Розділ 2
Методи та засоби експериментальних досліджень пошкоджуваності алюмінієвих
сплавів при втомі
Проведення експериментальних досліджень закономірностей пошкоджуваності навіть
для обмеженої кількості матеріалів за умови простих режимів навантаження
ускладнено через методичні труднощі ідентифікації пошкоджень, особливо тих, які
відносяться до дрібномасштабного розмірного рівня. Тому в роботі ми пропонуємо
математичну модель процесу МР, та отримання необхідних результатів за допомогою
чисельного моделювання. Адекватність імітаційної моделі визначається високим
рівнем кореляції модельних та експериментальних даних.
Як відомо, для більшості конструкційних матеріалів в умовах циклічного
навантаження руйнування ініціюється в поверхневому шарі. Ця обставина визначає
вибір поверхні матеріалу як основного об'єкта досліджень.
В більшості робіт, присвячених механіці тріщин в алюмінієвих сплавах,
розглядається питання зародження мікротріщин в чистому алюмінії, в модельних
алюмінієвих сплавах на субмікроскопічному рівні, а також питання поведінки
конструкційних сплавів з мікротріщинами в умовах дії різних видів напруженого
стану. Виникнення дефектності на мікроскопічному рівні в алюмінієвих сплавах
спричинюється наявністю мікроскопічних неоднорідностей які визвано структурними
або технологічними факторами. Такі неоднорідності в будові реальних сплавів
значно впливають на процеси розвитку або гальмування руйнування.
Характерним видом руйнування реальних деталей із конструкційних алюмінієвих
сплавів [69] є в'язке руйнування в умовах дії розтягуючих і циклічних
навантажень.
При створенні композиційних матеріалів на основі алюмінієвих сплавів вносяться
додаткові джерела пошкоджуваності. Поверхневі покриття створюють композицію
основний метал — покриття, в якій на довговічність алюмінієвого сплаву будуть
впливати дефекти в самому покритті та в перехідній зоні. Така сама картина
спостерігається також в біметалічних композиційних матеріалах.
Підтверджена даними наявних досліджень різноманітність механізмів множинного
руйнування на різних розмірних рівнях дозволяє обмежитись єдиним масштабом
накопичення пошкоджень. Звичайно, що для кожного розмірного рівня особисті
характеристики поведінки розсіяних дефектів будуть відрізнятися, однак
найбільший практичний інтерес являють особливості розвитку системи
мікрометрових тріщин та граничні стани, які відповідають цій стадії [42].
Необхідно підкреслити, що на відміну від інших проявів пошкоджень, питання
методології, ідентифікування та реєстрування мікрометрових пошкоджень на
сьогоднішній день опрацьовані недостатньо повно.
Більшість наявних сучасних засобів неруйнівного контролю дозволяють виявити
дефекти навіть із значно меншими розмірами. Однак інформація, яка при цьому
отримується, обмежується фактом наявності дефекту та інколи його приблизними
параметрами. Данні про всю систему дефектів, а саме про їх концентрацію в
обмеженому об’ємі матеріалу, середні розміри, розсіювання розмірів, можна
отримати тільки при проведенні трудомістких безпосередніх вимірювань.
В цій роботі не ставиться задача розробки нового методу ідентифікації
поверхневих мікрометрових пошкоджень. Одною з задач є відпрацювання методології
виявлення дефектів та отримання кількісної інформації про систему пошкоджень на
базі існуючих засобів контролю.
Інша задача полягає в проведенні досліджень поверхневої пошкодженості,
отриманні даних про еволюцію дефектності, перевірці прийнятих в математичній
моделі та при теоретичному описанні явищ, вихідних передумов та отриманих при
цьому даних.
Методики експериментальних досліджень пошкоджуваності алюмінієвих сплавів при
втомі
Необхідно відмітити, що майже для всіх втомних тріщин більша частина
довговічності витрачається на стадії зародження та повільного підростання,
однак цьому приділяється менше уваги аніж росту мікротріщин на великих
швидкостях підростання.
До теперішнього часу існує досить мала кількість праць, які торкаються
проблеми множинного руйнування металів. В основному розглядалася поведінка
малих втомних тріщин які зароджувалися в зоні концентраторів напружень (отворах
надрізах бокових вирізах, тощо).
В статтях, що стосуються множинного руйнування, для встановлення таких основних
закономірностей мікротріщин (МТ), як:
1) картина розподілення;
2) зародження та ріст головної тріщини який призводить до руйнування зразка;
3) різниця в щільності та середній довжині МТ; та
4) розподілення статичних властивостей довжини та глибини тріщини, головним
чином використовуються метод реплік та оптично-фотомікроскопічні технології
[103 – 105, 141, 146].
Наступним кроком є аналіз процесу руйнування, який характеризується ростом
поверхневих втомних МТ щодо оцінки та прогнозування втомної довговічності.
Так в роботі [69] дослідження проводилися в області багатоциклвої втоми. Згідно
з дослідженнями деформаційного рельєфу - ознаки локальної пластичної
деформації, такі як виникнення смуг ковзання в середині зерен та зсувні процеси
на межах зерен які виходять на поверхню зразка, виникають одразу після першого
циклу навантаження. Відмічено, що при циклічному деформуванні, на відміну від
статичного розтягу, спостерігаються короткі одиничні смуги ковзання які, як
правило, зароджуються на межах та згасають всередині об'єму зерен. Також
відмічено, що утворення як первинних так і вторинних смуг ковзання
супроводжується зародженням в них мікротріщин (МТ), як при сприятливих умовах
можуть розвиватися самостійно.
Спостереження за змінами, що відбуваються в мікроструктурі металу в процесі
випробувань, проводилися візуально і шляхом ф
- Київ+380960830922