Закономірності руйнування монокристалів і кристалітів різноманітної орієнтації при циклічному навантаженні

Abstract

На основі аналізу сучасних теорій деформаційного зміцнення, літературних даних про орієнтаційну залежність деформаційного зміцнення і втоми монокристалів із гранецентрованою кубічною кристалічною решіткою, закономірностей формування деформаційного рельєфу по- верхні металів обґрунтована можливість використання деформаційного рельєфу для індикації втоми металів. Проведено порівняння вказаного підходу з існуючими інструментальними мето- дами діагностики втомного пошкодження металевих деталей конструкцій. Досліджено еволю- цію деформаційного рельєфу поверхні плакуючого шару конструкційних алюмінієвих сплавів Д16АТ, 2024 Т3, 7075 Т6 методами оптичної і електронної мікроскопії. Розроблено і апробовано методику кількісної оцінки пошкодження за станом поверхні плакуючого шару. Дослідження виконано при деяких, близьких до експлуатаційних, режимах на- вантаження. Визначено розподілення пошкодження поблизу типового конструкційного концент- ратору напружень. Встановлено, що характер пошкоджень (деформаційного рельєфу) відповідає відомому розподіленню напружень поблизу отвору при пружньо-пластичному деформуванню. Досліджено еволюцію деформаційного рельєфу поверхні мультикристалічних зразків сплаву АД-1. Показано, що характер рельєфу, інтенсивність його еволюції обумовлені криста- лографічною орієнтацією. Визначено кристалографічні орієнтації, що є оптимальними для ви- готовлення монокристалічних індикаторів деформаційного пошкодження, а також ті, що є не- прийнятними в зв’язку з відсутністю деформаційного рельєфу на начальних стадіях пошко- дження, або в наслідок неможливості однозначної інтерпретації рельєфу. Проведено аналіз існуючих теорій формування втомних тріщин і огляд літературних да- них про вплив кристалографічної орієнтації на розвиток втомної тріщини. Показано, що кінети- ка втомних тріщин може бути залежною від кристалографічної орієнтації кристалітів, в яких тріщина розповсюджується. Проведено випробування на втому і аналіз кінетики поширення втомної тріщини. Експе- риментально підтверджена залежність кінетики втомних тріщин в монокристалах від їх крис- талографічної орієнтації. Досліджено еволюцію мікротвердості кристалітів алюмінієвого сплаву АД-1 в процесі втоми при різних циклічних напруженнях. Встановлено зв’язок характеристик мікротвердості з кристалографічною орієнтацією. Достовірність отриманих результатів визначається проведенням всіх експериментів в статистичному аспекті. Наукова новизна: вперше показана можливість кількісної оцінки деформаційного рельєфу і можливість застосування кількісних параметрів рельєфу в якості показника пошкодження; встановлено складний немонотонний характер зміни мікротвердості в процесі втоми і його обумовленість кристалографічною орієнтацією; при дослідженні кінетики втомних тріщин вперше було показано, що кристали множинного ковзання (Q-фактор більше 0,9) і кристали одиничного ковзання (Q-фактор менше 0,9) повинні розглядатися як такі, що мають різну залежність деформаційної пошкоджуваності від максимальних напружень зсуву, які визначаються величиною фактору Шміда в первинній системі ковзання.