Global Journal of Science Frontier Research, A: Physics and Space Science, Volume 23 Issue 11

Damageability of Metals under Impulse Loading (Localized strain bands as prefracture of spall origin) S. N. Buravova Abstract- Impulse loading of a sample of limited dimensions (at least two free surfaces) leads to the oscillation of the sample in the standing wave mode as a consequence of wave reflection from the faces and their interaction with each other. Localized strain bands originate and evolve at the standing wave nodes (wave interference zone), where the deformation of the material occurs in the compression-tension mode and the stress in the wave interference zone does not exceed the spall strength of the material. (Excessive stress leads to the formation of spall cracks and sample destruction). As a result of the absence of energy transfer through the nodal points, which is typical of standing waves, the deformation of the sample can last for a long time after passing a shock wave until dissipative processes would bring about oscillatory process damping. Another characteristic feature of standing waves is the formation of new harmonics with their own wavelengths and vibration eigen frequencies with new spall damage occurring at each node. The development of physicochemical processes accompanying the localization and forming the metal structure within the localized strain bands, namely, fragmentation, dissolution of the strengthening phase particles, pearlite globulization, formation of spheroidal cementite in steels, and oxidation of fragments, is determined by the intensity and duration of sample oscillation. Plastic strain localization is accompanied by a self-healing effect previously unknown in the literature: a flow of atoms (interstitials, substitutions, impurities) and ultrafine particles of the strengthening phase migrates from the region of the matrix material adjacent to the formed localization band to the spall damage zone. The dynamic mass transfer of particles affecting the formation of a microstructure within the localized strain band is several orders of magnitude higher than the mass transfer during quasi-static deformation. Keywords: shock wave, impulse loading, unloading wave, localization, deformation, standing wave, oscillation, mass transfer, fragmentation. Abstract- Импульсное нагружение образца ограниченных размеров ( не менее двух свободных поверхностей ) приводит к осцилляции образца в режиме стоячей волны , как следствие отражения волн от граней и столкновения их между собой . Полосы локализованной деформации зарождаются и эволюционируют в узлах стоячей волны ( зона интерференции волн ), где деформирование материала протекает в режиме сжатие - растяжение , а напряжение в зоне интерференции волн при этом не превышает по величине откольной прочности материала . ( Превышение напряжения приводит к образованию откольных трещин и разрушению образца ). В результате отсутствия передачи энергии через узловые точки , что характерно для стоячих волн , деформирование образца может длиться долго после прохождения ударной волны , пока диссипативные процессы не приведут к затуханию колебательного процесса . Другой особенностью , характерной для стоячих волн , является образование новых гармоник со своими длинами волн и собственными частотами колебаний , в узлах каждой из которых возникает новая откольная повреждаемость . Развитие физико - химических процессов , сопровождающих локализацию и формирующих структуру металла внутри полос локализованной деформации , таких как фрагментация , растворение частиц упрочняющей фазы , глобулизация перлита , образование сфероидального цементита в сталях , окисление фрагментов , определяется интенсивностью и длительностью осцилляции образца . Локализация пластической деформации сопровождается эффектом самозалечивания , ранее не известным в литературе : из области матричного материала , примыкающего к формирующейся полосе локализации , поток атомов ( внедрения , замещения , примеси ) и ультратонких частиц упрочняющей фазы мигрирует к зоне откольной повреждаемости . Динамический массоперенос частиц , оказывающий влияние на формирование микроструктуры внутри полосы локализованной деформации , на несколько порядков превышает массоперенос при квазистатической деформации . I. I ntroduction ocalized strain bands on forged platinum blanks were first observed by Tresca in 1879 who explained this phenomenon by the conversion of the mechanical work into heat. The thermomechanical localization model was formed in 1944 [1]. The reason for strain localization is the loss of plastic flow stability because of thermal softening. Since the 1960s, shear bands have begun to be called adiabatic, because the released heat has no time to dissipate under the conditions of large deformations and high velocities [2]. The thermomechanical model of strain localization underwent almost no changes up to the present time. Despite common acknowledgement, the thermomechanical model of strain localization has failed to propose any physical insight into the origin and development of localization, cannot predict sites of localized strain bands (LSBs), cannot explain why the localization appears in very thin bands when the entire sample is subjected to deformation, and provides no L Author: A. G. Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow Region, Russia. e-mail: svburavova@yandex.ru 1 Year 2023 2 Frontier Research Volume XXIII Issue ersion I VXI ( A ) Science © 2023 Global Journals Global Journal of