Модель прогноза полос Людерса

Сотрудниками Института проблем машиностроения РАН – филиала ИПФ РАН – разработана математическая модель, описывающая механизм локализации пластической деформации в области повышенных температур [1–3]. Эта модель предназначена для прогноза возникновения и распространения полос Людерса – удлинённых поверхностных следов (впадин) (рис. 1, а), возникающих в процессе эксплуатации конструкционных материалов из сплавов с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решёткой.

Полосы Людерса образуются при достижении предела текучести из-за неоднородности процесса деформирования (рис. 1, б). Их появление может приводить к преждевременному разрушению материала. На основе разработанной модели впервые найдено решение в виде уединённых волн для исходной системы уравнений. Показано, что полоса Людерса представляет собой волновой фронт скорости пластической деформации. Определено критическое значение деформирующего напряжения, при котором однородная деформация становится неустойчивой по отношению к локализованному течению в виде полос Людерса. Кроме того, при данном напряжении, определяющем предел текучести, устанавливается стационарный режим течения (на кривой деформирования наблюдается в виде «плато»), характеризуемый либо дальнейшим расширением полос Людерса, либо возникновением новых полос сдвига.

Деформирование кристаллических сплавов при локализации пластического течения приводит к существенному ухудшению качества поверхности, что, в свою очередь, влечёт за собой снижение прочности, коррозионной стойкости и других важных характеристик изделий. Однако с помощью полученных в данной работе результатов можно выработать технологические рекомендации режимов деформирования материалов, позволяющие избежать возникновения полос Людерса.

Рис. 1. Типичная диаграмма растяжения ОЦК сплавов (а) и полосы Людерса, формирующиеся при напряжении, равном пределу текучести (б).

Авторы: Сарафанов Г.Ф., Шондин Ю.Г., Павлов И. С., Перевезенцев В.Н.

Публикации:

  1. Sarafanov G.F., Shondin Yu.G. Deformation instability in crystalline alloys: Luders bands // Materials Physics and Mechanics, 2021, V.47(3), P. 431–437.
  2. Sarafanov G.F., Perevezentsev V.N. Instability in a dislocation ensemble at plastic deformation in metals // Problems of Strength and Plasticitythis, 2021, V.83(2), P. 198–206.
  3. Sarafanov G.F., Sarafanov F.G., and Pavlov I.S. Instability of Plastic Deformation in Metals at Low Temperatures // Advanced Structured Materials, 2021, 41, P. 419–437.