ЖЭТФ, 2022, том 161, вып. 6, стр. 825-832

ВЛИЯНИЕ МАЛЫХ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

И НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ

ВЫСОКОСКОРОСТНОМУ ДЕФОРМИРОВАНИЮ

АРМКО-ЖЕЛЕЗА В УДАРНЫХ ВОЛНАХ

И ВОЛНАХ РАЗРЕЖЕНИЯ

А. С. Савиных^*, Г. В. Гаркушин, С. В. Разоренов

Институт проблем химической физики Российской академии наук

142432, Черноголовка, Московская обл., Россия

Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

125412, Москва, Россия

Поступила в редакцию 6 декабря 2021 г.,

после переработки 19 января 2022 г.

Принята к публикации 19 января 2022 г.

Проведены измерения эволюции упруго-пластических волн ударного сжатия и разгрузки в Армко-железе

в отожженном состоянии и после предварительной деформации сжатием на 0.6 % и 5.5 % и его откольной

прочности в диапазоне давлений 2-9 ГПа при комнатной и повышенной до 600^◦С температуре. Показано,

что предварительная деформация 0.6 % и 5.5 % приводит к существенному уменьшению динамического

предела текучести и незначительному увеличению откольной прочности. Получены зависимости скоро-

сти деформирования в пластической ударной волне и откольной прочности от скорости деформирования

в волне разрежения для всех исследованных состояний Армко-железа.

DOI: 10.31857/S0044451022060050

вестника наблюдается также в волне разгрузки из

EDN: DUKXEI

ударно-сжатого состояния материала после некото-

рой предшествующей деформации в пластической

1. ВВЕДЕНИЕ

волне сжатия. В работе [4] предложен способ оценки

предела текучести ударно-сжатого материала по из-

Высокоскоростное пластическое деформирова-

меренному единичному профилю скорости свобод-

ние твердых тел при длительностях нагрузки по-

ной поверхности. В работах [5-7] способ оценки пре-

рядка микросекунды или менее осуществляется уда-

дела текучести ударно-сжатого материала апроби-

ром пластины, взрывом, или воздействием мощного

рован на алюминии, меди и титане при комнатной

импульсного лазера [1-3]. Для анализа импульсов

и повышенной температурах.

одномерного сжатия, генерируемых в образце ис-

В ударно-волновых экспериментах с железом,

следуемого материала, проводится регистрация про-

имеющим ОЦК-структуру, с ростом начальной тем-

филей массовой скорости u(t) или скорости свобод-

пературы образцов регистрируется падение динами-

ной поверхности u_fs(t) от времени t. Как прави-

ческого предела текучести [8-11] в отличие от метал-

ло, при ударном нагружении упруго-пластического

лов со структурой ГЦК [12-15] и ГПУ [16,17], у кото-

материала происходит расщепление волны сжатия

рых обнаружено его аномальное возрастание. Ано-

с выделением упругого предвестника. Максималь-

ное напряжение в упругой волне сжатия — упру-

мальное поведение при росте начальной температу-

ры металлов со структурой ГЦК и ГПУ также про-

гом предвестнике пропорционально величине преде-

является в увеличении времени возрастания скоро-

ла текучести материала при соответствующей ско-

сти свободной поверхности в пластической ударной

рости деформации. Формирование упругого пред-

волне, т. е. времени релаксации напряжений или ха-

^* E-mail: savas@ficp.ac.ru

рактерной вязкости материала. Кроме того, на вели-

825

ЖЭТФ, вып. 6

А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин, С. В. Разоренов

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

чину динамического предела текучести влияет уве-

полировались для обеспечения необходимой отра-

личение плотности дислокаций, связанное, напри-

жательной способности в экспериментах с лазерным

мер, с пластической деформацией материала. Так,

интерферометром. Плотность образцов, измеренная

в работе [18] предварительная пластическая дефор-

методом гидростатического взвешивания, составила

мация титана ВТ1-0 0.6 % радикально изменила ки-

ρ₀ = 7.880 г/см³. Измеренная продольная скорость

нетику деформирования и понизила величину дина-

звука c_l для образцов после отжига составила

мического предела текучести. В работе [19] показа-

5883 ± 10 м/с, после деформационной осадки 0.6 %

но, что предел текучести алюминия в зависимости

и 5.5 % соответственно 5772±10 м/с и 5675±10 м/с.

от увеличения плотности дислокаций увеличивает-

Эти измерения косвенно указывают на увеличение

ся на полтора порядка. Эксперименты с медью М1

концентрации деформационных дефектов в объеме

и аустенитной нержавеющей сталью [20] показали

деформированного материала. Для обработки экс-

рост динамического предела текучести и откольной

периментальных данных при комнатной температу-

прочности с увеличением плотности дислокаций при

ре использовалась ударная адиабата Армко-железа

ударно-волновом нагружении.

в виде U_S

= 4.63 + 1.33u_p. Эксперименты при

Откольная прочность железа и стали при повы-

повышенной до 600^◦C температуре проводились

шенных начальных температурах до 1000 К изме-

только с недеформированными образцами. При их

рялась в работах [21, 22], где было показано, что с

обработке использовалась ударная адиабата в виде

ростом температуры откольная прочность убывает.

U_S = 4.314 + 1.33u_p. Значения объемной скорости

C целью изучения влияния предварительной де-

звука c_b при температуре

600^◦C (первый член

формации и связанное с ней увеличение плотности

ударной адиабаты), плотности ρ0 = 7.68 г/см3 и

продольной скорости звука c_l = 5441 м/с получены

дислокаций проведены измерения откольной проч-

ности, напряжений пластического течения в про-

с использованием данных [25].

цессе ударного сжатия и при разгрузке из ударно-

Эксперименты по ударно-волновому нагруже-

сжатого состояния Армко-железа при комнатной и

нию образцов проводились с использованием пнев-

повышенной температурах, а также в отожженном

матической пушки калибром 50 мм. Скорость удар-

состоянии и в состоянии после предварительной де-

ников измерялась электроконтактными датчиками

формации сжатия. Данная информация будет по-

и составила 155 ± 10 м/с, 244 ± 10 м/с, 335 ± 10 м/с

лезной для построения детальных физических моде-

и 490 ± 10 м/с. Для предотвращения прогиба в

лей и определяющих соотношений о поведении ма-

процессе разгона ударники, изготовленные из меди

териалов при сжатии и разгрузке из ударно-сжатого

толщиной 0.47 мм и диаметром 48 мм, наклеива-

состояния [23,24].

лись на диск из полиметилметакрилата толщиной

5 мм, располагаемый на торце метаемого алюмини-

евого цилиндрического снаряда. Предварительный

нагрев образцов примерно до 600^◦C осуществлял-

2. МАТЕРИАЛ И ПОСТАНОВКА

ЭКСПЕРИМЕНТОВ

ся с помощью резистивных нагревателей, размещен-

ных у тыльной стороны образца. Контроль темпе-

Эксперименты проведены с образцами Арм-

ратуры осуществлялся с помощью двух хромель-

ко-железа толщиной 2 ± 0.01 мм, имеющими форму

алюмелевых термопар, установленных на торцевых

прямоугольных плоскопараллельных пластин

поверхностях образца. Скорость нагрева составляла

размером 13 × 22 мм². Для снятия деформаци-

около 1^◦C/с, разница показаний термопар не превы-

онного упрочнения заготовки образцы диаметром

шала 2-3^◦C. Максимальное давление ударного сжа-

100

мм предварительно отжигались в вакууме

тия в железе при комнатной температуре и скоро-

при температуре

700^◦C в течение двух часов.

сти ударника 490 ± 10 м/с не превышало 9.2 ГПа,

После отжига материал остывал вместе с печью.

что ниже α-ε-фазового превращения, наблюдающе-

Кроме того, отжиг проводился для того, чтобы

гося примерно при 13 ГПа [10, 26, 27]. При началь-

материал имел одну и ту же структуру в экспе-

ной температуре образца 600^◦C и скорости ударни-

риментах при комнатной и повышенной до 600^◦C

ка 335 ± 10 м/с максимальное давление сжатия со-

температурах. После отжига из одной заготовки с

ставило 5.9 ГПа, что ниже α-ε-фазового превраще-

помощью электроэрозионного метода вырезались

ния, проходящего при температуре 630^◦C при дав-

образцы, две другие до изготовления образцов

лении 8 ГПа [9].

предварительно подвергались деформационной

Информацию о сопротивлении образцов Арм-

осадке на 0.6 % и 5.5 %. Образцы шлифовались и

ко-железа высокоскоростному деформированию и

826

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

Влияние малых предварительных деформаций. . .

u_fs, м/c

500

0 %

5.5 %

400

300

u_fs

200

100_u

100

HEL

100

200

300

400

500

600

100

200

300

400

500

600

t, нс

Рис. 1. Профили скорости свободной поверхности образ-

Рис. 3. Профили скорости свободной поверхности образ-

цов Армко-железа толщиной 2 мм после отжига при на-

цов Армко-железа толщиной 2 мм после деформационной

гружении медным ударником толщиной 0.47 мм со скоро-

осадки 5.5 % при нагружении медным ударником толщи-

стями (снизу вверх) 155±10 м/с, 244±10 м/с, 335±10 м/с

ной 0.47 мм со скоростями (снизу вверх) 155 ± 10 м/с,

и 490 ± 10 м/с

244 ± 10 м/с, 335 ± 10 м/с и 490 ± 10 м/с

u_fs, м/c

400

500

T₀ = 600

0.6 %

400

300

200

100

200

300

400

500

600

100

200

300

400

500

600

t, нс

Рис. 4. Профили скорости свободной поверхности образ-

Рис. 2. Профили скорости свободной поверхности образ-

цов Армко-железа толщиной 2 мм при температуре 600^◦C

цов Армко-железа толщиной 2 мм после деформационной

при нагружении медным ударником толщиной 0.47 мм со

осадки 0.6 % при нагружении медным ударником толщи-

скоростями (снизу вверх) 155 ± 10 м/с, 244 ± 10 м/с и

ной 0.47 мм со скоростями (снизу вверх) 155 ± 10 м/с,

335 ± 10 м/с

244 ± 10 м/с, 335 ± 10 м/с и 490 ± 10 м/с

рости VISAR [28] с временным разрешением при-

разрушению получали из регистрации и анализа

мерно 1-1.5 нс.

эволюции (формоизменения) волны сжатия при ее

распространении по образцу. Во всех эксперимен-

тах регистрировалась скорость свободной поверх-

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

ности образца как функция времени u_fs(t) в про-

цессе выхода на поверхность волн сжатия. Измере-

На рис. 1-4 представлены профили скорости сво-

ния проводились с использованием лазерного допле-

бодной поверхности образцов Армко-железа после

ровского интерферометрического измерителя ско-

отжига, предварительной деформационной осадки

827

А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин, С. В. Разоренов

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

Таблица. Динамический предел упругости и дина-

0.6 % и 5.5 % и при температуре 600^◦C. На всех про-

мический предел текучести Армко-железа в различ-

филях фиксируется выход на поверхность упруго-

ных состояниях

го предвестника с амплитудой u_HEL и затем пла-

стической волны сжатия. После достижения макси-

Состояние материала σ_HEL, ГПа σ_T , ГПа

мальных значений скорости свободной поверхности

регистрируется выход на поверхность волны разре-

Отжиг

1.54

0.88

жения и процессы, связанные с откольным разру-

шением образца. Поскольку соотношение толщины

Отжиг, 600^◦C

0.99

0.55

ударника и образца в этих экспериментах составля-

Осадка 0.6 %

0.65

0.35

ло около 1/4, затухание ударной волны на этих тол-

щинах образцов не происходит, волна имеет трапе-

Осадка 5.5 %

1.17

0.59

циевидную форму с плато при максимальной ско-

рости, а регистрируемое время между выходом на

поверхность пластической волны и выходом волны

вестника в сравнении с образцами, подвергнутыми

разгрузки от тыльной стороны ударника составля-

деформационной осадке 0.6 %, до u_HEL = 52 м/с.

ет примерно 100 нс. На рис. 1 видно, что в пласти-

Нагрев образцов до 600^◦C уменьшает амплитуду

ческой волне сжатия фиксируется небольшой ска-

упругого предвестника до 48 м/с.

чок скорости в виде ступеньки RR, которая явля-

По измеренной амплитуде упругого предвестни-

ется следствием отражения упругого предвестника

ка определяется динамический предел упругости

от свободной поверхности и взаимодействия обра-

материала HEL (Hugoniot elastic limit): σ_HEL

зовавшейся отраженной упругой волны разгрузки с

= 0.5u_HELρ₀c_l, который связан при этих условиях

пластической ударной волной. Такое формирование

нагружения с динамическим пределом текучести со-

переотраженной упругой волны наблюдается не у

отношением

всех материалов и связано с релаксационными свой-

(

)

c2b

ствами материала в состоянии перед пластической

σ_T =

σ_HEL

(1)

c²

ударной волной, более детальный анализ этого яв-

ления можно найти в работе [29]. В экспериментах

Рассчитанные таким образом параметры упруго-

с деформированными образцами и при начальной

пластического перехода в Армко-железе представ-

температуре образцов 600^◦C выход на свободную

лены в таблице. В таблице представлены сред-

поверхность переотраженной упругой волны не ре-

ние значения по трем или четырем экспериментам,

гистрируется.

проведенным при различных давлениях. Наиболь-

Сравнение волновых профилей показывает, что

шие значения динамического предела текучести у

с увеличением предварительной деформационной

отожженного Армко-железа можно объяснить наи-

осадки и повышением начальной температуры

меньшим значением плотности дислокаций. Предва-

форма и амплитуда упругого предвестника (см.

рительная деформация до 0.6 % увеличивает плот-

рис. 1-4) значительно изменяются. В эксперимен-

ность подвижных дислокаций и приводит к значи-

тах при комнатной температуре с образцами после

тельному уменьшению регистрируемого динамиче-

отжига регистрируется отчетливо выраженная

ского предела текучести. Увеличение предваритель-

упругая волна сжатия с волновым фронтом 8-10 нс.

ной деформации образцов до 5.5 % приводит к еще

Амплитуда упругого предвестника составляет

большей плотности дислокаций, когда подвижные

u_HEL

= 67 м/с за исключением экспериментов

дислокации начинают блокировать друг друга, что

со скоростью удара 155 ± 10 м/с, когда ее вели-

проявляется в увеличении регистрируемого предела

чина была несколько ниже — u_HEL = 49 м/с. В

текучести по сравнению с образцами после предва-

экспериментах с другими исходными состояниями

рительной деформации 0.6 %.

Армко-железа зависимости амплитуды упругого

На профилях скорости свободной поверхности,

предвестника от давления ударного сжатия не выяв-

представленных на рис. 1-4, не наблюдается четкого

лено. В опытах с образцами после деформационной

выделения упругого предвестника конечной ампли-

осадки на 0.6 % наблюдается уменьшение ампли-

туды при разгрузке. Вместо этого регистрируется

туды упругого предвестника до u_HEL = 29 м/с и

квазиупругая волна разгрузки, в которой скорость

значительное увеличение времени нарастания па-

распространения возмущения плавно уменьшается

раметров в упругой волне. Деформационная осадка

от продольной скорости звука c_l до скорости зву-

5.5 % приводит к росту амплитуды упругого пред-

ка c_b, соответствующей объемной сжимаемости ма-

828

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

Влияние малых предварительных деформаций. . .

, ГПа

шения (1), сопоставлены со значениями напряжения

1.0

пластического течения в волне разгрузки, получен-

ными из анализа ее квазиупругой части. На рисун-

0.8

ке видно, что наблюдается резкое уменьшение пре-

0 %

дела текучести непосредственно за ударной волной

для всех исследованных состояний, включая экспе-

0.6

5.5 %

рименты при температуре 600^◦C. Причиной такого

падения предела текучести Армко-железа за удар-

0.4

ной волной является пластическая деформация при

сжатии в ударной волне. Полученные значения на-

0.2

пряжения пластического течения за ударной волной

600

0.6 %

практически не зависят от исходного состояния ма-

териала и находятся в диапазоне 50-80 МПа при

2.5 ГПа. Подобное падение предела текучести бы-

, ГПа

ло зарегистрировано для титанового сплава ВТ1-0

в работе [7]. В данной работе получено десятикрат-

Рис. 5. Результаты расчета предела текучести Армко-же-

ное уменьшение предела текучести ударно-сжатого

леза в упругом предвестнике и в ударно-сжатом состоянии

отожженного и предварительно деформированного

в волне разгрузки после отжига после предварительной

деформации 0.6 % и 5.5 % и при повышенной температуре

до 5.5 % Армко-железа. В экспериментах с предва-

рительной деформацией 0.6 % и начальной темпера-

турой 600^◦C наблюдалось уменьшение предела те-

териала. В работах [4, 5] предложен и реализован

кучести в ударно-сжатом состоянии соответственно

упрощенный способ оценки напряжения пластиче-

в 4 и 8 раза. С ростом давления имеет место воз-

ского течения при разгрузке. Данный способ оценки

растание предела текучести ударно-сжатого Арм-

основан на приближении простой волны и включает

ко-железа во всех исследованных состояниях. Воз-

аппроксимацию квазиупругой части волны прямой

растание предела текучести как отожженных, так

линией 1-2, как показано на рис. 1, предположение о

и предварительно деформированных образцов и об-

постоянстве коэффициента Пуассона и линейное со-

разцов Армко-железа при температуре 600^◦C при-

отношение между скоростью звука в лагранжевых

близительно одинаково и объясняется как непосред-

координатах и массовой скоростью. Разность в ве-

ственно действием давления, так и деформацион-

личинах сдвиговых напряжений, соответствующих

ным упрочнением.

значениям массовой скорости на фронте квазиупру-

По измеренным профилям скорости свободной

гой волны разгрузки up1 (точка 1 на рис. 1) и в ее

поверхности, представленных на рис. 1-4, опреде-

конце up2 (точка 2) в приближении простой волны

лялись максимальные скорости сжатия в пласти-

описывается соотношением [30]

ческих ударных волнах. На рис. 6 показаны ре-

зультаты оценки скорости сжатия в зависимости от

τ (up1) - τ(up2) =

максимального напряжения сжатия σ_x на «плато»

∫

за пластической ударной волной для Армко-желе-

[

] du_p

ρ₀

a²(u_p) - a2b(u_p)

(2)

за в отожженном и предварительно деформируе-

a(u_p)

мом до 0.6 % и 5.5 % состояниях и при повышен-

up2

ной до 600^◦C температуре. Скорость сжатия опре-

где a — скорость распространения возмущений в

делялась как ε_x = u_fs/2U_S, где u_fs — максималь-

квазиупругой волне в координатах Лагранжа (т. е.

ное ускорение поверхности в пластической ударной

отнесена к начальной плотности материала ρ₀), a_b —

волне, U_S — скорость распространения пластичес-

объемная скорость звука.

кой ударной волны. Предполагалось, что пластичес-

Соотношение (2) фактически определяет предел

кая ударная волна стационарна или близка к ста-

текучести ударно-сжатого материала, так как при

ционарности. Как видно на рисунке, с ростом дав-

разгрузке из ударно-сжатого состояния сдвиговое

ления ударного сжатия в пластической волне для

напряжение переходит через нуль и выходит на на-

всех исследованных состояний Армко-железа ско-

пряжение пластического течения с обратным зна-

рость сжатия изменяется подобным образом и мо-

ком. На рис. 5 значение пределов текучести в упру-

жет быть описана степенной зависимостью от давле-

гом предвестнике, рассчитанные с помощью соотно-

ния ε_x = A(σ_peak /σ₀)^β (σ₀ = 1 ГПа). Для Армко-же-

829

А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин, С. В. Разоренов

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

–

, ГПа

10⁷

5 %

600

0.6 %

10⁶

0 %

5.5 %

2.05

5.5 %

19500*_x

0 %

0.6 %

0 %

10⁵

600

10⁵

10⁴

10⁵

10⁶

, ГПа

–1

V/V , n₀

Рис. 6. Зависимость скорости сжатия Армко-железа в пла-

Рис. 7. Зависимость откольной прочности Армко-железа

стической ударной волне от конечного напряжения сжатия

после отжига, после деформационной осадки 0.6 % и 5.5 %

за волной. Представлены данные для отожженного, пред-

и при начальной температуре 600^◦C от скорости деформи-

варительно деформированного до 0.6 % и 5.5 % и при на-

рования в волне разрежения падающего импульса сжатия.

чальной температуре 600^◦C. Аппроксимационная прямая

На рисунке представлены данные [32] для монокристалли-

построена для Армко-железа после отжига

ческого железа (треугольники) и Армко-железа в состоя-

нии поставки (квадраты)

леза после отжига в диапазоне давлений 2-9 ГПа

коэффициент β

= 2.05, а A = 19500. Для предва-

в разгрузочной части импульса ударного сжатия.

рительно деформированных состояний и при повы-

На рис. 7 видно, что полученные данные согласу-

шенных температурах коэффициенты β и A изме-

ются с ранними измерениями откольной прочности

няются незначительно.

монокристаллов железа и Армко-железа в состоя-

После отражения импульса сжатия от свобод-

нии поставки при давлениях не превышающих дав-

ной поверхности внутри образца генерируются рас-

ление фазового превращения α-ε [32]. Представлен-

тягивающие напряжения, в результате чего иници-

ные значения откольной прочности монокристаллов

ируется его разрушение — откол. Декремент скоро-

железа лежат выше, чем измеренные для поликри-

сти поверхности Δu_fs (рис. 1) при ее убывании от

сталлов в данной работе, что объясняется практи-

максимума до значения перед фронтом откольного

чески бездефектной структурой монокристалла. В

импульса пропорционален величине разрушающего

работе [32] варьирование скорости деформирования

напряжения — откольной прочности материала. В

проводилось изменением толщины образца и удар-

линейном (акустическом) приближении откольная

ника, но при одном давлении. В данной работе тол-

прочность материала рассчитывается как

щина образцов и ударников не менялась, изменя-

σ_sp =

ρ₀c_b(Δu_fs + δ),

(3)

лось только максимальное давление. С ростом мак-

симального давления увеличивалась скорость де-

где δ — поправка на искажение профиля скорости

формирования в волне разгрузки. Судя по накло-

вследствие различия скоростей упругого фронта от-

нам зависимостей откольной прочности от скорости

кольного импульса и скорости пластической части

деформирования отожженного и деформированного

падающей волны разгрузки перед ним [31].

Армко-железа в сравнении с Армко-железом в со-

На рис. 7 представлены зависимости откольной

стоянии поставки [32] и монокристаллическим же-

прочности Армко-железа от скорости деформиро-

лезом [32], в скорость роста откольной прочности

вания в различных начальных состояниях. Расчет

от скорости деформирования вносит существенный

откольной прочности осуществлялся с помощью со-

вклад увеличение давления. Подобные измерения

отношения (3). Скорость деформирования в волне

откольной прочности от давления проводились для

разрежения рассчитывалась как

V/V0 = ufsr/2cb

титанового сплава [33] и стали [34], где были вы-

[3], где u_fsr — измеренная скорость уменьшения ско-

явлены более крутые зависимости откольной проч-

рости свободной поверхности испытуемого образца

ности от скорости деформирования от давления в

830

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

Влияние малых предварительных деформаций. . .

сравнении с зависимостью откольной прочности от

нием и действием давления. Увеличение начальной

скорости деформирования при одном давлении.

температуры образцов Армко-железа до темпе-

На вставке рис. 7 видно, что наименьшие значе-

ратуры 600^◦C ожидаемо привело к уменьшению

ния откольной прочности реализуются у образцов

его динамического предела текучести и откольной

Армко-железа после отжига. Максимальные значе-

прочности. Динамический предел текучести ударно-

ния откольной прочности среди исследованных со-

сжатого Армко-железа при температуре 600^◦C с

стояний регистрируются у образцов после предва-

ростом давления меняется так же, как и в ото-

рительной деформации 0.6 %. Рост значений отколь-

жженном материале при комнатной температуре.

ной прочности в сравнении с отожженным матери-

Не выявлено влияние амплитуды ударного сжатия

алом при тех же скоростях деформирования соста-

на динамический предел упругости и текучести

вил примерно 10 %. Значения откольной прочности

во всех исследованных состояниях Армко-железа,

после предварительного деформирования 5.5 % рас-

за исключением экспериментов с отожженным

положены между отожженным материалом и по-

материалом при наименьшем давлении. Регистри-

сле предварительной деформации 0.6 %. Поскольку

руется незначительный рост откольной прочности

механизмом откольного разрушения пластического

с увеличением давления во всех исследованных

материала является зарождение и рост микротре-

начальных состояниях Армко-железа. Наиболь-

щин или пор [35], то возможно, что при повышен-

шие значения откольной прочности получены у

ной плотности дислокаций, наведенных в результа-

образцов после предварительной деформации 0.6 %.

те предварительной деформации, они начинают бло-

кировать друг друга, тем самым образование пор в

Финансирование. Работа выполнена при фи-

плоскости откола инициируется при более высоких

нансовой поддержке Российского фонда фундамен-

растягивающих напряжениях.

тальных исследований (грант №19-02-00416А), а

также в рамках Госзадания, номер госрегистрации

ААА-А19-119071190040-5. Эксперименты проведены

с использованием оборудования Московского регио-

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

нального взрывного центра коллективного пользо-

Проведены измерения эволюции упруго-плас-

вания Российской академии наук.

тических волн ударного сжатия и разгрузки

Армко-железа в отожженном и предварительно

деформированном до

0.6 % и

5.5 % состояниях

ЛИТЕРАТУРА

в диапазоне давлений

2-9

ГПа. Показано, что

1. Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер, Физика ударных

предварительная пластическая деформация 0.6 %

волн и высокотемпературных гидродинамических

значительно понижает величину динамического

явлений, Наука, Москва (1966).

предела текучести и в то же время незначительно

увеличивает откольную прочность Армко-железа.

2. Г. И. Канель, Е. Б. Зарецкий, С. В. Разоренов и

При росте предварительной деформации до 5.5 %

др., УФН 187, 525 (2017).

образцы демонстрируют промежуточные значения

динамического предела текучести и откольной

3. Г. И. Канель, Ударные волны в физике твердого

прочности между отожженным состоянием и после

тела, Физматлит, Москва (2018).

предварительной деформации

0.6 %. Изменение

4. Г. И. Канель, А. С. Савиных, Доклады РАН. Фи-

начальной плотности дислокаций практически не

зика, технические науки 490, 29 (2020).

повлияло на скорость сжатия в пластической удар-

ной волне и на предел текучести ударно-сжатого

5. G. I. Kanel, A. S. Savinykh, G. V. Garkushin et al.,

материала. При разгрузке от 2.5 ГПа как в ото-

J. Appl. Phys. 127, 035901 (2020).

жженном состоянии, так и после предварительной

пластической деформации

0.6 % и

5.5 % наблю-

6. G. I. Kanel, A. S. Savinykh, G. V. Garkushin et al.,

J. Appl. Phys. 128, 115901 (2020).

далось резкое падение динамического предела

текучести до значений примерно

МПа. При

7. Г. И. Канель, А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин и др.,

дальнейшем росте давления до 9 ГПа регистриро-

ЖЭТФ 159, 524 (2021).

валось незначительное увеличение динамического

предела текучести ударно-сжатого Армко-железа,

8. B. Gurrutxaga-Lerma, M. A. Shehadeh, D. S. Balint

которое можно связать с деформационным упрочне-

et al., Int. J. Plasticity 96, 135 (2017).

831

А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин, С. В. Разоренов

ЖЭТФ, том 161, вып. 6, 2022

E. B. Zaretsky and G. I. Kanel, J. Appl. Phys. 117,

23.

A. E. Mayer, K. V. Khishchenko, P. R. Levashov et

195901 (2015).

al., J. Appl. Phys. 113, 193508 (2013).

10.

E. B. Zaretsky, J. Appl. Phys. 106, 023510 (2009).

24.

Songlin Yao, Xiaoyang Pei, Zhanli Liu et al., Mech.

Mater. 140, 103211 (2020).

11.

P. L. Hereil, J. Phys. Colloques 49, C3-77 (1988).

25.

M. W. Guinnan and D. J. Steinberg, J. Phys. Chem.

12.

E. B. Zaretsky and G. I. Kanel, J. Appl. Phys. 114,

Sol. 35, 1501 (1974).

083511 (2013).

26.

D. Bancroft, E. L. Peterson, and S. Minshall, J. Appl.

13.

E. B. Zaretsky and G. I. Kanel, J. Appl. Phys. 110,

Phys. 27, 291 (1956).

073502 (2011).

27.

L. M. Barker and R. E. Hollenbach, J. Appl. Phys.

14.

H. Shu, S. Fu, X. Huang et al., J. Appl. Phys. 116,

45, 4872 (1974).

033506 (2014).

28.

L. M. Barker and R. E. Hollenbach, J. Appl. Phys.

15.

B. Zuanetti, S. D. McGrane, C. A. Bolme et al., J.

43, 4669 (1972).

Appl. Phys. 123, 195104 (2018).

29.

Г. И. Канель, А. С. Савиных, Г. В. Гаркушин и др.,

16.

G. I. Kanel, G. V. Garkushin, A. S. Savinykh et al.,

Доклады РАН. Физика, технические науки 496, 5

J. Appl. Phys. 116, 143504 (2014).

(2021).

17.

G. I. Kanel, S. V. Razorenov, and G. V. Garkushin,

30.

J. L. Brown, C. S. Alexander, J. R. Asay et al., J.

J. Appl. Phys. 119, 185903 (2016).

Appl. Phys. 114, 223518 (2013).

18.

Г. И. Канель, Г. В. Гаркушин, А. С. Савиных и др.,

31.

Г. И. Канель, ПМТФ 42, 194 (2001).

ЖЭТФ 154, 392 (2018).

32.

S. V. Razorenov, G. I. Kanel, A. S. Savinykh et al.,

19.

М. А. Мейерс, Л. Е. Мурр, Ударные волны и явле-

in Shock Compression of Condensed Matter — 2005,

ния высокоскоростной деформации металлов, Ме-

ed. by M. D. Furnish, M. Elert, T. P. Russell et al.,

таллургия, Москва (1984).

AIP CP 845, 650 (2006).

20.

С. В. Разоренов, Г. В. Гаркушин, Е. Г. Астафурова

33.

R. L. Whelchel, D. S. Mehoke, K. A. Iyer et al., J.

и др., Физическая мезомеханика 20, 43 (2017).

Appl. Phys. 119, 115901 (2016).

21.

T. de Resseguier, E. Lescoute, and D. Loison, Phys.

34.

C. Li, B. Li, J. Y. Huang et al., Mater. Sci. Eng.

Rev. B 86, 214102 (2012).

A 660, 139 (2016).

22.

Zhuowei Gu, Xiaogang Jin, and Guoqing Gao, J.

35.

M. A. Meyers and C. T. Aimone, Prog. Mater. Sci.

Mater. Sci. 35, 2347 (2000).

28, 1 (1983).

832