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

Известно, что на особенность генерации сигналов АЭ при деформации материалов оказывают влияние многие факторы, среди которых структура и кристаллическое строение материалов, режимы термо- и механической обработки, фазовый состав и т. д. Также к факторам, влияющим на активность регистрируемой АЭ, можно отнести параметры используемой акустической аппаратуры, в частности чувствительность. Для возможности сравнения результатов исследования широкого круга материалов, сопоставительные эксперименты проводились на одном том же оборудовании с одинаковыми настройками аппаратуры, приведенными в методической части работы (см. раздел 3). Классическим тестом при исследовании стадийности деформации и разрушения являются испытания на растяжение гладких образцов. Представляет интерес проведение одновременной комплексной оценки активности (ведущей роли) деформации путем корреляционного анализа цифровых изображений и совокупности сигналов АЭ при одновременной регистрации оптических изображений поверхности с использованием оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC и данных акустической эмиссии. Исследовали 6 типов материалов. Образцы сталей были изготовлены лазерной резкой, а алюминиевых и титановых сплавов фрезерованием по контуру.

5.1.1. Образцы стали 45. В работе проведены исследования особенностей деформации сталей с различным содержанием углерода. В первой серии экспериментов испытывали образцы среднеуглеродистой стали 45, широко применяемой в машиностроительном производстве. Во второй серии образцов исследовали образцы стали 20. Основные механические характеристики сталей 20 и 45 по ГОСТ 1050-88 приведены в таблице 5.1.1.

Таблица 5.1.1 Механические свойства сталей по ГОСТ 1050-88

На рис. 5.1.1 приведены совмещенные по времени t и относительной деформации e  графики: а) деформационного упрочнения ds/de и интегрального накопления N(t) сигналов АЭ; б) кривой течения s=f(e) и активности АЭ; в) интегрального значения интенсивности деформации сдвига γ. В этом разделе и далее (если не приведено дополнительных оговорок) графики кривой деформации s=f(e) и построенного на его основе деформационного упрочнения ds/de приведены по «машинной» диаграмме –  полученной на основе диаграммы нагружения (растяжения) испытательной машины. Данная диаграмма нагружения не является таковой для истинных деформаций испытываемого материала, а приведена с учетом «выбирания» люфтов испытательной машины. Однако, для совмещения во времени и деформации графиков нагружения, акустической эмиссии и интенсивности деформации сдвига, данный подход оказался наиболее удачным. На каждом из представленных графиков можно выделить ряд стадий изменения анализируемых зависимостей от времени или деформации.

На основе известных литературных данных [272, 273] проведем разделение на стадии по кривой деформационного упрочнения ds/de = f(e), как наиболее наглядной и достаточно хорошо изученной с точки зрения анализа деформационных процессов на макроуровне. В результате использования данного подхода на кривой деформационного упрочнения (рис. 5.1.1, а) было выделено 5 стадий.

Первая стадия I «упругости» (ε = 0÷1,8 %) характеризуется подъемом кривой ds/de (рис. 5.1.1, а). Необходимо отметить, что на диаграмме приведен график не истинных значений ds/de, а рассчитанных по реальным показаниям испытательной машины. Данная стадия названа стадией «упругости» с учетом допущений о том, что кроме упругой деформации на данной стадии происходит выборка люфтов подвижных частей траверсы испытательной машины. На стадии I наблюдается слабая активность АЭ с наличием небольшого пика к моменту ее окончания (dN/dt ≤ 4 с^-1). Значение суммарного счета сигналов АЭ ΣN = 30. Средний уровень интегрального значения интенсивности деформации сдвига γ = 8·10^-5 на момент окончания стадии I равен γ = 8·10^-5. Визуально на оптических изображениях формирование деформационного рельефа проявляется в незначительной степени (рис. 5.1.2, а).