Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей




Скачать 17,37 Kb.
НазваниеВлияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей
страница2/5
Дата04.02.2016
Размер17,37 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования, показана научная и практическая значимость, перечислены основные результаты, составляющие новизну работы, и положения, выносимые на защиту.

Состояние вопроса влияния структурного фактора

на кинетику усталостного разрушения

Современная концепция усталостного разрушения рассматривает процесс усталости как кинетический и стадийный, имеющий развитие во времени посредством развития нелокализованной и локализованной поврежденности. Стадии, контролируемые различными механизмами, могут частично накладываться или не проявляться, что определяется структурным состоянием сплава и влиянием внешних факторов.

В работе проанализированы особенности усталостной поврежденности в конструкционных сталях различных структурных состояний и классов прочности, отличающихся различной термодинамической устойчивостью и способностью к упрочнению: стабильные структуры (отжиг, нормализация), закалочные структуры (закалка без отпуска, отпуск при 100 и 200 °С), промежуточные структуры (отпуск после закалки при 400, 500, 600 и 700 °С). Развитие усталостной нелокализованной поврежденности обусловлено циклической пластической деформацией, вызывающей упрочнение или разупрочнение на определенной стадии циклического нагружения. В зависимости от структурного состояния сталей эти процессы могут иметь дислокационную, диффузионную, вакансионную природу и др. В результате переменное механическое нагружение вызывает изменение субструктуры и микроструктуры металлов, что отмечено изменением физических и механических свойств от числа циклов, и процесса подготовки локального разрушения.

В соответствии с развитыми в настоящее время подходами развитие разрушения контролируется размером пластической зоны и силовыми или деформационными параметрами механики разрушения в среде с осредненными свойствами. Влияние структурного состояния на скорость роста трещины осуществляется через пластическую зону и процессы циклического деформационного упрочнения или разупрочнения в ней. По приведенным литературным данным пластическая зона может включать несколько зон, отличающихся механическим состоянием. Ключевыми являются вопросы последовательности образования зон, изменение их физико-механические свойства, связь с параметрами циклического нагружения, размерами структурных элементов и влияние каждой из них на кинетику процесса разрушения. Данные вопросы на сегодняшний день остаются открытыми.

Представляется перспективным использовать параметр размера зон пластичности для установления зависимостей живучести от амплитуд нагружения в различных областях кривой усталости, разделенных разрывами и переломами, а различие в пределах каждой области рассматривать как процессы управляемые разными механизмами развития повреждаемости внутри зон. Особый интерес представляет вопрос влияния структурного состояния высокопрочных сталей на разрыв долговечности в области предела усталости, связанный с разрушениями в гигацикловом диапазоне долговечности и теми механизмами. какими это разрушение осуществляется. Эти направления являются недостаточно изученными и поэтому перспективными для научных исследований.

В соответствии с целью исследования и анализом опубликованных в печати работ определялись задачи работы и методы их решения.


МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ


Материалы и их структурные состояния

Для реализации поставленной цели исследования руководствовались следующими принципами выбора материалов и их структурных состояний: во-первых, это стали, имеющие область промышленного или перспективного использования; во-вторых, это стали с контрастными структурными состояниями, принадлежащими к различным структурным классам, в пределах каждого из которых можно изменять степень гетерогенности и фазовый состав сталей с созданием принципиально отличных структур. В этом случае, при испытаниях возможно получить различные масштабы циклической пластической деформации, различные процессы структурной поврежденности в пластических зонах и изменения их физико-механических свойств, находящих отражение в механизмах разрушения. В качестве объектов исследований выбраны три типа структурных состояний сталей: ферритно-перлитные, мартенситные и аустенитно-мартенситные. Режимы термообработки и характеристики механических свойств сталей представлены в табл. 1-3.

Стали марок 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш и 50А с производственными режимами термообработки предоставлены ГУП “КБ приборостроения” и АК “Тульский оружейный завод”. Экспериментальная сталь 08Х14АН4МДБ предоставлена лабораторией конструкционных сталей и сплавов им. академика Н.Т. Гудцова ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН.

Таблица 1


Марки

сталей


Термообработка

Механические свойства

,

МПа

,

МПа

5,

%

,

%

Твердость

HV

Ферритно-перлитные стали

50А

Норм. от 850 С

746



22

49

218

40ХН*

Норм. от 870 С

763

413

25

59

230

20ХН*

Норм. от 880 С

540

332

34

72

170

Ст3 пс5

Норм. от 900 С

410

265

35

67

150

* по данным [1]

Таблица 2


Марки

сталей


Термообработка

Механические свойства

,

МПа

,

МПа

5,

%

,

%

Твердость, HV

Мартенситные стали

35ХН2МФА-ш


Зак. от 860 С в масле, отп. 200 С в селитре

2 ч; охл. – вода


1843



1556



7,5



57



560


30ХН2МФА


Зак. от 860 С в селитре, отп. 300 С в селитре 2 ч; охл. – вода, воздух


1674



1380



7,7



57,5



500



Таблица 3


Марки

сталей


Термообработка

Механические свойства

,

МПа

,

МПа

5,

%

,

%

Твердость, HV

Аустенито-мартенситные стали

08Х14АН4МДБ

Зак. от 1050 С в воде

1300

1045

20

64

497

08Х14АН4МДБ

Зак. от 1050 С в воде, отп. при 400 С 2 ч

1473

1234

20

61

472

08Х14АН4МДБ

Зак. от 1050 С в воде, отп. при 500 С 2 ч

1585

1290

21

64

500

08Х14АН4МДБ

Зак. от 1050С в воде, отп. при 600С 2 ч

1254

995

11

40

386


В принятых к исследованию сталях с ферритно-перлитной структурой пластичную матрицу составляют ферритные зерна от 76 % (сталь Ст3) до 38 % (сталь 50А) с 265 МПа. В качестве основной упрочняющей фазы является Fe3C, входящий в состав перлита в виде твердых и хрупких пластинок.

Высокопрочные стали 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш с карбидообразующими элементами хромом, молибденом и ванадием при закалке образуют мелкодисперсные структуры с высоким уровнем микронапряжений. При последующем отпуске от 200 и 300 С мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска с меньшей степенью тетрагональности. Структуры этих сталей жесткие с малым запасом пластичности.

Высокопрочная азотосодержащая аустенитно-мартенситная сталь 08ХН14АН4МДБ в отличие от малоуглеродистых стаей структур Ф+П в основе своей имеет твердую матрицу – мартенсит (79…82 %). Пластичные области из аустенита составляют от 21 до 16%, причем -фаза имеет прочностные характеристики в 2…2,5 раза превышающие свойства феррита.

При отпуске 400 С в течение 2 ч в матрице не обнаруживается дисперсных выделений, что свидетельствует о стабильности структуры материала. Отпуск стали при 500 С приводит к заметному изменению фазового состава из-за частичного распада пересыщенного азотом аустенита с образованием дисперсных выделений карбонитридных частиц. При отпуске 600 С происходит коагуляция карбонитридов, распад пересыщенного раствора мартенсита и аустенита и образование феррита.


Методики исследования

Усталостные испытания проводили на машине УКИ–10М по схеме консольного изгиба с частотой нагружения 12,5…100 Гц. Отдельные виды испытаний выполняли на испытательных машинах статического и циклического действия ZDM-5, ГРМ-1, УМЭ-10TM и НУ. Для испытаний использовали цилиндрические гладкие образцы диаметрами 8 и 10, а также диаметром 14,5 мм корсетные и с V-образными надрезами (табл. 4). Часть испытаний выполнена на плоских образцах в условиях асимметричного нагружения.

Таблица 4

Значения для образцов с пятью одинаковыми V надрезами


Теоретический коэффициент концентрации напряжений

Радиус в вершине надреза, мм

0,09

0,15

0,34

0,86



5,82

4,51

3,11

2,13


О развитии нелокализованной поврежденности судили по данным регистрации прогиба, температуре разогрева металла образцов, изменении амплитудонезависимого внутреннего трения в килогерцовом диапазоне, а также по изменению вида диаграммы растяжения и механических свойств в зависимости от числа циклов и амплитуды нагружения гладких цилиндрических образцов, сопоставляя характер и числовые значения этих данных.

Кинетику усталостных трещин исследовали на цилиндрических образцах с надрезами, для которых коэффициенты интенсивности и поправочные функции вычислялись по известной методике [2].

Исследования скорости роста длинных магистральных трещин проводили в диапазоне второго и третьего участков кинетической диаграммы усталостного разрушения с использованием цилиндрических образцов с одним глубоким надрезом. Прирост трещины определяли по изменению податливости образца с калибровкой зависимости “прогиб – число циклов” методом структурного окрашивания положения фронта трещины со сменой режима нагружения.

Исследования скорости роста малых магистральных трещин размера от 3 до ~40 размеров зерна выполняли непосредственным замером с помощью оптического микроскопа МБС-10 на образцах с пятью надрезами. Одновременно проводили макро- и микрофрактографию рельефа поверхности излома и исследования трансформации структуры в локальной области вершины надреза и трещины на стадиях ее развития на оптическом микроскопе Neophot-30 и оптическом и электронном растровом микроскопе ″Leo″. Для выполнения этих наблюдений образец, разрушенный по первому надрезу, разрезали электроискровым методом по осевой линии, выполняли шлиф и исследовали остальные области надрезов с уменьшающимися значениями амплитудных приложенных напряжений.

Для исследования поврежденности структур пластических зон использовали комплексный метод, включающий измерения шероховатости внешней поверхности, микротвердости, коэрцитивной силы, микроскопии структур и фрактографии.


ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ


1   2   3   4   5

Похожие:

Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconВлияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей
Д 212. 271. 03 при гоу впо «Тульский государственный университет» по адресу: 300600, Тула, пр. Ленина, 92
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconЗакономерности хрупкого разрушения и их применение для анализа упрочняющих технологий, структурно-энергетического состояния закаленных сталей и предотвращения поломок протяжек
Составление уравнения и выявление закономерностей связи предельной деформации стали (в пределах от 0 до 10%) с внутренними факторами...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconВестник Брянского государственного технического университета. 2008. №1(17)
Приведена методика определения величин, входящих в уравнения статистической теории подобия усталостного разрушения, с помощью поляризационно-оптического...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconПрименение гидропрессования для повышения свойств конструкционных сталей
Особенно актуальна проблема увеличения долговечности деталей машин и конструкций при эксплуатации в условиях Севера, при низких температурах...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей icon«Технология конструкционных материалов»
Курс технологии конструкционных материалов включает в себя сведения получении металлов, сплавов, неметаллических и полимерных материалов,...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconСписок проектов фундаментальных исследований «Арктика», принятых к финансированию в 2013 году
Определение температурных условий применения перспективных азотсодержащих сталей с высоким уровнем механических свойств, износостойкости...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconИспользование ширины полупика напряжения в критерии разрушения
При неоднородном напряженном состоянии будем использовать не классическое условие прочности, где – первое главное напряжение (рассматриваемое...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconМетодические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине
Выполнение контрольной работы по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» имеет целью закрепление и...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconИсследовательская работа. Авторы работы
...
Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей iconРешением очередной сессии
Оценка позитивных и негативных сторон состояния Кызылординской области, их влияние на социально-экономическое и общественно-политическое...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница