physics-help.info
           
     
 

Введение

Методика исследования ангармонизма

Экспериментальная установка

Влияние пластической деформации на ангармонизм стали и алюминия

Взаимосвязь ангармонизма с упрочнением

Дислокационный ангармонизм пластически деформированной меди

Влияние остаточных напряжений первого и второго рода

Возврат модулей упругости третьего порядка

Дислокационный вклад в ангармонизм металлов

Основные выводы

 
металлы
Дислокационный ангармонизм пластически деформированных металлов

Дислокации представляют собой линейные дефекты кристаллической структуры, обладающие высокой подвижностью. Перемещаясь сквозь кристалл, дислокация несет в себе единичный акт пластической деформации. Поэтому в современном металловедении вопросы прочности и пластичности металлов и сплавов рассматриваются с использованием представления дислокациях, их зарождении, движении, взаимодействии и распределении. Важное место здесь занимает также наличие вакансий в кристаллической решётке, которые являются точечными дефектами кристаллической структуры. Дислокации и вакансии, являясь дефектами кристаллической структуры, понижают прочность кристалла в сотни и тысячи раз. Под действием приложенного к кристаллу внешнего механического воздействия дислокации и вакансии перемещаются по кристаллу и взаимодействуют друг с другом, образуя скопления. Эти скопления являются источником зарождения атомной трещины-скола размером в несколько межатомных плоскостей. Дальнейшее движение такой атомной трещины несет в себе элементарный акт разрушения, сопровождающийся образованием микротрещины.

Дислокации, являясь высокоподвижными дефектами, легко изменяют свою конфигурацию в поле ничтожно малых напряжений. Поэтому если в зерне имеются внутренние остаточные напряжения, то кристаллическая структура будет иметь преимущественное искривление в поле этих напряжений. Такая структура обладает нелинейностью, связанной с отклонением закона Гука от линейного. Поэтому исследование нелинейности упругих свойств позволяет изучать дислокационную структуру металла и ее взаимодействие с точечными дефектами.

Подобный подход позволяет создать новый высокоэффективный физический метод изучения и контроля процессов пластической деформации, дополняющий другие известные методы. Основным достоинством этого метода, обуславливающим его перспективность, является его неразрушающий характер.

При распространении гармонической упругой волны в упруго-нелинейной среде она искажается, поскольку волновое уравнение для такой среды не допускает гармонических решений. Совокупность явлений связанных с данной нелинейностью получило общее название «ангармонизм». Ниже приводятся полученные нами результаты по исследованию влияния дислокационной структуры на ангармонизм пластических деформированных поликристаллических металлов.

Известно, что для поликристаллов ангармонизм или нелинейность упругих свойств в первом приближении описывается тремя модулями упругости третьего порядка а , в и с , являющимися коэффициентами при кубических членах в разложении упругой энергии в ряд по инвариантам тензора конечной деформации.

где: W - упругая энергия деформации; компоненты тензора конечной деформации; и - модули упругости второго порядка в обозначениях Ламэ.

Очевидно, что закон Гука для среды с такой формой упругой энергии становится нелинейным. Здесь модули упругости третьего порядка характеризуют отклонение нелинейного закона Гука от линейного и описывают физический ангармонизм металла.

В настоящее время имеются немногочисленные работы, показывающие, что на нелинейность упругих свойств металлов сильное влияние оказывает реальная структура и, в первую очередь, дислокации. По соображениям симметрии эти дислокации должны обладать асимметрией относительно знака деформации и, следовательно, иметь конфигурацию, искривленную в поле остаточных внутризеренных напряжений. Наличие подобной взаимосвязи создает принципиальную возможность, измеряя неразрушающим образом модули упругости третьего порядка, исследовать дислокационную структуру, а также степень ее искажения в поле внутренних напряжений, либо фиксировать остаточные межзеренные напряжения в структуре. Это позволяет более эффективно исследовать различные процессы пластической деформации металлов и сплавов. Экспериментальные работы по детальному исследованию этих вопросов немногочисленны, поэтому для практической реализации такой методики требуются дальнейшие исследования.