Механические свойства и структура металла в локальных зонах концентрации напряжений изделий машиностроения

• Автор: Дубов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Зоны концентрации напряжений (ЗКН) и их влияние на механические свойства металла изделий машиностроения
1.1. Причины образования ЗКН в металле изделий машиностроения
1.2.Механизмы образования ЗКН и структурно-механическое состояние металла
в ЗКН
1.3.Существующие методы контроля микроструктуры и механических свойств металла в ЗКН
1.4.Выводы по первой главе. Цели и задачи диссертации
Глава II. Масштабный фактор при определении механических свойств 43 материалов.
2.1. Масштабный фактор при определении механических свойств материалов. Значение масштабного эффекта
2.2. Масштабные уровни и причины проявления масштабного эффекта при определении твердости материалов
2.3.Влияние масштабного фактора на твердость материалов, определяемую методом Виккерса
2.4.Влияние масштабного фактора на твердость материалов, определяемую методом Бринелля
2.5. Выводы по главе II
Г лава III. Общие закономерности влияния масштабного фактора на прочность и твердость материалов
3.1. Изменения предела текучести, временного сопротивления и предельной равномерной деформации материала в зависимости от диаметра образца
3.2. Изменение твердости на пределе текучести, твердости на пределе прочности
и параметра упрочнения в зависимости от диаметра индентора
3.3. Общие закономерности проявления масштабного фактора при определении прочности и твердости металла
3.4. Выводы по главе III
Глава IV. Исследование структуры и упрочнения металла в локальных зонах концентарции напряжений с использованием электронной микроскопии
4.1. Исследование процесса скопления дислокаций в зонах устойчивых полос скольжения (линий Чернова-Людерса) на стальных образцах при их растяжении
4.2.Исследование структуры металла трубы 0 36 х 5 мм из стали ДИ-
(10Х13Г12БС2Н2Д2) на растровом электронном микроскопе
4.3.Определение микро- и макротвердости металла в ЗКН и вне ЗКН на образце трубы 0 36x5 мм из стали ДИ-59
4.4. Оценка уровня напряжений в ЗКН на основе дислокационной модели механизма разрушения при вторичном скольжении
4.5. Выводы к главе IV
Глава V. Разработка методики определения механических свойств металла в ЗКН путем индентирования с последующим пересчетом характеристик твердости на характеристики прочности. Экспериментальное обоснование методики
5.1. Разработка методики определения механических свойств металла в ЗКН путем индентирования с последующим пересчетом характеристик твердости в характеристики прочности
5.2. Экспериментальные исследования характеристик твердости и прочности с использованием разработанной методики
5.2.1. Исследование механических свойств металла труб из стали ДИ-59 ширмового пароперегревателя котла Еп-620-140-565БТ Харанорской ГРЭС
5.2.2. Оценка механических свойств металла гибов паропроводных труб по параметрам твердости
5.2.3. Оценка механических свойств металла лопаток паровой турбины К
240 энергоблока № 1 Конаковской ГРЭС
5.2.4. Результаты контроля механических свойств гибов водоопускных труб на котле № 4 ТЭЦ МЭИ
5.2.5. Определение механических свойств в шпильке 0 60 мм из стали ЭП182 фланцевого соединения цилиндра высокого давления турбогенератора ПТ
130 Дягилевской ТЭЦ
5.2.6. Определение механических свойств прутков кругового проката 0 22 мм
из стали 05X16Н4Д2Б
5.3. Выводы к главе V
Основные результаты и выводы по диссертационной работе
Литература

Введение
Под воздействием многих конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов в металле изделий машиностроения образуются и развиваются зоны концентрации напряжений (ЗКН). Эти зоны могут возникнуть уже на стадиях технологической обработки металла при изготовлении изделий. В процессе эксплуатации изделий под воздействием рабочих нагрузок, собственной массы, температуры, давления, окружающей среды, времени и других факторов в металле происходят структурные изменения, пластические сдвиги на разных масштабных уровнях, что приводит к образованию дополнительных ЗКН. При средних напряжениях в детали ниже предела текучести напряжения в ЗКН могут сильно возрастать, а в некоторых случаях и достигать значений разрушающих напряжений, при которых образуются трещины, что может привести к разрушению конструкции в целом. Об опасности структурно-механического состояния металла в ЗКН могут свидетельствовать плотность дислокаций, скопления полос скольжения, накопленные повреждения, а так же характеристики прочности, пластичности, трещиностойкости, способности металла к упрочнению. Однако в ряде случаев ЗКН являются локальными, а их протяженность может находиться в пределах от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Поэтому оценить степень концентрации напряжений и деформаций, а тем более значения механических характеристик в таких ЗКН весьма проблематично. Существующие безобразцовые методы и приборы для определения механических свойств по характеристикам макротвердости не могут быть использованы для ЗКН вследствие того, что размеры отпечатков часто превосходят размеры ЗКН. Метод микротвердости может дать лишь качественную сравнительную оценку уровня прочности металла в ЗКН. Однако значения микротвердости в зависимости от нагрузки вдавливания могут превосходить значения макротвердости в 1,5-2 раза, что вызвано влиянием масштабного фактора.

точка на фотопластинке. А это уже соответствует изображениям, полученным на обычном световом микроскопе.
Для исследования микроструктуры металла на просвечивающем электронном микроскопе из образца металла изготавливаются по специальной технологии тонкие шайбы (фольги) с толщиной 0,25 + 0,30 мм.
Исследование микроструктуры на растровом электронном микроскопе можно выполнить непосредственно на небольших образцах металла с полированной поверхностью.
Для исследования механических свойств металла непосредственно на оборудовании в последние годы часто применяются методы измерения твердости по Бринеллю или по Виккерсу с помощью переносных твердомеров различных типов (статических или динамических) [65, 66, 73, 74, 75, 79, 114]. Требования к качеству зачистки поверхности, размеру зачищаемой площадки устанавливают в соответствии с техническим паспортом (инструкцией) используемого твердомера. Наиболее известен дюрометрический метод оценки характеристик прочности материала, например по соотношениям [3]:
<тв = 0,34 НВ или сгв = 0,34 НУ.
Это корреляционное соотношение справедливо для стали с твердостью 120,0-175,0. Для сталей ферритно-перлитного класса значения твердости по Виккерсу (НУ) и Бринеллю (НВ) принимаются совпадающими. Для стали с твердостью 175,0-450,0 по Бринеллю принимается, что значение <тв = 0,35 НВ.
В работах [23, 24] М.П. Марковец установил связь между пределом текучести аь.2 и твердостью НВо.2, которая в общем виде выражается формулой аь.2 = сН02, где с - коэффициент пропорциональности,
учитывающий переход от напряженного состояния на пределе текучести при растяжении к схеме напряженного состояния при вдавливании.