ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ЛЮДЕРСА В МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Исследованыособенности развития макроскопической неоднородности деформации в виде полос Чернова–Людерса на упругопластическом переходе в малоуглеродистой стали. Установлены основные закономерности зарождения и развития полос. Особое внимание уделено кинетике подвижных границ (фронтов) полос, определены характерные скорости. Показано, что темп формирования зародыша полосы Чернова–Людерса более чем на порядок выше темпа ее расширения. Рассмотрены ситуации, при которых в объекте одновременно развивается более одной полосы и поэтому наблюдается несколько движущихся фронтов. Установлено, что во всех случаях скорости движения фронтов полос Чернова–Людерса взаимно согласованы так, что в любой момент времени обобщенная скорость расширения продеформированной зоны является постоянной величиной. Проанализировано влияние скорости деформирования на кинетику фронтов полос Чернова–Людерса. Как обобщенная скорость расширения деформированной зоны, так и скорости индивидуальных фронтов возрастают с ростом скорости нагружения. Установлен нелинейный (степенной) характер этой зависимости. Фронты полос Чернова–Людерса имеют сложную структуру. Разные участки фронта могут двигаться с неодинаковыми скоростями, так что линия фронта локально искривляется и расщепляется. Перед фронтом в недеформированной части образца возможно зарождение предвестников, конфигурация которых напоминает зародыш полосы Чернова–Людерса. При встрече фронты смежных полос аннигилируют. Аннигиляция фронтов является комплексным процессом, который также характеризуется формированием предвестников и вторичных диффузных полос Чернова–Людерса. Эти факты демонстрируют, что упрощенное представление о полосе Чернова-Людерса как о деформированной области в нагружаемом образце, а о фронте полосы как о границе между деформированной и недеформированной зонами должно быть пересмотрено. Микроскопическая теория деформации Людерса основана на лавинном росте плотности подвижных дислокаций вследствие отрыва от центров закрепления и последующего размножения, который реализуется одномоментно на верхнем пределе текучести в пределах кристаллита (зерна). В то же время для формирования подвижного макроскопического деформационного фронта необходимо, чтобы без упрочнения пластическая деформация передавалась соседним зернам, то есть нужна зернограничная аккомодация. Полученные результаты дают основание полагать, что такой зоной аккомодации, по-видимому, является фронт полосы Чернова–Людерса, а потому он имеет сложное строение.

малоуглеродистая сталь, упругопластический переход, неустойчивость пластического течения, полосы Чернова–Людерса

1. Pelleg J. Mechanical properties of materials. – Heidelberg, New York, London: Springer, 2013. – 633 p.

2. Физическое металловедение / Под ред. Р. Кана и П. Хаазена; в 3 т. Т. 3. – М.: Металлургия, 1987. – 640 с.

3. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. – М.: Мир, 1972. – 408 с.

4. Chrysochoos A., Louche H. An infrared image processing to analyses the calorific effects accompanying strain localization // International Journal of Engineering Science. 2000. Vol. 38. No. 16. P. 1759 – 1788.

5. Sun H.B., Yoshida F., Ohmori M., Ma X. Effect of strain rate on Lüders band propagating velocity and Lüders strain for annealed mild steel under uniaxial tension // Materials Letters. 2003. Vol. 57. No. 29. P. 4535 – 4539.

6. Avril S., Pierron F., Sutton M. A., Yan J. Identification of elasto-visco-plastic parameters and characterization of Lüders behavior using digital image correlation and the virtual fields method // Mechanics of Materials. 2008. Vol. 40. No. 9. P. 729 – 742.

7. Plekhov O.A., Naimark O.B., Saintier N., Palin-Luc T. Elasticplastic transition in iron: Structural and thermodynamic features // Technical Physics. 2009. Vol. 54. No. 8. P. 1141 – 1146.

8. Коттрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. – М.: Металлургиздат, 1958. – 267 с.

9. Conrad H. Effect of stress on the Lüders band velocity in low carbon steels // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1963. Vol. 11. P. 437 – 440.

10. Johnston W.G., Gilman J.J. Dislocation velocities, dislocation densities, and plastic flow in lithium fluoride crystals // J. Appl. Phys. 1959. Vol. 30. P. 129 – 134.

11. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. – Томск: изд. ТГУ, 1988. – 256 с.

12. Zuev L.B., Gorbatenko V.V., Pavlichev K.V. Elaboration of speckle photography techniques for plastic flow analyses // Measur. Sci. Technol. 2010. Vol. 21. No. 5. P. 054014 – 054019.

13. Jones R., Wykes, C. Holographic and Speckle Interferometry. – Camb¬ridge, London, New York: Cambridge Univ. Press, 1983. – 328 p.

14. Cottrell A.H., Bilby B.A. Dislocation theory of yielding and strain ageing in iron // Proceedings of Physics Society. 1949. Vol. A62. P. 49 – 62.

15. Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Elastoplastic transition in material with sharp yield point // AIP Conf. Proc. 2015. Vol. 1683. Р. 020058.

16. Gorbatenko V.V., Danilov V.I., Zuev L.B. Plastic flow instability: Chernov–Lüders bands and the Portevin–Le Chatelier effect // Technical Physics. 2017. Vol. 62. No. 3. P. 395 – 400.

17. Hahn G.T. A model for yielding with special reference to the yieldpoint phenomena of iron and related bcc metals // Acta Metall. 1962. Vol. 10. P. 727 – 738.

18. ŽerovnikA., PepelV., PrebilI.,KuncR.The yield-point phenomenon and cyclic plasticity of the uniaxially loaded specimens // Materials and Design. 2016. Vol. 92. P. 971 – 977.

19. Beardsmore D.W., Quinta da Fonseca J., Romero J., English C.A., Ortner S.R., Sharples J., Sherry A.H., Wilkes M.A. Study of Lüders phenomena in reactor pressure vessel steels // Materials Science & Engineering. 2013. Vol. A588. P. 151 – 166.

20. Armstrong R.W., Zerilli F.J. Dislocation mechanisms aspects of plastic instability and shear banding // Mech. Mater. 1994. Vol. 17. No. 1. P. 319 – 327.