Ученые НИИ механики МГУ исследовали механические свойства чистой меди и медно-никелевого сплава при высокоскоростном сжатии и изучили влияние микроструктуры материалов на их чувствительность к скорости деформации. Результаты работы опубликованы в Journal of Materials Science.
Эксперименты проводились на разрезном стержне Гопкинсона – установке, предназначенной для исследования поведения материалов при высоких скоростях деформирования. Исследователи испытывали небольшие образцы из чистой меди и медно-никелевого сплава, предварительно подвергнутые различным режимам отжига. Такой подход позволил изменить размер зерен и другие характеристики микроструктуры материалов и оценить их влияние на механические свойства. В ходе экспериментов определялись зависимости напряжения от деформации, а микроструктура образцов исследовалась методами современной металлографии совместно с коллегами из НИТУ МИСИС и Сколтеха.
Особый интерес для исследователей представляла так называемая скоростная чувствительность — изменение механических свойств материала при увеличении скорости деформации. Этот эффект имеет значение для моделирования поведения конструкций при интенсивных динамических нагрузках, в том числе при высокоскоростных столкновениях.
«Нам были известны эксперименты, в которых образцы чистой меди начинают сильно упрочняться с ростом скорости деформации выше определенной величины. Исследование такого упрочнения очень важно для анализа высокоскоростных процессов, поскольку его учет существенно влияет на условия разрушения конструкций при динамических воздействиях, например при столкновении элементов летательных аппаратов или космических объектов. Если такое упрочнение имеет место, разрушение может не наступать в тех случаях, когда теория, не учитывающая эффект скоростного упрочнения, его прогнозирует. Но при всей важности этого свойства количество экспериментов, направленных на его изучение, очень невелико. Поэтому мы решили проверить его наличие на своей установке в институте, используя известные конструкционные сплавы меди.
Для исследования влияния размера зерен и плотности дислокаций на этот эффект образцы из сплавов меди подвергались различным режимам отжига. В процессе работы мы научились проводить современные микроструктурные исследования совместно с коллегами из других институтов. Изначально мы ожидали увидеть эффект скоростного упрочнения, но после множества экспериментов оказалось, что упрочнения не наблюдается: все рассмотренные материалы проявляют слабую чувствительность к скорости деформирования. Мы проверили полученные результаты численным моделированием методом конечных элементов: если бы упрочнение действительно было, мы бы не могли не обнаружить его по величине сигналов и конечной деформации образцов», — объясняет старший научный сотрудник лаборатории наномеханики НИИ механики МГУ Илья Брюханов.
Результаты микроструктурного анализа показали, что при сжатии в исследованных материалах деформация происходит преимущественно однородно внутри зерен и не сопровождается интенсивным образованием новых зерен и других структурных дефектов, в частности двойников. По мнению исследователей, такой характер деформации может быть связан со слабой чувствительностью материалов к скорости деформирования. При этом ученые продолжают исследовать другие микроструктурные механизмы, которые могут приводить к более выраженной скоростной чувствительности сплавов.
Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования моделей поведения конструкционных материалов при интенсивных динамических нагрузках, а также при разработке новых сплавов и прогнозировании поведения конструкций в условиях высокоскоростного воздействия, в том числе в задачах авиационной техники.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
