Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей




Скачать 17,37 Kb.
НазваниеВлияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей
страница5/5
Дата04.02.2016
Размер17,37 Kb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа посвящена актуальной проблеме прикладного материаловедения – повышению ресурса работы стальных деталей машин и конструкций. Обоснованный выбор материалов и режимов термической обработки позволяет повысить эксплуатационную долговечность в широком диапазоне циклических нагрузок в стандартных и экстремальных условиях работы. Основой для решения таких задач явилось комплексное исследование влияния структурных состояний на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей, что составляет основную цель данной работы.

Основные выводы

  1. Определены стадийность и влияние механизмов зарождения и развития усталостных трещин в структурно-неоднородных конструкционных сталях на их долговечность:

в аустенитно-мартенситных сталях мартенсит, являющейся твердой матричной основой сплава, обеспечивает прочностные свойства стали (1300 МПа). Умеренно мягкие прослойки и отдельные области аустенита способствуют релаксации напряжений и торможению трещин, что обеспечивает низкую чувствительность сталей к концентрации напряжений и высокую долговечность;

в ферритно-перлитных сталях с мягкой матрицей, представленной ансамблем ферритных зерен, основные процессы накопления повреждений происходят при относительно низких напряжениях (=265 МПа). Упрочняющей составляющей этих сталей (перлиту) свойственно растрескивание на стадии распространения трещины. Это вызывает снижение числа циклов до зарождения трещин и живучести с трещиной;

умеренно легированные среднеуглеродистые стали со структурой низкоотпущенного мартенсита при высокой перегрузочной способности (до 4) обладают высокой чувствительностью к надрезу, поэтому их долговечность на стадиях зарождения трещин и распространения примерно на два порядка ниже аустенитно-мартенситных сталей.

  1. По изменению рельефа поверхности образцов низкопрочной ферритно-перлитной стали при асимметричных циклах и плосконапряженном состоянии обнаружены два уровня пластической деформации: макроуровень, обусловленный развитием деформации Чернова-Людерса, и микроуровень, связанный с образованием и развитием полос скольжения в феррите. С развитием макрозоны наблюдается поперечная утяжка, распространяющаяся от вершины надреза, где формируется сильнодеформированная циклическая микрозона. Установлен сложный негомогенный характер упрочнения в этой зоне и размеры микрозоны. Зарожденная трещина растет последовательными скачками с чередованием сдвига и разрыва связей поврежденной микрозоны.

  2. В пластической зоне высокопрочной аустенитно-мартенситной стали при симметричных циклах развитию трещины предшествуют аккомодационные фазовые перестройки с превращением. В зоне надреза и перед вершиной трещины образуется ориентированный в направлении максимального нормального напряжения мартенсит деформации. При малоцикловом нагружении и плосконапряженном состоянии фазовые перестройки в пластической зоне перед вершиной трещины являются основным процессом, определяющим разрушение поперек мартенситных реек. При многоцикловом разрушении процесс протекает в основном по субграницам и границам зерен.

  3. Получены кинетические зависимости скорости роста трещин в областях 5·10-10…10-8 м/цикл в аустенитно-мартенситных и 10-8…10-4 м/цикл в мартенситных высокопрочных сталях от амплитуд коэффициента интенсивности напряжений для нагружений. Определены показатели живучести высокопрочных сталей с трещиной в зоне многоцикловой усталости. Обнаружено образование малых усталостных трещин в области ниже нормированного предела выносливости для аустенитно-мартенситных сталей и установлен размер максимальной неразвивающейся трещины на нормированной базе определения предела выносливости - 0,3 мм.

  4. Сформулированы условия развития усталостного разрушения при сверхвысоком числе циклов для аустенитно-мартенситной стали, которые осуществляются посредством слияния микроповреждений по субграницам мартенсита и образования областей разрушения у дисперсных выделений крупных карбонитридов. Предложена модель подповерхностного зарождение трещин, объясняющая разрушение на основе влияния локальности напряжений и декогезии границ дисперсных включений с матрицей.

  5. Предложена обобщенная кривая усталости, на которой выделены критические напряжения, отвечающие сменам механизмов зарождения и развития трещин, определяемым в зависимости от масштаба циклической пластической деформации, структурного и напряженного состояний сталей (ферритно-перлитных, мартенситных и аустенитно-мартенситных);

  6. Выполнено сравнение изменения характеристик статической прочности отпущенной стали 08Х14АН4МДБ и критических параметров усталостного разрушения: длины трещины и числа циклов до разрушения. Наибольшей усталостной долговечности отвечает температура отпуска 400 °С, в то время как оптимальному соотношению характеристик статической прочности соответствует температура отпуска 500 °С. Для циклически нагруженных деталей общего машиностроения рекомендуется режим отпуска 400 °С.

  7. Установлены корреляционные зависимости эффективного коэффициента и коэффициента чувствительности к концентрации напряжений для широкого диапазона ограниченной долговечности и пределов выносливости. Снижение чувствительности к концентрации напряжений с увеличением амплитуды напряжений зависит от процессов локализованного повреждения в зонах пластичности у вершины надреза и величин амплитуд напряжений.

  8. Получены и обобщены данные о развитии структурной поврежденности в сталях различных химических составов и структурных состояний, осуществляемой через пластические зоны различными механизмами, проявления которых определены амплитудами напряжений. Это позволило сформулировать основные положения диагностирования технического состояния объектов, допускающих эксплуатацию с трещинами на стадии живучести стальной конструкции с развивающейся усталостной трещиной.

  9. Исследования нагруженности и напряженно-деформированных состояний элементов конструкций грузоподъемных кранов в сочетании с положениями механики разрушения и экспертизы зон структурных разрушений позволили выяснить причины и создать методику прогнозирования характера разрушения металлоконструкций в случаях отсутствия достоверных исходных данных. На этой основе получены данные о характере, последовательности и продолжительности процессов разрушения, а также оценки разрушающих нагрузок, коэффициентов запаса и ресурса работы.

  10. Скорости роста усталостных трещин в конструкциях из сталей Ст3 и 09Г2С (2,3∙…7∙м/цикл) находятся в пределах стабильного участка кинетической диаграммы усталостного разрушения, а живучесть балочных конструкций с усталостными трещинами характеризуется устойчивостью развития. Это позволило рекомендовать увеличение межремонтных сроков за счет допуска длин трещин в верхних поясных сварных швах подрельсовых балок до безопасных величин. Эффективность такого допуска по показателю живучести в условиях эксплуатации выше, чем при многократных повторных ремонтах, а среднее снижение трудозатрат на единицу техники составляет 28 %.


Основные публикации по теме диссертации


  1. Харитонов Н.И., Никольский Н.Н., Дронов В.С. Исследование кинетики накопления микропластических деформаций при циклическом нагружении среднеуглеродистой стали // Проблемы прочности. 1972, № 9. С. 14 – 17.

  2. Дронов В.С., Никольский Н.Н. О влиянии динамического деформационного старения на кинетику усталостного разрушения конструкционной стали // Вопросы металловедения и физики металлов. Тула: Изд-во ТПИ, вып. 2, 1974. С. 101– 105.

  3. Андреев Л.С., Горбаневский В.Г., Дронов В.С. Долговечность хромованадиевой пружинной проволоки при кручении // Двигателестроение. 1981. № 10. С. 35 – 38.

  4. Андреев Л.С., Белкин А.М., Дронов В.С. Исследование ограниченной долговечности высокопрочных конструкционных сталей // Проблемы прочности. 1982, № 6. С. 30 – 32.

  5. Андреев Л.С., Дронов В.С., Белкин А.М., Гаврилов М.П. Исследование кинетики разрушения высокопрочной конструкционной стали 35ХН2МФА // Проблемы прочности. 1983, № 8. С. 38 – 40.

  6. Дронов В.С. Об оценке остаточного ресурса металлоконструкций мостовых и козловых кранов по критерию усталостной повреждаемости. – В сб.: Расчет и конструирование подъемно-транспортных средств. Тула: ТулПИ, 1988. С. 87 – 92.

  7. Дронов В.С. Использование аппарата механики разрушения для выявления причин аварии башенного крана // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 1 – Тула: Изд-во ТулГУ, 1997. С. 65 – 74.

  8. Сальников В.Г., Стеценко П.И., Дронов В.С., Ануфриев В.И. Причины разрушения стрелоподъемного механизма башенного крана // Безопасность труда в промышленности. 1998, № 7. С.12 – 14.

  9. Дронов В.С., Дубенский Г.Г., Троицкий И.В. Механика разрушения. Тула: Изд-во ТулГУ, 1999, 272 с.

  10. Дронов В.С., Сальников В.Г. Структурная схема шарнирного узла козлового крана и его долговечность // Автоматизация и современные технологии. 2001, № 8. С. 8 – 11.

  11. Сорокин П.А., Дронов В.С. , Селиверстов Г.В. Метод оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 3 – Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. С. 164 – 166.

  12. Чуканов А.Н., Дронов В.С., Дубенский Г.Г., Беляев В.В. – В сб.: Релаксационные свойства стали Ст. 3, отработавшей нормативный ресурс в металлоконструкциях грузоподъемных кранов // Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. С. 179.

  13. Ануфриев В.И., Стеценко П.И., Дронов В.С., Сальников В.Г. Анализ условий работы элементов конструкций козлового крана КК-20-32 // Безопасность труда в промышленности. 2001, № 10. С.32 – 34.

  14. Селиверстов Г.В., Сорокин П.А., Дронов В.С. Контроль накопления усталостной повреждаемости по изменению оптических свойств поверхности металлов // Тяжелое машиностроение. 2003, № 8. С. 8 – 10.

  15. Дронов В.С. Усталостная повреждаемость металлов малыми трещинами // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 4. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. С. 65 – 78.

  16. Папинов А.В., Дронов В.С., Сальников В.Г. Расчетные параметры циклического нагружения подрельсовых балок мостовых перегружателей // Автоматизация и современные технологии. 2003, № 10. С. 4 – 8.

  17. Дронов В.С. Методика исследования усталости и трещиностойкости металлов при испытании на изгиб с вращением // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 4. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. С. 223 – 229.

  18. Сальников В.Г., Дронов В.С., Папинов А.В. Оценка долговечности подрельсовой балки мостового перегружателя // Автоматизация и современные технологии. 2004, № 4. С. 10 –12 .

  19. Дронов В.С., Головин С.А. Ограниченная долговечность и трещиностойкость сталей высокой и средней прочности // Материаловедение. 2004, № 12. С. 41 – 47.

  20. Дронов В.С. Сопротивление усталости сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 165 – 177.

  21. Дронов В.С. Влияние условий испытаний на форму и разрывы кривой усталости среднеуглеродистой конструкционной стали // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 178 – 185.

  22. Дронов В.С. Ограниченная долговечность и чувствительность к концентрации напряжений сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 228 – 235.

  23. Папинов А.В., Дронов В.С. Кинетика роста трещин и разрушение в сварных конструкциях // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 235 – 243.

  24. Дронов В.С., Головин С.А. Усталостная долговечность углеродистых и легированных сталей. / Прочность и разрушение материалов и конструкций. – М.: РАЕ, 2005. С. 98 – 101.

  25. Дронов В.С., Ануфриев С.В., Романов А.А. Критические параметры усталостного разрушения высокопрочной аустенитно-мартенситной стали // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 6. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. С. 183 – 191.

  26. Дронов В.С. Сопротивление усталостному разрушению высокопрочных сталей в широком диапазоне нагружений // Сб. научн. тр. XVI Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург, 2006. СПб., 2006. С. 202–203.

  27. Дронов В.С., Ботвина Л.Р., Блинов В.М. и др. Кинетика малых усталостных трещин в широком диапазоне циклов нагружения // Металлы. 2006, №.5. С. 112 – 122.

  28. Дронов В.С., Головин С.А. Усталостные свойства проката из стали 08Х14АН4МДБ // Производство проката. 2006, № 11. С. 35 – 39.

  29. Дронов В.С. , Селиверстов Г.В. Кинетика развития усталостной повреждаемости в малоуглеродистой стали // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 7. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. С. 207 – 212.

  30. Ануфриев С.В., Дронов В.С., Маркова Г.В. Влияние режимов термообработки на характеристики динамического разрушения стали 10Г2ФБЮ / Сб. “Deformation & Fracture of Materials - DFM 2006” – Москва: Intercontaсt Nauka, 2006, С. 341-343.

  31. Ануфриев С.В., Дронов В.С. О повышении работоспособности металлоконструкций башенных кранов. // Тяжелое машиностроение. 2007, №1, С. 40-43.

  32. Ануфриев В.И., Дронов В.С., Ануфриев С.В. Диагностирование усталостной поврежденности подрельсовых балок мостовых перегружателей // Тяжелое машиностроение. 2008, № 4. С. 37 – 38.

  33. Дронов В.С. Структурная поврежденность пластических зон феррито-перлитных и аустенито-мартенситных сталей при циклических нагрузках // Сб. научн.тр. IV Евразийской научн.- практ. конф. ″Прочность неоднородных структур. ПРОСТ-2008″ / М.: МИСиС. 2008.– С. 59–60.

  34. Патент РФ № 2170923. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций / Сорокин П.А., Селиверстов Г.В., Дронов В.С., Григорьев А.В. // ФИПС, 2001.


Список цитируемой литературы

  1. Одинг И.А., Гуревич С.Е. Исследование чувствительности к надрезу некоторых сортов стали при циклических нагружениях // Вестник машиностроения. 1959, № 1. С. 30 – 35.

  2. Механика разрушения и прочность металлов: Справочное пособие: В 4х т. /Под общей ред. Панасюка В.В. Т. 4.– Киев: Наук. думка. 1990.– 680 с.

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