Исследование неоднородности пластической деформации на стадии предразрушения медно-никелевого сплава

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.

1. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. В 2-х томах. — М.: Наука, 1984. Т. 1. — 596 с.; Т. 2. — 431 с.

2. Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. — М.: Мир, 1986. — 328 с.

3. Кобаяси А. Экспериментальная механика. — М.: Мир, 1990. Кн. 1. — 615 с.; Кн. 2. — 551 с.

4. Gdoutos E. E. Experimental Mechanics. An Introduction. — Berlin: Springer, 2021. — 311 p.

5. Владимиров А. П. Динамическая спекл-интерферометрия деформируемых тел. — Екатеринбург: УрО РАН, 2004. — 241 с.

6. Rastogi P. K. Digital Speckle Pattern Interferometry and Related Techniques. — New York: Wiley-VCH, 2000. — 384 p.

7. 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.

8. 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.2022.11.53311.429

9. Shabadi 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.2003.08.013

10. Третьякова Т. В., Вильдеман В. Э. Пространственно-временная неоднородность процессов неупругого деформирования металлов. — М.: Физматлит, 2016. — 120 с.

11. Луманн Т., Робсон С., Кайл С. и др. Ближняя фотограмметрия и 3D-зрение. — М.: URSS, 2018. — 704 с.

12. Зуев Л. Б., Данилов В. И., Баранникова С. А. Физика макролокализации пластического течения. — Новосибирск: Наука, 2008. — 327 с.

13. 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: 10.26896/1028-6861-2020-86-2-54-60

14. Зуев Л. Б. Автоволновая пластичность. Локализация и коллективные моды. — М.: Физматлит, 2018. — 208 с.

15. Зуев Л. Б., Хон Ю. А., Горбатенко В. В. Физика неоднородного пластического течения. — М.: Физматлит, 2024. — 320 с.

16. Заводчиков С. Ю., Зуев Л. Б., Котрехов В. А. Металловедческие вопросы производства изделий из сплавов циркония. — Новосибирск: Наука, 2013. — 256 с.

17. 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: 10.1115/1.3120410

18. Zbib 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)00044-4

19. Ohashi 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.2006.10.002

20. Kobelev 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-x

21. Barannikova 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/met11091440

22. Смирягин Л. П., Смирягина Н. Л., Белов А. В. Промышленные цветные металлы и сплавы. — М.: Металлургия, 1970. — 488 с.

23. 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/ma14010060

24. Khlebnikova 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/S1063785015040094

25. Tian 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-y

26. Трефилов В. И., Моисеев В. Ф., Печковский Э. П. Деформационное упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. — Киев: Наукова думка, 1987. — 256 с.

27. 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.2023.03.54744.412

28. Zuev L. B., Barannikova S. A. Autowave physics of material plasticity / Crystals. 2019. 9(9): 458. P. 1 – 30. DOI: 10.3390/cryst9090458