Упругoпластические и полиморфные превращения в пленках железа при нагрузке ультракороткими лазерными ударными волнами
Мурзов С.А., Ашитков С.И., Струлева Е.В., Комаров П.С., Хохлов В.А., Жаховский В.В., Иногамов Н.А.

Поступила в редакцию: 19 Октября 2021

DOI: 10.31857/S0044451022030026

PDF (4.2M)

Представлены результаты экспериментальных исследований лазерных ударных волн, инициируемых пикосекундным импульсом в железе. Обработка и анализ экспериментальных измерений проведены с использованием теоретических подходов и численного моделирования. Интерес к пикосекундным воздействиям обусловлен уникально высокими темпами деформации, в частности, зависимостью от темпа деформации порогов упруго-пластических и полиморфных трансформаций. Исследование необходимо для развития области лазерного упрочнения металлов. Первые шаги в этом направлении сделаны, хотя такого рода подход к упрочнению лазерной ковки уже широко применяется на практике. Используются современные наработки в области генерации ударных волн и их экспериментальной диагностики, а также развиваются сопутствующие методы теоретической интерпретации данных. Сложность заключается в пикосекундном масштабе времен, так как диагностика опытов ограничена кинематикой, а именно, измерением координаты свободной поверхности. Для выяснения кинетики полиморфного превращения на пикосекундных масштабах времен впервые применен метод обратного анализа скорости свободной поверхности. Валидация метода проводилась с использованием результатов гидродинамического и молекулярно-динамического моделирования при прямом извлечении механических напряжений и деформации. Теоретическое исследование традиционными методами восстановленных профилей скорости свободной поверхности подтверждает результаты в области их применимости - на упругом и пластическом фронтах ударной волны. Переход железа в -фазу имеет место на начальном участке распространения ударной волны, пока эта волна имеет достаточную амплитуду. Причина состоит в ограничении по давлениям до 40 ГПа из-за оптического пробоя в стекле и затухания ударной волны по мере распространения.