Способ определения характеристик пластической деформации при сдвиге

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: используют нитевидный монокристалл. Определяют период кристаллической решетки для нитевидного монокристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формуле рассчитывают скорость перемещения краевой дислокации под действием заданной внешней нагрузки. По длине образца определяют время перемещения дислокации, величину пластической деформации, предел ползучести. Технический результат: снижение трудоемкости испытаний. 1 ил.

 

Изобретение относится к области испытания прочностных свойств материалов, к способам определения характеристик пластической деформации при сдвиге: величины относительной деформации, скорости перемещения дислокации, ползучести.

Известен способ, по которому о величине локальных амплитуд упругих сдвиговых деформаций в кристаллах пьезорезонаторов судят по контрасту и форме изображений дислокации (Авторское свидетельство СССР N 1716407, М. Кл. G 01 N 23/20, 29.02.92).

Недостатком способа является ограниченные функциональные возможности, т.к. рассматривается область упругих деформаций.

Известен способ, по которому, в частности, проводят механические испытания образцов в режиме одноосного статического растяжения, определяют текущие напряжения и деформации и их скорости, а дополнительно проводят испытания в режиме ползучести (Авторское свидетельство СССР N 1803773, М. Кл. G 01 N 3/00, 23.03.93).

Недостатком способа являются ограниченные функциональные возможности.

Известен способ определения характеристик деформируемости металла, по которому образец облучают рентгеновским излучением, в частности, измеряют дифракционный пик и определяют равномерное удлинение образца. Причем относительное удлинение образца пропорционально длине свободного пробега дислокации, а она, в свою очередь, пропорциональна корню квадратному плотности дислокации (Авторское свидетельство СССР N 1273780, М. Кл. G 01 N 23/207, 30.11.86).

Недостатком способа являются ограниченные функциональные возможности метода, т.к. корреляция определяется для стали 40Х, кроме того, необходимо знать плотность дислокации.

Наиболее близким по достигаемому результату является способ, по которому нитевидный монокристалл подвергают одноосному растяжению с автоматической записью кривой деформации, по результатам которой исследуют развитие пластической деформации, в том числе определяют характеристики пластической деформации (Г.В.Бережкова Нитевидные кристаллы. М., Наука, 1969. - 160 с.).

Технический результат изобретения - снижение трудоемкости способа, возможность прогнозирования механических свойств материала путем расчета по формуле с учетом анизотропии свойств, а также расширение функциональных возможностей.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в способе определения характеристик пластической деформации при сдвиге, по которому используют нитевидный монокристалл, в отличие от прототипа определяют период кристаллической решетки для нитевидного монокристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формуле

где r=0,5 a₀, м - расстояние между взаимодействующими зарядами в кристаллографической плоскости (100);

е=1,6*10^-19, Кл - заряд электрона;

π=3,14;

ε₀=8.85*10^-12 Кл²/нм² - электрическая постоянная;

а₀- период кристаллической решетки;

М=(F_внеш/F¹ _кул)≥1 - коэффициент, определяющий отношение внешней силы F_внеш, воздействующей на рассматриваемый образец, к кулоновской силе электростатического взаимодействия F¹ _кул, равной

рассчитывают скорость перемещения краевой дислокации v под действием заданной внешней нагрузки F_внеш, и по длине образца определяют время перемещения дислокации t, величину пластической деформации ε, предел ползучести τ.

Кроме того, период кристаллической решетки можно определить по справочным данным.

Пример конкретной реализации способа

Для рентгеноструктурного анализа изготавливаются образцы. Монолитные образцы в форме шлифов изготавливают из исследуемого материала обычными механическими способами и перед съемкой подвергают электролитической полировке для снятия наклепа. Плоские шлифы подготавливают для съемки с помощью электролитического травления для снятия деформированного слоя. При съемке на просвет образцы должны электролитически утоньшаться до тонкой фольги.

Для определения периодов кристаллической решетки необходимо измерить межплоскостные расстояния, проиндицировать дифракционные отражения и, зная связь между межплоскостным расстоянием, индексами отражающих плоскостей и периодами решетки, рассчитать последние (С.С.Горелик, Л.Н.Расторгуев, Ю.А.Скаков Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: Металлургия, 1970, 366 с.).

Методами прецизионного определения периода кристаллической решетки могут служить следующие:

- асимметричная съемка с расчетом по последним линиям;

- метод съемки на больших расстояниях в широком расходящемся пучке;

- метод съемки с независимым эталоном;

- безэталонный метод при обратной съемке и др.

Выбор того или иного метода определения периода решетки связан с расположением линий на рентгенограмме и симметрией решетки исследуемого материала (Н.Н.Качанов, Л.И.Миркин Рентгеноструктурный анализ. М.: Машгиз, 1960, 216 с.).

Перемещение краевой дислокации со скоростью

возникает при равенстве внешней силы F_внеш, воздействующей на рассматриваемый образец, кулоновской силе электростатического взаимодействия F¹ _кул или равенстве внешнего напряжения сдвига максимальному (скалывающему) напряжению, при котором происходит сдвиг.

Возрастание скорости движения краевой дислокации произойдет при увеличении коэффициента М=F_внеш/F¹ _кул более единицы, причем

Например, с помощью расчета можно определить для кубического образца длиной l=3a₀ из монокристалла меди Cu с периодом кристаллической решетки а₀=3,6148·10^-10 м и М=1, что

величина относительной деформации ε при перемещении краевой дислокации на расстояние 0,5а₀ при l=3а₀

ε=0,5а₀/3а₀=0,167,

а величина ползучести, т.е. напряжение сдвига при данной величине относительной деформации

τ=М·F¹ _кул/(3а₀)²=4,794·10⁹ Па.

Таким образом, определены: скорость перемещения краевой дислокации v под действием заданной внешней нагрузки F_внеш, по длине образца - время перемещения дислокации t=l/v, величина пластической деформации ε, предел ползучести τ. Схема сдвига с образованием краевой дислокации представлена на чертеже.

Кроме того, в расчетах учитывается кристаллографическое направление движения краевой дислокации в кристаллической решетке, а значит, и анизотропия свойств, учет которого на испытательном оборудовании еще более усложняет и удорожает эксперимент.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет снизить трудоемкость, дает возможность прогнозирования механических свойств материала путем расчета по формуле с учетом анизотропии свойств.

Способ определения характеристик пластической деформации при сдвиге, заключающийся в том, что используют нитевидный монокристалл, отличающийся тем, что определяют период кристаллической решетки для нитевидного монокристалла рентгеноструктурным методом, а затем по формуле:

где r=0,5 а₀ , м, - расстояние между взаимодействующими зарядами в кристаллографической плоскости (100);

е=1,6·10^-19, Кл, - заряд электрона;

π=3,14;

ε₀=8,85·10^-12 Кл²/нм² - электрическая постоянная;

а₀ - период кристаллической решетки;

М=(F_внеш/F¹ _кул)≥1 - коэффициент, определяющий отношение внешней силы F_внеш, воздействующей на рассматриваемый образец, к кулоновской силе электростатического взаимодействия;

рассчитывают скорость перемещения краевой дислокации v под действием заданной внешней нагрузки F_внеш и по длине образца определяют время перемещения дислокации t, величину пластической деформации ε, предел ползучести τ.