Цель: определить предельную деформацию проводников без разрушения волокон или образования трещин.
Задачи:
а) анализ кинетики накопления повреждений в проводниках при растяжении по АЭ;
б) измерение деформаций и напряжений, соответствующих различным стадиям разрушения проводников.
Образцы и методика испытании. Испытывали композиционные сверхпроводники на основе интерметаллидного соединения Nb3Sn различных конструкций с числом волокон ниобия в бронзовой матрице от 14 641 до 44 521. Коэффициент заполнения проводов ниобием изменялся от 0,12 до 0.28 в зависимости от конструкции провода.
Химический состав, структурные параметры и характеристики механических свойств композиционных материалов при растяжении показаны в табл. 3.
Таблица 3
Химический состав, параметры конструкции и механические характеристики композиционных сверхпроводников
Параметрами конструкции сверхпроводника (см. рис. 2) типа 1 и типа 2 являлись: D - диаметр проводника; dв- диаметр волокна; V - объемная доля ниобиевых волокон: т - число волокон (см. табл. 3).
В испытаниях сравнивались образцы композиционного провода двух типов конструкций (рис. 24). По технологии производства композиционного провода волокна ниобия в бронзовой матрице собраны в группы (стренды) (см. рис. 2). Для проводника типа I (см. рис. 24. а) диаметр стрендов составил 120 мкм. а промежутки бронзовой матрицы между стрендами порядка 10 мкм. Диаметр волокна ниобия находился в пределах 7...8 мкм.
Для сверхпроводника второго типа (см. рис. 24. 6) диаметр стренда 80 мкм, промежутки между стрендами 15...20 мкм. диаметр волокна 9 мкм.
Испытания на растяжение образцов композиционного провода диаметром 3 и 3.2 мм с длиной рабочей части 50 мм проводили при комнатной температуре на универсальной испытательной машине типа Instron со скоростью деформации образца 3 мм/мин. Проволочный образец крепился в цанговых захватах специально разработанного устройства таким образом, чтобы обеспечить отсутствие его проскальзывания при растяжении. Диаграмма деформации записывалась в масштабе: по деформации - 1 мм диаграммы соответствовал 0,1 мм удлинения образца; по нагрузке - 1мм - 5 кг нагрузки на образце.
Результаты испытаний. Характерные диаграммы деформации и АЭ-диаграммы при растяжении проводников с различной конструкцией показаны на рис. 24.
Рис. 24. Диаграммы деформации и АЭ при растяжении сверхпроводящего композиционного провода разной конструкции: а - тип 1; 6 - тип 2
На АЭ-диаграммах при растяжении проводов обоих типов конструкций выделяются участки, характерные для растяжения композиционного материала, армированного продольными волокнами. Первый участок упругой деформации матрицы и волокон (до деформации ε - 0,5 %, рис. 24) сопровождается АЭ с импульсами небольшой амплитуды на 3...5 дБ выше уровня шума (скорость счета 0,1...0,5 имп/с). Переход к стадии пластического течения матрицы (ε, σ, рис. 24) отмечен повышением мощности акустического излучения (до .30 дБ при скорости счета 10 имп/с). На третьем - параболическом - участке диаграмм σ(ε) происходит совместная пластическая деформация волокон и матрицы (см. рис. 24). Переход к этой стадии деформации (см. рис. 24) сопровождается вторым подъемом мощности акустического излучения, а затем АЭ падает от 15...20 дБ (10...20 имп/с) до уровня шума.
Для всех проводников характерны диаграммы деформации с перегибом а1≠а2 который хорошо заметен при спрямлении диаграммы деформации в логарифмических координатах истинных напряжений и деформаций In S - In е (рис. 25).
Рис. 25. Диаграмма истинных напряжении и деформаций в логарифмических координатах In S - In е
Для проводников с конструкцией первого типа коэффициент упрочнения n на стадии пластического течения матрицы и упругой деформации волокон лежит в пределах от 0.24 до 0.30. На стадии совместного пластического течения матрицы и волокон показатель упрочнения составляет n=0,08...0,12. Для сверхпроводников с конструкцией второго типа показатель упрочнения соответственно лежит в пределах n=0,50...0,57 и при равномерной деформации матрицы и волокон n=0,25...0,30.
Совместный анализ диаграмм деформации и АЭ-диаграмм (см. рис. 24) показал, что смене механизмов упрочнения при растяжении всех типов композиционного провода предшествует повышение мощности акустического излучения. Значительное различие в значениях показателя упрочнения проводников связано с их конструктивными особенностями: различием в толщине промежутков между стрендами. Для проводников второго типа данные промежутки в 1,5...2 раза толще, чем у проводников первого типа (см. табл. 3).
Напряжения и деформации σАЭ, εАЭ смены механизмов упрочнения. измеренные по АЭ. сравнивались с деформациями и напряжениями (σ, ε). полученными при анализе диаграммы растяжения. Абсолютные значения Δσ. Δε различия оценок приведены в табл. 4. Разница в оценке смены механизмов упрочнения по анализу диаграммы деформации и АЭ-диаграммы составила 6...7% по деформации и 3...4 % по нагрузке.
Таблица 4
Напряжения и деформации при расгяженнн сверхпроводника
Для всех типов образцов многожильных сверхпроводников совместный анализ диаграмм АЭ и диаграмм деформации показал, что измеренные по акустической эмиссии значения напряжения и деформации в момент смены механизмов упрочнения меньше, чем полученные из анализа диаграмм растяжения. Это свидетельствует о высокой эффективности метода акустической эмиссии для изучения механизмов упрочнения композиционных сверхпроводников, разных по конструкции провода.
