Кристалографічні аспекти формування та розвитку деформаційного рельєфу як показника накопиченого втомного пошкодження (огляд джерел)

Т. П. Маслак$^{1}$, С. Р. Ігнатович$^{1}$, М. В. Карускевич$^{1}$, О. М. Карускевич$^{1}$, Т. В. Турчак$^{2}$

$^{1}$Національний авіаційний університет, просп. Любомира Гузара, 1, 03058 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 28.03.2024; остаточний варіант - 06.05.2024. Завантажити: PDF

В статті представлено огляд досліджень, в яких було розглянуто кристалографічні аспекти процесу втомного пошкодження металевих полікристалів і монокристалів. Метою є обґрунтування необхідности та можливости урахування текстури полікристалічних матеріялів і кристалографічної орієнтації монокристалів для розрахунку еквівалентних напружень багатоосьового навантаження, задля аналізи та кількісної оцінки накопиченого втомного пошкодження. Виконано: аналізу сучасних досліджень деформаційного рельєфу поверхні металів як показника накопиченого втомного пошкодження; аналізу кристалографії складових деформаційного рельєфу; визначення впливу текстури конструкційних стопів на формування деформаційного рельєфу та відповідного втомного пошкодження; обґрунтування припущення про активацію додаткових систем ковзання під час двовісного циклічного навантажування. Звернуто увагу на те, що метод Губера–Мізеса, який використовується для розрахунків еквівалентних напружень під час двовісного навантажування, не враховує анізотропію конструкційних стопів, зокрема алюмінійових стопів, які використовуються в авіяційних конструкціях. Методи дослідження, яких розглянуто в статті: механічні випробування, оптична мікроскопія, рентґеноструктурна аналіза. Основним результатом є обґрунтування необхідности врахування кристалографічної анізотропії для розрахунку еквівалентних напружень за багатоосьового навантаження. Проведено огляд досліджень, в яких накопичення втомного пошкодження та відповідне формування й розвиток деформаційного рельєфу пов’язані з кристалографічною орієнтацією монокристалів і кристалітів текстурованих полікристалічних матеріялів, що вказує на необхідність і можливість урахування кристалографічних аспектів для розробки методів оцінки накопиченого втомного пошкодження. Ефект кристалографічної орієнтації монокристалів і текстури полікристалічних матеріялів є істотним як за одновісного навантажування, так і за двовісного навантажування.

Ключові слова: втома металів, деформаційний рельєф, кристалографія ковзання, одновісне навантажування, багатоосьове навантажування, еквівалентне напруження.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i07/0649.html

PACS: 46.50.+a, 61.72.Lk, 62.20.F-, 62.20.me, 81.40.Lm, 81.40.Np, 81.70.Bt


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. J. C. Balthazar and L. Malcher, Proc. of the Int. Symposium on Solid Mechanics (March 5–7, 2007, São Paulo), p. 63.
  2. A. Karolczuk and E. Macha, Int. J. Fracture, 134: 267 (2005). Crossref
  3. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Aeroplanes CS25. Amendment 26 (European Union Aviation Safety Agency: 2020).
  4. R. V. Mises, Math.-Phys. Klasse, 1913: 582 (1913).
  5. M. T. Huber, Arch. Mech., 56: 173 (2004).
  6. M. Karuskevich, O. Karuskevich, T. Maslak, and S. Schepak, Int. J. Fatigue, 39: 116 (2012). Crossref
  7. M. Karuskevich and T. Maslak, Fatigue and Fracture Eng. Mater. Structures, 44, Iss. 10: 2913 (2021). Crossref
  8. Ł. Pejkowski, M. Karuskevich, and T. Maslak, Fatigue Fracture Eng. Mater. Structures, 42, Iss. 10: 2315 (2019). Crossref
  9. O. E. Zasimchuk, M. G. Chausov, B. M. Mordyuk, O. I. Baskova, V. I. Zasimchuk, T. V. Turchak, and O. S. Gatsenko, Progress in Physics of Metals, 22, No. 4: 619 (2021). Crossref
  10. O. Zasimchuk, T. Turchak, and N. Chausov, Results Mater., 6: 100090 (2020). Crossref
  11. T. Maslak and M. Karuskevich, Fatigue Fracture Eng. Mater. Structures, 46, Iss. 3: 1211 (2023). Crossref
  12. P. J. E. Forsyth, Nature, 171: 172 (1953). Crossref
  13. J. A. Ewing and J. C. W. Humfrey, Phil. Trans. Royal Society A. Math., Phys. Eng. Sci., 200: 241 (1903). Crossref
  14. H. N. Hahn and D. J. Duquette, Acta Metall., 26, Iss. 2: 279 (1978). Crossref
  15. P. Lukáš, M. Klesnil, and J. Krejči, Basic Solid State Phys., 27, Iss. 2: 545 (1968). Crossref
  16. N. Thompson, N. J. Wadsworth, and N. Louat, Phil. Mag., 1, Iss. 2: 113 (1956). Crossref
  17. P. Lukáš and M. Klesnil, phys. status solidi, 37, Iss. 2: 833 (1970). Crossref
  18. J. Polák, Crystals, 13, No. 2: 220 (2023). Crossref
  19. T. Babinský, I. Kuběna, I. Šulák, T. Kruml, and J. Polák, Mater. Sci. Eng. A, 819: 141520 (2021). Crossref
  20. В. М. Горицкий, В. Ф. Терентьев, Структура и усталостное разрушение металлов (Москва: Металлургия: 1980).
  21. E. Schmid and W. Boas, Plasticity of Crystals (London: F. A. Hughes and Co. Limited: 1950).
  22. Є. О. Неманежин, Г. І. Львов, Ю. І. Торба, Авіаційно-космічна техніка і технологія, № 4, спецвип. 2 (182): 42 (2022). Crossref
  23. E. E. Zasimchuk, R. G. Gontareva, M. V. Karuskevich, I. K. Zasimchuk, and Y. G. Gordienko, Proc. Conf. ‘Materials Structure and Micromechanics of Fracture (MSMF-3)’ (Brno: 2001), p. 232.
  24. O. Lohne, phys. status solidi (a), 25, Iss. 2: 709 (1974). Crossref
  25. M. Hayashi, Int. J. Fatigue, 156: 106661 (2022). Crossref
  26. T. Kleiser and M. Bocek, Int. J. Mater. Research, 77, Iss. 9: 582 (1986). Crossref
  27. Yu. Gordienko, E. Zasimchuk, and M. Karuskevich, Proc. Seventh Conf. Sensors and Their Applications (Dublin: 1995), p. 387.
  28. М. В. Карускевич, Фізико-хімічна механіка матеріалів, 47, № 5: 48 (2011).
  29. M. A. Tschopp, B. B. Bartha, W. J. Porter, P. T. Murray, and S. B. Fairchild, Metall. Trans., 40: 2363 (2009). Crossref
  30. A. D. Kammers and S. Daly, Exp. Mech., 53: 1743 (2013). Crossref
  31. W. Z. Abuzaid, M. D. Sangid, and J. D. Carroll, J. Mech. Phys. Solids, 60, Iss. 6: 1201 (2012). Crossref
  32. W. F. Hosford, Mechanical Behavior of Materials (Cambridge University Press: 2010).
  33. Г. Вассерман, И. Гревен, Текстуры металлических материалов (Москва: Металлургия: 1969) (пер. з нім.).
  34. А. И. Радченко, Вопросы эксплуатационной долговечности и живучести конструкций летательных аппаратов (Киев: КИИГА: 1982), с. 3.
  35. А. И. Радченко, С. С. Юцкевич, Надійність і довговічність машин і споруд, вип. 38: 105 (2014).
  36. S. R. Lin and T. H. Lin, J. Mech. Phys. Solids, 22, Iss. 3: 177 (1974). Crossref
  37. S. Kalluri and P. J. Bonacuse, Advances in Multiaxial Fatigue (Eds. D. L. McDowell and J. R. Ellis) (ASTM International: 1993).
  38. M. Karuskevich, T. Maslak, and Ł. Pejkowski, Proc. Int. Sci. Techn. Conf. ‘In-Service Damage of Materials, Its Diagnostics and Prediction’ (Ternopil: 2019), p. 116.