Mishin O. V., et al. Annealing behavior of a nanostructured Cu-45 at. % Ni alloy / J. Mater. Sci. 2013. Vol. 48. P. 4183 – 4190. DOI: 10.1007/s10853-013-7231-yTian H., Suo H. L., Mishin O. V., et al. Annealing behavior of a nanostructured Cu-45 at. % Ni alloy / J. Mater. Sci. 2013. Vol. 48. P. 4183 – 4190. DOI: 10.1007/s10853-013-7231-yТрефилов В. И., Моисеев В. Ф., Печковский Э. П. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. — Киев: Наукова думка, 1987. — 256 с.Trefilov V. I., Moiseev V. F., Pechkovsky E. P. Strain hardening and destruction of polycrystalline metals. — Kyiv: Naukova Dumka, 1987. — 256 p. [in Russian].Баранникова С. А., Зуев Л. Б., Надежкин М. В. Пластическое течение в твердых растворах Cu-Ni как автоволновой процесс / ФТТ. 2023. Т. 65. Вып. 3. С. 444 – 450. DOI: 10.21883/FTT.2023.03.54744.412Barannikova S. A., Zuev L. B., Nadezhkin M. V. Plastic flow in Cu-Ni solid solutions as an autowave process / Phys. Solid State. 2023. Vol. 65. N 3. P. 444 – 450. DOI: 10.21883/PSS.2023.03.55586.412Zuev L. B., Barannikova S. A. Autowave physics of material plasticity / Crystals. 2019. 9(9): 458. P. 1 – 30. DOI: 10.3390/cryst9090458Zuev L. B., Barannikova S. A. Autowave physics of material plasticity / Crystals. 2019. 9(9): 458. P. 1 – 30. DOI: 10.3390/cryst9090458

The authors declare that there are no conflicts of interest present.