РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Объекты исследований
Объектами исследований были деформируемые высокопрочные и среднепрочные
алюминиевые сплавы, в том числе промышленные сплавы
Д16,1201,1420,1421,1423,1450 и близкие по составу к промышленным модельные
сплавы Al–4,1мас.%Cu–0,5мас.%Zr (типа «супрал»), Al – 4,1 мас.%Mg – 0,5мас.%Zr,
Al – 1,0мас.%Mg – 1,0мас.%Cu – 0,6мас.%Si – 0,3мас.%Mn – 0,1мас.%Zr (типа
«авиаль»). Данные об их свойствах, области применения и структурном исходном
состоянии будут сообщены в каждом из последующих разделов работы при изложении
полученных научных результатов.
2.2. Методики проведения механических испытаний и определения характеристик
сверхпластичности
В [54–55,57,58,317] отмечено, что поскольку материалы в условиях ССП показывают
высокие относительные удлинения до разрушения, то это затрудняет проведение
механических испытаний, направленных на определение характеристик
сверхпластичности. Механические испытания СП материалов при проведении
исследований по проблемам ССП включают в себя получение зависимостей
относительного удлинения до разрушения от скорости истинной деформации или
напряжения течения при постоянной температуре, а также получение зависимости
логарифм напряжения течения – функция логарифма скорости истинной деформации
при постоянной температуре.
Как показал анализ литературы, подавляющее большинство исследований
механических свойств СП материалов проводится в условиях активного нагружения
образцов с использованием различных разрывных машин с постоянной скоростью
перемещения захватов. Однако эта методика проведения механических испытаний
обладает одним существенным недостатком. Известно [54,55,317], что во время
проведения механических испытаний при больших степенях деформации образцов,
которые имеют место при СП течении, неизбежно изменяется скорость истинной
деформации и, как следствие, действующее напряжение течения . Это может
привести к тому, что в ходе одного и того же испытания образец будет течь с
различными скоростями деформации, изменяющимися от более высоких – к меньшим. В
современных универсальных динамометрах фирмы «Instron», постоянство скорости
истинной деформации обеспечивается тем, что в ходе испытаний с помощью ЭВМ
плавно изменяется скорость перемещения захватов в зависимости от степени
деформации, накопленной образцом. Однако и это не всегда позволяет поддерживать
постоянной скорость истинной деформации в ходе опытов, поэтому к результатам,
полученным с использованием как современных разрывных машин, так и
универсальных динамометров фирмы «Инстрон» ранних выпусков, необходимо
относиться с определённой степенью критичности.
В настоящем исследовании для обеспечения неизменности условий деформирования
был использован другой способ проведения механических испытаний, а именно режим
ползучести при постоянном напряжении течения.
Следует отметить, что оба указанных выше способа проведения механических
испытаний корректны и равноценны лишь в том случае, когда в процессе течения
структурное состояние деформируемого объекта остаётся неизменным. Если же
структура образца в ходе СПД изменяется, то более корректным будет
деформирование образца при постоянстве напряжения течения, т.е. в условиях,
когда сохраняется постоянной действующая сила, а вместе с ней и действующие
атомные микромеханизмы деформации и их скорость.
Механические испытания образцов исследованных алюминиевых сплавов на растяжение
выполнены на воздухе в режиме ползучести.
Призматические образцы из исследуемых сплавов в форме двойной лопатки, имевшие
в соответствии с рекомендациями ГОСТ 9651-84 объем рабочей части 4,5ґ3,5ґ10,0
мм3, деформировали в алундовой печи сопротивления, которая обеспечивала
равномерность температуры по всей ее длине рабочей части печи, равной 170 мм, с
точностью . Температура в печи задавалась автотрансформатором типа ЛАТР – 1. В
ходе всех опытов она поддерживалась с точностью электронным автоматическим
потенциометром ЭПД – 120 в комплекте с реле ППР – 1 и дополнительно
контролировалась приборами А 566000–02 и А 565003–03.
Для поддержания постоянства действующего напряжения использовалось специальное
устройство с двумя фигурными рычагами (см. рис. 2.1), профили которых
изготовлены согласно расчетным формулам, предложенным Э.Е. Томашевским и А.И.
Слуцкером в [318]. Принцип действия специального устройства для поддержания
постоянства напряжения, заключается в следующем. Как видно на рис. 2.1
благодаря наличию рычажного устройства и фигурного рычага 8 образец 10 в момент
нагружения оказывается под действием силы
, (2.1)
где – плечо фигурного рычага 8, – радиус блока 2, который при деформировании
образца поворачивается в направлении, указанном стрелкой. С удлинением образца
гибкая тяга 5 наматывается на блок 2, и фигурный рычаг 8 будет поворачиваться
так, что его плечо , а, следовательно, и нагрузка, уменьшается. Так как
поперечное сечение образца , однородно деформируемого при сохранении
постоянства его объема, уменьшается с относительной деформацией по формуле
[318]
, (2.2)
где – начальное сечение образца, то и нагрузка должна изменяться с
Рис. 2.1. Принципиальная схема установки для проведения механических испытаний
в режиме ползучести при постоянном 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, 8’ – фигурные рычаги;
9,9’ – постоянные грузы;
10 – образец;
11 – печь;
12 – фиксатор нижней тяги.
относительной деформацией по аналогичному закону
- Київ+380960830922