Математическое моделирование реологического поведения сверхпластичных материалов в процессах локального формообразования

Abstract

Рассмотрены некоторые особенности поведения сверхпластичных материалов при одноосном немонотонном нагружении (начальные участки диаграмм напряжение-деформация, испытания со скачкообразным изменением скорости, на релаксацию нагрузки и т.п.). Для описания механического отклика материала в переходных режимах нагружения предложено ввести в определяющее соотношение Смирнова скорость упругой деформации. Проанализированы возможности применения полученного таким образом соотношения для описания механического отклика сверхпластичных материалов при резком изменении скорости деформации. Показано, что в соответствии с теоретическими прогнозами скорость роста напряжения на участке активного нагружения превышает скорость его падения на этапе релаксации. Установлено, что такой прогноз противоречит экспериментальным данным, полученным на промышленном сплаве Бирга1-100 (Al-6%Cu-0.4%Zr) и модельном сплаве Вуда (Bi-25%Pb-12.5%Sn-12.5%Cd). Сделан вывод, что в рамках модели Смирнова не удается одинаково хорошо описать поведение материала при активном нагружении с постоянной скоростью деформации и на этапе релаксации с использованием одного и того же набора постоянных материала. Это обстоятельство должно быть принято во внимание при проведении практических расчетов технологических параметров для процессов обработки давлением с немонотонным характером нагружения или деформирования.

Розглянуто деякі особливості поведінки надпластичних матеріалів при одно- вісному немонотонному навантаженні (початкові ділянки діаграм напруга- деформація, випробування зі стрибкоподібною зміною швидкості, на релаксацію навантаження і т.п.). Для опису механічного відклику матеріалу в перехідних режимах навантаження запропоновано ввести в визначальне співвідношення Смирнова швидкість пружної деформації. Проаналізовано можливості використання отриманого таким чином співвідношення для опису механічного відклику надпластичних матеріалів при різкій зміні швидкості деформації. Показано, що згідно з теоретичними прогнозами швидкість росту напруги на ділянці активного навантаження перевищує швидкість її спаду на етапі релаксації. Установлено, що такий прогноз суперечить експериментальним даним, що отримані на промисловому сплаві Supral-Іоо (Al-6%Cu-0,4%Zr) та модельному сплаві Вуда (Bi-25%Pb -12,5%Sn-12,5%Cd). Зроблено висновок, що в рамках моделі Смирнова немає можливості однаково добре описати поведінку матеріалу при активному навантаженні з постійною швидкістю деформації і на етапі релаксації з використанням одного і того ж набору постійних матеріалу. Цю обставину необхідно враховувати при проведенні практичних розрахунків технологічних параметрів для процесів обробки тиском із немонотонним характером навантаження або деформування.

We discuss some features of the mechanical response of superplastics under nonmonotonic regimes of the uniaxial loading (for the initial parts of stress-strain diagrams, step strain rate tests, load relaxation tests, etc.). In order to describe the mechanical response of material under transient loading regimes, we propose to introduce the elastic strain rate into the constitutive equation introduced by Smirnov. We analyzed possibilities of the relation thus obtained to be applied for description of the mechanical response of superplastic materials in the case of a sharp change in the strain rate. It is established that, in accordance with the theoretical predictions, the rate of the stress increase during the stage of active loading significantly exceeds the rate of the stress decrease during the load relaxation stage. This prediction is contradictory to the experimental results obtained for the industrial alloy Supral-100 (Al-6%Cu-0.4%Zr) and the Wood model alloy (Bi-25%Pb-12.5%Sn-12.5%Cd). We draw the conclusion that usage of the same set of the material constants within framework of the Smirnov model, does not allow to provide an adequate description of the material behavior that would cover both cases: of active loading with a constant strain rate and of the strain relaxation stage. This circumstance has to be considered in practical calculations of technological parameters for metal working processes that exhibit nonmonotonic loading or deformation behavior.