ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ СТАЛЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ПРОЧНОСТИ С ПОЗИЦИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ДИССИПАЦИИ

Проанализировано распределение сталей различного класса прочности по сопротивлению деформации. При этом принимается во  внимание, что в термодинамическом аспекте процесс деформации представляется диссипативным эффектом: имеет мес  то переход части  кинетической энергии внешнего механического воздействия во внутреннюю энергию деформируемого металла с формированием определенной дислокационной структуры. В связи с этим предложены энергетические критерии деформируемости металла, определяемые  в  стандартном испытании на растяжение. Основу этих критериев составляет работа деформирования, определяемая площадью диаграммы  растяжения. При этом поглощенная энергия определяет удельную работу деформации, а темп поглощения энергии – сопротивление металла деформированию (податливость пластической деформации). Проведена количественная оценка проявления эффекта диссипации с  сопоставлением значений удельных работ и критериев податливости. Исследование выполняли с использованием стандартных испытаний  на растяжение образцов, изготовленных из сталей с различной прочностью, достигаемой за счет как химического состава (легирование),  так и термической обработки, и применяемых для изготовления изделий различного конструкционного назначения. При этом в выбранной  совокупности сталей диапазон предела текучести составлял 210  –  1660  МПа, временного сопротивления 840  –  1940  МПа. В результате  установлено, что удельная работа сосредоточенной деформации на порядок превышает удельную работу равномерной деформации. Критерии податливости сосредоточенной деформации заметно ниже критериев податливости равномерной деформации, притом, что между  ними наблюдается заметная корреляция. Пос леднее можно рассматривать как проявление структурной эволюции металла на обеих стадиях его деформирования, при которой в процессе самоорганизации диссипативной системы, каким является деформируемый металл,  плотность дислокаций служит внут ренним параметром, управляющим эволюционным превращением. Установлена корреляционная связь  критериев податливости с показателями предельных напряжений при равномерном деформировании и разрушении. Таким образом, проведено ранжирование различных по прочности сталей по энергии, поглощаемой при деформации. В прикладном аспекте численные значения удельной работы и критерия податливости полезно использовать для прогнозирования поведения при механическом воздействии в  эксплуатации и механической обработке сталей различного класса прочности.

1. Иванова В.С. Синергетика: Прочность и разрушение металлических материалов. – М.: Наука, 1992. – 155 с.

2. Плехов О.А., Пантелеев И.А., Наймарк О.Б. Накопление и диссипация энергии в металлах как результат структурно-скейлинговых переходов в ансамблях дефектов // Физическая мезомеханика. 2007. № 4. С. 5 – 13.

3. Плехов О.А. Наймарк О.Б. Теоретическое и экспериментальное исследование диссипации энергии в процессе локализации деформации в железе // Прикладная механика и техническая физика. 2009. № 1. С. 153 – 164.

4. Иванов А.М., Лукин Е.С. Особенности диссипации энергии конструкционных сталей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. № 11. С. 46 – 49.

5. Иванов А.М., Лукин Е.С. Прочность и диссипация энергии при пластической деформации образцов из трубной стали // Матер. Междунар. конф. «Живучесть и конструкционное материаловедение» – М.: ИМАШ РАН, 2012. С. 24 – 25.

6. Костина А.А., Баяндин Ю.В., Плехов О.А. Моделирование процесса накопления и диссипации энергии при пластическом деформировании металлов // Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. С. 44 – 48.

7. Пашинская Е.Г., Ткаченко В.М., Завдовеев А.В. Дисcипация энергии при растяжении стали Ст3, полученной интенсивной пластической деформацией путем прокатки со сдвигом // Физика и техника высоких давлений. 2016. № 1. С. 20 – 26.

8. Lukin E.S., Ivanov A.M., Vainer B.G. Thermal imaging inves tigations in experimental mechanics // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2003. Vol. 39. No. 6. P. 472 – 477.

9. Oliferuk W., Maj M. Stress – strain curve and stored energy during uniaxial deformation of polycrystals // Turop. J. Mech. A. Solids. 2009. No. 28. P. 266 – 272.

10. Benzerga A., Brechet Y., Needleman A., Van der Giessen E. The stored energy of cold work: Prediction from discrete dislocation plasticity //Acta Mater. 2005. No. 53. P. 4765 – 4779.

11. Iziumova A., Vshivkov A., Prokhorov A. etc. The study of energy balance in metals under deformation and failure process // Quan ti tative InfraRed Thermography Journal. 2016. Vol. 13. P. 242 – 256.

12. Vivier G.,Trumel H., Hild F. On the stored and dissipated energies in heterogeneous rate – independent systems // Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2009. Vol. 20. P. 411 – 427.

13. Hodowany G., Ravichandran G., Rosakis A., Rosakis P. Partition of plastic work into heat and stored energy in metals // Experimental Mechanics. 2000. Vol. 20. Nо. 2. P. 113 – 120.

14. Бугров Ю.В. Определение удельной работы пластической деформации при растяжении металлов // Заводская лаборатория. Диагностика металлов. 2012. № 3. С. 66 – 68.

15. Гребеньков С. К. Деформационное упрочнение и структура термообработанных низкоуглеродистых мартенситных сталей: Дис…канд. техн. наук. – Пермь: ПНИПУ, 2014. – 167 с.

16. Глинер Р.Е., Катюхин Е.Б. Ранжирование металла по сопротивлению деформированию в механической обработке // Технология металлов. 2014. № 11. С. 9 – 16.

17. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. – Л.: Машиностроение, 1978. – 54 с.

18. Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С. Иванова, А.С. Баланин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. – М.: Наука, 1994. – 383 с.

19. Дранкин Б.М., Кононенко В.К., Безъязычный В.Ф. Свойства сплавов в экстремальном состоянии. – М.: Машиностроение, 2004. – 256 с.