Вісник Львівського університету. Серія фізична 62 (2025) с. 54-66
DOI: https://doi.org/10.30970/vph.62.2025.54

Експериментальне дослідження утворення шийки в ході пластичної деформації зразків сплаву системи Сu-Cr-Zr, продеформованих до зруйнування одновісним розтягуванням в інтервалі температур 25–350 \(^{\circ}\)C

М. Лебедєва, А. Лінкова

Значну кількість досліджень у галузі фізики міцності та пластичності, а також механіки суцільного середовища зосереджено на процесі утворен\-ня шийок під час пластичної деформації металів, проте локалізоване утворен\-ня шийок зрідка можна чітко виділити експериментально через обмежені можливості вимірювального обладнання та звичайних методів вимірювання. Забезпечення високої міцності та пластичності важливе для потенційного застосування матеріалів у Міжнародному експериментальному термоядерному реакторі (ITER), зокрема для виготовлення компонентів з високим тепловим потоком, таких як перша стінка та дивертор. Шар цього матеріалу буде розміщений між плазмовою бронею та основною конструкцією. Крім високої теплопровідності, цей шар і його з’єднання з прилеглим матеріалом також повинні бути механічно міцними, щоб витримувати термічні та механічні напруження. Експериментально вивчено явище утворення шийки в ході пластичної деформації зразків сплаву системи Сu-Cr-Zr, що були продеформовані до зруйнування в режимі активного навантаження одновісним розтягом в атмосфері повітря в температурному інтервалі 25–350 \(^{\circ}\)C. У роботі застосовується метод отримання цифрових зображень під час деформації для вивчення зміни поперечного перерізу циліндричного зразка та розрахунку реального напруження. Досліджується зміна кривизни геометрії зразка залежно від температури. Час почат\-ку шийкоутворення, визначений за допомогою відеофіксації експерименту, було зіставлено з часом, який відповідає максимальному напруженню на деформаційній кривій, з подальшим розрахунком площі поперечного перерізу, де локалізовано деформацію.

Текст статті (pdf)

Список посилань
  1. Antolovich S. D. Plastic strain localization in metals: origins and consequences / S. D. Antolovich, R. W. Armstrong // Progress in Materials Science. -- 2014. -- Vol. 59. -- P. 1-160. doi: 10.1016/j.pmatsci.2013.06.001.
  2. Cox T. An investigation of the plastic fracture of AISI 4340 and 18 Nickel-200 grade maraging steels / T. Cox, J. R. Low // Metallurgical and Materials Transactions. -- 1974. -- Vol. 5. -- P. 1457–1470. doi: 10.1007/BF02646633.
  3. Borja R. I. A finite element model for strain localization analysis of strongly discontinuous fields based on standard Galerkin approximation \ R. I. Borja \\ Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. -- 2000. -- Vol. 190. -- P. 1529-1549. doi: 10.1016/S0045-7825(00)00176-6.
  4. Miyazaki S. Dynamic Observation of the Process of Luders Band Formation in Polycrystalline Iron / S. Miyazaki, H. Fujita // Transactions of the Japan Institute of Metals. -- 1979. -- Vol. 20, No. 10. -- P. 603-608. doi: 10.2320/matertrans1960.20.603.
  5. Abbadi M. On the characteristics of Portevin–Le Chatelier bands in aluminum alloy 5182 under stress-controlled and strain-controlled tensile testing / M. Abbadi, P. Hahner, A. Zeghloul // Materials Science and Engineering: A. -- 2002. -- Vol. 337, No. 1. -- P. 194-201. doi: 10.1016/S0921-5093(02)00036-9.
  6. Audoly B. One-dimensional modeling of necking in rate-dependent materials / B. Audoly, J. W. Hutchinson // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. -- 2019. -- Vol. 123. -- P. 149-171. doi: 10.1016/j.jmps.2018.08.005.
  7. Dowling N. E. True Stress Calculation for Tension Tests Prior to Necking / N. E. Dowling // Journal of Testing and Evaluation. -- 2020. -- Vol. 48, No. 1. -- P. 671-677. doi: 10.1520/JTE20190316.
  8. Jedidi M. Y. Prediction of necking in HCP sheet metals using a two-surface plasticity model / M. Y. Jedidi, M. B. Bettaieb, F. Abed-Meraim, M. T. Khabou, A. Bouguecha, M. Haddar // International Journal of Plasticity. -- 2020. -- Vol. 128, No. 5. -- P. 102641-1-102641-48. doi: 10.1016/j.ijplas.2019.102641.
  9. Zhang H. Debruyne, Inverse identification of the postnecking work hardening behaviour of thick HSS through full-field strain measurements during diffuse necking / H. Zhang, S. Coppieters, C. Jimenez-Pena, D. Debruyne // Mechanics of Materials. -- 2019. -- Vol. 129. -- P. 361-374. doi: 10.1016/j.mechmat.2018.12.014.
  10. Guo Z. Study on Deformation of Polycrystalline Aluminum Alloy Using Moir\'{e} Interferometry / Z. Guo, H. Xie, B. Liu [et al.] // Experimental Mechanics. -- 2006. -- Vol. 46. -- P. 699-711. doi: 10.1007/s11340-006-9823-9.
  11. Ennos A. E. Measurement of in-plane surface strain by hologram interferometry / A. E. Ennos // Journal of Physics E: Scientific Instruments. -- 1986. -- Vol. 1, No. 7. -- P. 731-734. doi: 10.1088/0022-3735/1/7/307.
  12. Montay G. Strain and strain rate measurement during the bulge test by electronic speckle pattern interferometry / G. Montay, M. Francois, M. Tourneix, B. Guelorget, C. Vial-Edwards, I. Lira // Journal of Materials Processing Technology. -- 2007. -- Vol. 184. -- P. 428-435. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2006.12.013.
  13. Pfeifer T. Strain/stress measurements using electronic speckle pattern interferometry / T. Pfeifer, H. K. Mischo, A. Ettemeyer, Z. Wang, R. Wegner // Proc. SPIE 3520, Three-Dimensional Imaging, Optical Metrology, and Inspection IV. -- 1998. -- Vol. 3520. -- P. 262-271 doi: 10.1117/12.334340.
  14. Li J. A method of the direct measurement of the true stress–strain curve over a large strain range using multi-camera digital image correlation / J. Li, G. Yang, T. Siebert, M. F. Shi, L. Yang // Optics and Lasers in Engineering. -- 2018. -- Vol. 107. -- P. 194-201. doi: 10.1016/j.optlaseng.2018.03.029.
  15. Zhu F. Measurement of true stress–strain curves and evolution of plastic zone of low carbon steel under uniaxial tension using digital image correlation / F. Zhu, P. Bai, J. Zhang, D. Lei, X. He // Optics and Lasers in Engineering. -- 2015. -- Vol. 65. -- P. 81-88. doi: 10.1016/j.optlaseng.2014.06.013.
  16. Maire E. Damage quantification in aluminium alloys using in situ tensile tests in X-ray tomography / E. Maire, S. Zhou, J. Adrien, M. Dimichiel // Engineering Fracture Mechanics. -- 2011. -- Vol. 78. -- P. 2679-2690. doi: 10.1016/j.engfracmech.2011.07.004.
  17. Morgeneyer T. F. 3D Digital Volume Correlation of Synchrotron Radiation Laminography Images of Ductile Crack Initiation: An Initial Feasibility Study / T. F. Morgeneyer, L. Helfen, H. Mubarak, F. Hild // Exptrimental Mechanics. -- 2013. -- Vol. 56. -- P. 543-556. doi: 10.1007/s11340-012-9660-y.
  18. Tardif N. Determination of anisotropy and material hardening for aluminum sheet metal / N. Tardif, S. Kyriakides // International Journal of Solids and Structures. -- 2012. -- Vol. 49. -- P. 3496-3506. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2012.01.011.
  19. Wattrisse B. Analysis of strain localization during tensile tests by digital image correlation / B. Wattrisse, A. Chrysochoos, J-M. Muracciole, M. Nemoz-Gaillard // Experimental Mechanics. -- 2001. -- Vol. 41. -- P. 29-39. doi: 10.1007/BF02323101.
  20. Zhang Z. Determining material true stress–strain curve from tensile specimens with rectangular cross-section / Z. Zhang, M. Hauge, J. Odegard, C. Thaulow // International Journal of Solids and Structures. -- 1999. -- Vol. 36, No. 23. -- P. 3497-3516. doi: 10.1016/S0020-7683(98)00153-X.
  21. Ho H. Modelling tensile tests on high strength S690 steel materials undergoing large deformations / H. Ho, K. Chung, X. Liu, M. Xiao, D. Nethercot // Engineering Structures. -- 2019. -- Vol. 192. -- P. 305-322. doi: 10.1016/j.engstruct.2019.04.057.
  22. Zhao K. Identification of post-necking stress–strain curve for sheet metals by inverse method / K. Zhao, L. Wang, Y. Chang, J. Yan // Mechanics of Materials. -- 2016. -- Vol. 92. -- P. 107–118. doi: 10.1016/j.mechmat.2015.09.004.
  23. Kamaya M. A procedure for determining the true stress–strain curve over a large range of strains using digital image correlation and finite element analysis / M. Kamaya, M. Kawakubo // Mechanics of Materials. -- 2011. -- Vol. 43, No. 5. -- P. 243-253. doi: 10.1016/j.mechmat.2011.02.007.
  24. Joun M. A new method for acquiring true stress–strain curves over a large range of strains using a tensile test and finite element method / M. Joun, J. G. Eom, M. C. Lee // Mechanics of Materials. -- 2008. -- Vol 40, No. 7. --P. 586-593. doi: 10.1016/j.mechmat.2007.11.006.
  25. Cabezas E. E. Experimental and numerical analysis of the tensile test using sheet specimens / E. E. Cabezas, D. J. Celentano // Finite Elements in Analysis and Design. -- 2004. -- Vol. 40. -- P. 555-574. doi: 10.1016/S0168-874X(03)00096-9.
  26. Dunand M. Hybrid experimental–numerical analysis of basic ductile fracture experiments for sheet metals / M. Dunand, D. Mohr // International Journal of Solids and Structures. -- 2010. -- Vol. 47, No. 9. -- P. 1130-1143. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2009.12.011.
  27. Hyun H. C. On acquiring true stress–strain curves for sheet specimens using tensile test and FE analysis based on a local necking criterion / H. C. Hyun, M. Kim, S. Bang, H. Lee // Journal of Materials Research. -- 2014. -- Vol. 29. -- P. 695-707. doi: 10.1557/jmr.2014.24.
  28. ASTM E8/E8M-21: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials.