Корчевский Вячеслав Владимирович

РАЗВИТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО И РЕНТГЕНОДИФРАКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ

01.04.07. Физика конденсированного состояния

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Хабаровск – 2007 г.

Работа выполнена в Тихоокеанском государственном университете и НПО "Дальстандарт"

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор, Ри Хосен

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Астапова Е. С.

доктор физико-математических наук Луговой В. А.

доктор физико-математических наук,

профессор Семашко Н. А.

Ведущая организация: Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН

г. Хабаровск

Защита состоится “__”___________ 2007 года в __ часов на заседании региональном диссертационного совета ДМ 218.003.01 при Дальневосточном государственном университете путей сообщения по адресу: 680027, Хабаровск, ул. Серышева, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточном государственном университете путей сообщения

Автореферат разослан “__” 2007 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Т.Н. Шабалина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Расширяющееся использование в машиностроении методов обработки металлов давлением нуждается в дальнейшем развитии представлений о пластической деформации конструкционных материалов. В настоящее время основной тенденцией в изучении пластической деформации является получение количественных связей между процессами, происходящими на макро-, мезо- и микроуровнях. Такой подход требует новых методов исследований (особенно на мезоуровне), а также дополнительных обследований существующих методов с целью нахождения и исключения систематических погрешностей, искажающих получаемые количественные связи.

Основой нового количественного метода исследования пластической деформации на мезоуровне может стать такое явление, как акустическая эмиссия. Физическими предпосылками возможности создания такого метода служит то, что согласно современным представлениям элементарные акты пластической деформации должны сопровождаться излучением упругих колебаний. Существующие экспериментальные данные и феноменологические модели АЭ показывают наличие корреляции между параметрами сигналов АЭ и остаточной деформацией образцов. Основным недостатком этих данных и моделей является то, что они справедливы только для определенных условий испытаний. На их основе невозможно предсказать акустико-эмиссионные свойства нового материала или значения параметров сигналов АЭ при изменении условий испытаний. В частности, нельзя перенести результаты испытаний лабораторных образцов на результаты испытаний натурных объектов. Можно сказать, что существующие данные по АЭ при пластической деформации металлов обладают низкой воспроизводимостью, т.е. результаты испытаний одного и того же материала, но в разных условиях, могут значительно отличаться друг от друга. При этом отсутствует какая-либо возможность сопоставить такие данные друг с другом путем ввода поправок на влияние условий испытаний, поскольку нет математической модели измерения остаточной деформации по параметрам сигналов АЭ, учитывающей влияние условий испытаний.

Многоуровневый характер пластической деформации требует новой методологии ее изучения. Для установления механизмов пластической деформации достаточно было воспользоваться одним методом, наиболее полно раскрывающим изучаемый механизм. Для более глубокого понимания процессов, происходящих на разных уровнях пластической деформации и их взаимодействия между собой, необходим комплексный подход, в котором пластическая деформация исследуется сразу одновременно на нескольких уровнях различными методами. Одним из таких методов должен быть метод, позволяющий изучать изменения кристаллической структуры в процессе деформирования, поскольку наблюдаемая электронно-микроскопическими методами эволюция дислокационных субструктур должна приводить к таким изменениям.

Наблюдаемые дислокационные субструктуры отображают общий ход процессов, происходящих при пластической деформации конкретного типа материалов. Получаемые при этом результаты достаточно сложно использовать для количественного описания. Методы рентгеноструктурного анализа, основанные на анализе профиля дифракционных линий, по своей физической сущности должны давать информацию, схожую с информацией, получаемой методом фольг. При этом они позволяют отслеживать изменения кристаллической структуры на одном и том же образце. Получаемая ими информация представляется в виде некоторого численного значения параметра, усредненного по большому объему материала, что позволяет установить некую количественную зависимость данного параметра от деформации.

Однако плохая сопоставимость результатов рентгеноструктурных исследований с результатами, полученными другими методами, указывает на наличие в существующих методах рентгеноструктурного анализа неисключенных систематических погрешностей. Для повышения достоверности рентгеноструктурных исследований необходимо провести метрологический анализ существующих методов и найти возможности исключения существующих погрешностей на основе современных технологий.

Исходя из всего вышеизложенного, целью настоящей работы является совершенствование акустико-эмиссионного и рентгенодифрактометрического методов исследования пластической деформации и применение их для изучения процессов, происходящих при пластическом деформировании поликристаллических тел.

В соответствии с поставленной целью в основные задачи исследования входило:

– создание модели АЭ при пластической деформации поликристаллов;

– установление основного источника непрерывной АЭ при пластической деформации поликристаллов путем исследования взаимосвязи между параметрами акустического излучения и изменениями структуры поверхности;

– разработка аналитического метода определения параметров тонкой кристаллической структуры поликристаллических металлов;

– исследование с помощью усовершенствованных акустико-эмиссионного и рентгенодифрактометрического методов процессов пластической деформации поликристаллов с различным типом кристаллической решетки;

– применение акустико-эмиссионного метода для определения нагрузки начала пластического течения материала изделий.

Научная новизна работы.

1. Создана статистическая модель АЭ при пластической деформации поликристаллов, учитывающая влияние условий испытаний на значения измеряемых сигналов. В соответствии с этой моделью были теоретически установлены и экспериментально подтверждены ранее неизвестные закономерности АЭ при пластическом деформировании поликристаллов. На базе этой модели предложен акустико-эмиссионный метод исследования динамики сдвиговых процессов при деформировании сталей.

2. Разработан численно-аналитический метод определения размеров областей когерентного рассеяния (ОКР) и искажений решетки по одной дифракционной линии. В этом методе впервые численное моделирование было использовано для исключения систематических погрешностей, обусловленных условиями получения дифракционной линии. Метод позволяет выделить до трех синглет из одной мультиплетной дифракционной линии.

3. Экспериментально доказано, что основным источником АЭ при пластической деформации металлов является процесс образования следов скольжения.

4. Впервые определено, что при одноосном растяжении образцов, изготовленных из углеродистой стали, существуют два типа источников АЭ, имеющие экспоненциальное и релеевское распределения источников АЭ по остаточным деформациям.