РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор материалов для проведения исследований
Анализ литературных данных, которые уже были известны к моменту начала
выполнения диссертационной работы, показал, что высокотемпературная
сверхпластичность проявляется в ряде алюминиевых сплавов и композитных
материалов на их основе. При этом материалы для исследований в настоящей работе
выбирались только те, для которых литературные данные о проявлении
высокотемпературной сверхпластичности к моменту начала проведения исследований
отсутствовали. Поскольку в данной диссертационной работе одной из важных задач
было исследование особенностей механического поведения, структурного состояния
и механизмов деформации в условиях высокотемпературной сверхпластичности, то в
качестве объектов исследований были выбраны алюминиевые сплавы, обладающие
относительно стабильной к огрублению зеренной структурой. Исходному размеру
зерна в образцах сплавов при их выборе в качестве объектов исследования
определяющего значения не предавалось.
В связи с вышеизложенным исследования были проведены на промышленных
деформируемых алюминиевых сплавах марок АМг6, Д16, 1420, 1421, 1423, 1450,
1460, на сплаве системы Al-Mg-Cu-Si типа «авиаль» и модельных сплавах Al-Ge,
Al-Cu и сплаве системы Al-Cu-Zr типа «супрал». Основными легирующими элементами
в этих сплавах являются магний, медь, кремний, литий и германий, растворимость
которых существенно увеличивается с повышением температуры. Эти сплавы
относятся к системам, имеющим со стороны алюминия эвтектические диаграммы
состояния с легирующими элементами или с их соединениями.
Ряд экспериментов были проведены на электролитических фольгах меди, которые при
высоких гомологических температурах проявили эффект сверхпластичности [42].
Данные о химических составах и исходных структурных состояниях материалов будут
сообщены в последующих разделах работы при изложении полученных научных
результатов.
2.2. Методики проведения механических испытаний
Анализ литературы показывает, что большинство исследований механических свойств
в условиях сверхпластичности проводится в режиме активного нагружения образцов
с использованием различных разрывных машин с постоянной скоростью перемещения
захватов, т.е. в условиях так называемой активной одноосной деформации. Однако
эта методика проведения механических испытаний обладает одним существенным
недостатком. Он обусловлен тем, что при больших степенях деформации образцов,
которые характерны для сверхпластического течения, во время испытаний неизбежно
изменяется истинная скорость деформации и, как следствие, действующее
напряжение течения s. Это приводит к тому, что во время одного и того же
испытания образец будет течь с различными скоростями деформации, изменяющимися
от более высоких к меньшим. Поэтому такая деформация считается нестационарной,
протекающей при переменных напряжениях и структуре.
В настоящей работе для обеспечения постоянства условий деформирования был
использован другой способ проведения механических испытаний. Механические
испытания были проведены в режиме ползучести образцов при постоянном
действующем напряжении течения. В таких условиях деформирования сохраняется
постоянство действующей силы и, вместе с ней, действующие атомные механизмы
деформации и ее скорость.
Механические испытания растяжением в режиме ползучести проведены на воздухе.
Образцы имели длину рабочей части 10 мм, а площадь сечения варьировалась от
1,6 х 5,0 мм2 до 3,5 х 5,0 мм2 в зависимости от исследуемого материала.
Деформирование производили в алундовой печи, обеспечивающей равномерность
температуры по всей длине рабочей части печи, равной 170 мм, с точностью до
±2К. Температура в печи задавалась автотрансформатором типа ЛАТР-1. В ходе всех
опытов она поддерживалась с точностью ±2 К электронным автоматическим
потенциометром ЭПД-120 в комплекте с реле ППР-1 и дополнительно
контролировалась приборами А566000-02 и А565003-03 (рис.2.1).
Для поддержания постоянства действующего напряжения использовалось специальное
устройство с двумя фигурными рычагами (см. рис.2.1). Способы расчета такого
устройства описаны в [131] и основаны на двух допущениях: равномерности
деформации по длине и постоянстве объема при пластической деформации.
Сам же принцип действия специального устройства для поддержания постоянства
напряжения заключается в следующем. Как видно из рис. 2.1, благодаря наличию
рычажного устройства образец 10 при его нагружении с помощью фигурного рычага 8
оказывается под действием силы:
, (2.1)
где - приложенная нагрузка в начальный момент времени, R - плечо фигурного
рычага 8, а rо - радиус блока 2, который при деформировании образца
поворачивается в направлении, указанном стрелкой. С удлинением образца гибкая
тяга 5 наматывается на блок 2, а фигурный рычаг 8 будет поворачиваться так, что
его плечо R, а, следовательно, и нагрузка, уменьшается. Так как поперечное
сечение образца S, однородно деформируемого при сохранении постоянства объёма,
уменьшается с относительной деформацией e по формуле
, (2.2)
Рис. 2.1. Схема установки для механических испытаний в режиме ползучести при
постоянном действующем напряжении. 1 - ось вращения блока, эксцентрика и
реохорда; 2 - блок; 3 - диск реохорда; 4 - контакт; 5 - гибкая тяга; 6 -
держатель верхней тяги; 7 - жесткие тяги; 8, 8ў - фигурные рычаги; 9, 9ў -
постоянные грузы; 10 - образец; 11 - печь; 12 - фиксатор нижней тяги.
где - начальное сечение образца, то и нагрузка Р должна изменяться с
относительной деф