1.4 Преривчаста текучість

Преривчаста текучість (ПТ), що зветься також стрибкоподібною деформацією, на деформаційних кривих виглядає як зубці – періодичне падіння навантаження, при дослідженнях на «жорстких» випробувальних машинах з постійною швидкістю деформування έ₀ = const (мається на увазі постійна швидкість переміщення активного захвата, наведена до початкової довжини зразка) – ефект Портевана-Ле Шательє; стрибків деформації (східців) при дослідженнях на «м'яких» випробних машинах з постійною швидкістю навантаження σ₀ = const (тобто постійна швидкість збільшення навантаження, наведена до початкової площі поперечного перерізу зразка) – ефект Савара-Масона.

Розрізняють низькотемпературну (при температурах рідкого гелію, водню, азоту) і високотемпературну (при температурах 0,3 - 0,4 від температури плавлення) преривчасту текучість.

Аналіз великої кількості публікацій дозволяє виділити ряд загальних закономірностей прояву ПТ для різних матеріалів і різних температур (звичайних і наднизьких). Насамперед, це свідчить про те, що механізм ПТ контролюється не на мікро-, а на більш високих мезо- і макрорівні. Нижче коротко викладені основні з цих закономірностей [9].

1. ПТ, як високотемпературна, так і низькотемпературна, не пов'язана із двійникуванням, спостерігається на металах з різною кристалічною решіткою (ГЦК, ГПУ й ОЦК), що містять певну кількість домішок. До того ж домішкові атоми можуть утворювати як розчини впровадження, так і розчини заміщення. Сплави, на яких спостерігається ПТ, можуть бути як однофазними, так і багатофазними. У той же час, низькотемпературна ПТ, пов'язана із двійникуванням, спостерігається на дуже чистих металах. Таким чином, необхідною умовою появи ПТ на металевих матеріалах є ускладнене ковзання, чому в першу чергу сприяють домішкові атоми, а також наднизькі температури. У той же час ПТ проявляється на матеріалах, для яких механізм дислокаційного ковзання не є характерним або можливим, наприклад, на полімерних матеріалах.

2. Високотемпературна ПТ в полікристалах пов'язана з макролокалізацією пластичної деформації. На монокристалах, що були деформовані у режимі ПТ, також відзначають локалізацію деформації, з якою пов'язують утворення стрибків напруги. З низькотемпературною ПТ пов’язують також і локалізацію деформації, проявом якої в полікристалах є некристалографічні смуги деформації, аналогічні високотемпературній ПТ.

3. Характер ПТ залежить від типу навантаження: при постійній швидкості навантаження σ₀ = const або при постійній швидкості деформування έ₀ = const. У першому випадку релаксаційні процеси викликають різке падіння напруги при досить малому збільшенні довжини зразка, а в іншому – швидке збільшення довжини зразка при постійній прикладеній напрузі. Характерно, що залежності σ – ε, одержані при σ₀ = const й έ₀ = const не еквівалентні одна одній.

Локалізація деформації ПТ при розтяганні з έ₀ = const проявляється у вигляді окремих смуг деформації, які відрізняються від смуг Людерса тим, що смуги деформації, охоплюючи весь перетин зразка, не розширюються. При розтяганні σ₀ = const релаксація напруг неможлива, область локалізації деформації розширюється подібно смузі Людерса по всій довжині зразка, поки його зміцнення не зупинить розвиток локалізованої деформації.

Особливо режим навантаження впливає на характер кривої розтягання й механічі властивості в умовах низькотемпературної ПТ. Таким чином, при наднизьких температурах при деформуванні в режимі σ₀ = const вже перша нестійкість при відносному подовженні усього в 1% викликає руйнування всього зразка, у той час як при навантаженні того ж матеріалу на «жорсткій» машині (έ₀ = const) нестійкість деформації буде мати регулярний характер і руйнування настає при відносному подовженні у кілька десятків відсотків.

4. При звичайній і низькотемпературній ПТ спостерігаються різні типи зубчастості, що залежать від швидкості деформації (έ₀) і температури (Т). Зазвичай розрізняють зубці типу А,В і С. Перехід від одного типу зубців до іншого здійснюється послідовно при зменшенні швидкості деформування або підвищенні температури. Загальна тенденція зводиться до того, що з підвищенням έ₀ (зниженням Т) частота зубців спочатку різко зростає, а потім знижується, а їхня величина зменшується монотонно.

5. При ПТ стрибки напруги на деформаційній кривій при постійній швидкості розтягання обумовлені тим, що швидкість деформації зразка під час стрибка різко зростає в порівнянні зі швидкістю розтягання. Завдяки пластичній деформації ε_b у смузі ступінь деформації зразка в середньому зростає на величину , де відношення ширини смугиw до довжини зразка l показує ступінь локалізації деформації. Це повинне було б викликати падіння напруги на величину

, (1.5)

де М – ефективний модуль пружності системи «зразок-машина». Але при утворенні смуги і швидкості деформування έ₀ за рахунок збільшення відстані між захватами випробної машини також відбувається зростання напруги на величину έ₀М. Тоді, фіксоване на діаграмі розтягання спадання напруги

(1.6)

З огляду на (4.1) і те, що , де- швидкість деформації в смузі, одержуємо вираз для величини падіння напруги при утворенні однієї смуги деформації:

(1.7)

Виходить, що максимальна швидкість деформації, при якій буде спостерігатися ПТ, визначається ступенем локалізації деформації й швидкістю деформації в смузі. Такий ефект називають компенсаційним впливом швидкості деформування [9].

6. На характер низькотемпературної і високотемпературної ПТ впливає масштабний фактор (розміри зразка). Такий вплив, насамперед, обумовлений зміною залежності геометрії зразків від параметрів локалізації деформації при ПТ, а також (при низькотемпературній деформації) умов тепловідведення. Товщина зразка, визначає ширину смуг деформації і остатоточно впливає на величину зубців ПТ, що пропорційна товщині зразка. Тобто від товщини зразка залежить форма кривої розтягання при ПТ [9].

За низьких та звичайних температур на характер ПТ істотно впливає розмір зерна, що обумовлено його залежністю від величини мікро- й мезоструктурних механізмів деформації, які впливають на зародження й ріст смуг деформації.

7. З преривчастою текучістю пов'язані різні аномалії механічних властивостей.

ПТ спостерігається в одному інтервалі швидкостей деформування έ₀ разом з зменшенням деформуючого напруження з зростанням έ₀. Це явище називають негативною або аномальною чутливістю опору деформування або негативною швидкісною чутливістю (ШЧ).

Разом з явищем негативної ШЧ в області ПТ виявляється аномальна температурна залежність опору деформування при постійній έ₀ з підвищенням температури Т напруга течії, умовна межа текучості (слід розрізняти умовну та фізичну межу текучості, оскільки ПТ може виникнути раніше умовної, але не раніше фізичної межі текучості) і межа міцності зростають або практично не змінюються.

В області ПТ може спостерігатися аномальна пластичність: підвищення міцності з зростанням температури Т (зменшенням έ₀), як правило, веде до зменшення пластичності, що характерно для сталей, алюмінієвих і титанових сплавів. Для сталей зменшення пластичності й підвищення межі міцності було виявлено у температурному діапазоні 250-300ºС, що супроводжується появою окисної плівки синього кольору на поверхні стальних зразків. Це явище називають синьоламкістю [10].