Исследование стадийности деформации и разрушения и эволюции дефектной структуры при квазистатическом одноосном растяжении образцов конструкционных поликристаллических материалов, страница 39

Таким образом, использование метода корреляции цифровых изображений позволило в численном виде выявить влияние азотированного слоя и его растрескивания на развитие деформации. Однако, выявить четко разделяющихся стадий, как это удалось сделать при использовании метода тензометрии на основании данных графика упрочнения ds/de = f(e) и метода акустической эмиссии на основании данных активности АЭ, использованная методика регистрации и анализа изображений не позволила. В целом можно отметить, что выход значения ИДС на примерно постоянное значение для азотированных образцов с различной толщиной упрочненного слоя примерно совпадает с окончанием стадии первичного растрескивания, выявляемой по данным акустической эмиссии и анализа диаграмм нагружения (рис. 5.3.6, 5.3.8, 5.3.10) и графика изменения пространственного периода растрескивания (рис. 5.3.5).

5.3.5. Анализ результатов с позиции АЭ

Образцы без азотированного слоя

Увеличение активности АЭ в образцах на стадии упругой деформации с разных позиций объяснялось многими авторами [299, 311-313]. В работе [313] рост активности объяснялся неоднородным входом наиболее напряженных локальных объемов и повышением интенсивности вовлечения новых локальных объемов в пластическое деформирование в связи с ростом нагрузки. Основываясь на работах [311, 312] авторы работы [314] считают, что пик АЭ на стати упругости, названной стадией «микротекучести», связан с коллективным движением и размножением дислокаций в области границ преимущественно поверхностного слоя, а также с их выходом на поверхность. Границы зерен и поверхность металла при этом являются основными источниками новых дислокаций и микроконцентраторов напряжений. В работе [315] представлены экспериментально подтвержденные теоретические расчеты зависимости амплитуды и связанного с ней числа зарегистрированных сигналов от скорости деформации. Приведенные данные основываются на том, что при разных скоростях деформации часть сигналов АЭ, находящихся ниже порога дискриминации, всегда теряется и не регистрируется акустической аппаратурой. На основании вышесказанных обоснований можно предположить, что первый пик активности АЭ на стадии упругой деформации без.азот. I вызван вовлечением отдельных локальных объемов, имеющих наибольшее напряжение, в микродеформацию материала на стадии упругости. Такими объемами могут являться границы и приповерхностный слой металла. При достижении напряжений внешней нагрузки в сложении с внутренними напряжениями в отдельных областях уровня, превышающего предел текучести материала, происходит активное движение дислокаций в локальных объемах, плотность которых по границам зерен выше, чем в зернах, что приводит к образованию несплошностей на микроуровне. Постоянная скорость общей деформации, поддерживаемая испытательной машиной, обеспечивает в процессе нагружения достаточно высокие скорости локальной деформации микрообъемов, что вызывает рост амплитуды излучаемых и числа регистрируемых над установленным уровнем порога дискриминации сигналов АЭ. Таким образом, одно и тоже число подвижных дислокаций при различных скоростях деформации может привести к различному числу зарегистрированных сигналов АЭ, что и наблюдается на стадии макроупругости (точки 1 и 2 на рис. 5.3.2, а). Вовлечение новых объемов в пластическое деформирование материала при переходе в стадию текучести может привести к снижению активности АЭ в связи с уменьшением скорости локальной деформации, соответственно и скорости движения дислокаций, во вновь вовлеченных объемах. Момент деформации, обозначенный точкой 3 (рис. 5.3.2, а), соответствует максимальной активности источников АЭ в момент достижения физического предела текучести на стадии деформационного упрочнения, охарактеризованной нами согласно [272, 273] как стадия без.азот. II параболического упрочнения. Для ряда металлов на данной стадии, как показано в работе [314], происходит значительное увеличение плотности дислокаций с их выходом на границы фазовых включений и с формированием дислокационной ячеистой структуры с критической плотностью дислокаций, а также образованием субмикротрещин. Образование микротрещин длиной порядка 1-5 мкм, при достижении некоторого критического напряжения, на данной стадии было отмечено в работе Одинга И.А. и Либерова Ю.П. [299, 316], происходит преимущественно на поверхности металла. Однако их число и активность роста несколько ниже, чем на стадии упругости в области микротекучести, что подтверждается регистрацией раздельных типов сигналов АЭ (рис. 5.3.2, а). Дальнейшая деформация сопровождается образованием скоплений дислокаций (леса дислокаций), сокращением длины их свободного пробега и уменьшением числа подвижных дислокаций, что приводит к снижению амплитуды и энергии излучаемых, а также числа регистрируемых сигналов АЭ. Стадия без.азот. III линейного деформационного упрочнения протекает с достаточно низкой активностью сигналов АЭ дислокационного типа и практически полным отсутствием сигналов АЭ типа микротрещин, что также связано с еще более повышающейся плотностью дислокаций при малой скорости деформации полностью вовлеченного в пластическое деформирование объема материала. Завершающая стадия без.азот. IV деформации сопровождается локализацией объема образца, вовлеченного в сопротивление пластической деформации – происходит образование шейки. Данная стадия сопровождается небольшим ростом активности АЭ при сокращающемся объеме материала, участвующего в деформации (точка 4 рис. 5.3.2, а), что также связано с увеличением скорости деформирования материала образца в шейке при сохранении общей скорости деформации испытательной машины. Фактически, окончательное разрушение материала имеет пластическую (дислокационную) природу и образование шейки в основном является результатом активной пластической деформации, связанной с эволюцией дислокационной структуры [300, 315].