Дудунов Віктор Дмитрович. Поведінка порошкових та композиційних матеріалів в умовах простого і складного навантаження, а також на стадії, що передує руйнуванню

brief description

Дудунов Віктор Дмитрович. Поведінка порошкових та композиційних матеріалів в умовах простого і складного навантаження, а також на стадії, що передує руйнуванню: дис... канд. техн. наук: 05.16.06 / НАН України; Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича. - К., 2005

Дудунов В.Д.
«Поведінка порошкових та композиційних матеріалів в умовах простого і складного навантаження, а також на стадії, що передує руйнуванню»
Рукопис
Спеціальність 05.16.06 порошкова металургія і композиційні матеріали
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М.Францевича НАН України
Київ, 2005
Розглядаються технологічні процеси порошкової металургії, спрямовані на формоутворення та ущільнення порошкових матеріалів, матриця яких, окрім порошка, містить жорсткі вкраплення. Мета роботи формулювання такого критерію руйнування композиту, який би був чутливим як до вмісту жорстких вкраплень та їх взаємодії з порошковою матрицею, так і до шляху навантаження. Аналіз взаємодії вкраплень з пористою матрицею базується на мікромеханічному аналізі, в ході якого формулюються узагальнені матеріальні функції теорії пластичності порошкових тіл. Поряд з тим отримується залежність граничної деформації від розмірів вкраплень, що відокремлюються в процесі пластичного деформування. Встановлюється вплив зміцнення матриці на характер відокремлення вкраплень. Формулюється узагальнена модель пластичної течії порошкового композита. Використовуючи її визначальні співвідношення, а також уявлення про фізичну стійкість деформування, будується теорія руйнування композитів для схем ущільнення та формозмінення, що використовуються у порошковій металургії. Отримані результати викормстовуються як для оптимізації складу композита (розмірів вкраплень, їх вмісту) так і з метою уникнення таких шляхів навантаження, де ймовірність руйнування є високою.

На основі узагальнення критерію В.В. Скорохода сформульована умова відшарування твердого вкраплення, що не деформується, від порошкової матриці при пластичній деформації (сформульований критерій мікропошкоджуваності). Як результат застосування даного критерію було встановлено, що на відміну від відомих пружних розв‘язків (Ешелбі, Танака та ін.), залежність між деформацією, яка відповідає відриву вкраплення від матриці, і радіусом вкраплення при пластичному плині порошкового композиту істотно залежить від того, чи є матеріал порошку основної фази ідеально пластичним, чи таким, що пластично зміцнюється. У такий спосіб сформульовано обмеження на склад матеріалу, які забезпечують його деформування без руйнування.
Сформульовано узагальнену модель пластичного плину порошкового композиційного матеріалу, що, на відміну від відомих, враховує не тільки пористість, а й наявність твердих вкраплень та їхню взаємодію з порошком основної фази. Визначена залежність матеріальних функцій узагальненої теорії пластичності пористих тіл з урахуванням розподілу недосконалих границь вкраплення-матриця, а також вмісту твердих вкраплень, що дає можливість проводити розрахунки на міцність більш широкого класу композитних матеріалів.
На основі постулату стійкості (постулату Дракера), а також на основі запропонованої в даній роботі узагальненої моделі пластичного плину порошкового композиційного матеріалу, сформульована умова досягнення другого граничного стану (умова руйнування), що обмежує область «дозволених» напружених станів при пластичній деформації композиту з порошковою матрицею; гранична поверхня пористого матеріалу лежить поза поверхнею плину, що є замкнутою; на відміну від неї гранична поверхня обмежена лише з боку навантажень, що розтягують. На основі запропонованої в даній роботі умови руйнування при пластичній деформації композиту з порошковою матрицею побудовані без додаткових емпіричних чи феноменологічних припущень діаграми пластичності порошкових композиційних матеріалів для різних значень ступеня зв’язності на границі вкраплення-матриця. Побудовані діаграми якісно відповідають відомим експериментальним даним, що свідчить про коректність запропонованого критерію руйнування.
Шлях визначення граничних характеристик деформування пористого виробу, запропонований у даній роботі, вільний від необхідності проведення спеціальних експериментів по пластичній міцності порошкових матеріалів; це забезпечує економію дорогих матеріалів та ресурсів для проведення попередніх випробувань і звільняє від необхідності використання спеціального обладнання при проектуванні технологій пресування порошків, штампуванні пористих заготовок і екструзії виробів на основі порошкових композитів; забезпечується можливість вибору таких схем деформування, при яких вдається уникнути руйнування.
Отримані результати можуть бути використані для прогнозування феномена перепресування (виникнення щілин, що розшаровуються) при пресуванні у жорстких матрицях, оскільки внаслідок впливу зовнішнього тертя і складності геометрії виробу, спектр можливих напружених станів в об’ємі пресування може охоплювати стан чистого зсуву(е =0), при якому, відповідно до отриманого в роботі результату, досягнення граничного стану цілком ймовірно.
Проведена оцінка розміру пластичних зон у вершині макроскопічної щілини; показано, що розмір пластичних зон і величина коефіцієнта тріщиностійкості істотно залежать від внутрішніх параметрів матеріалу, таких як пористість, концентрація твердих вкраплень і ступінь зв’язності на границі вкраплення-матриця; встановлено, зокрема, що збільшення пористості сприяє зниженню значенняK1c, а збільшення зв’язності — навпаки, збільшує значенняK1c.