Влияние макро-,мезо- и микродефектов структуры на конструктивную прочность углеродистых сталей при циклическом нагружении

• Автор: Смирнов, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 208 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НА УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ (литературный обзор)
1.1. Масштабные уровни деформации и разрушения материалов
1.2. Эволюция дислокационной структуры металлических материалов
при циклическом нагружении
1.2 Л. Дислокационная структура металлических материалов
в инкубационный период усталостного разрушения
1.2.2. Дислокационная структура металлических материалов
на стадии зарождения трещин
1.2.3. Дислокационная структура металлических материалов
на стадии распространения усталостной трещины
1.3. Механизмы трещинообразования в структуре металлических материалов при циклическом нагружении
1.4. Структурная зависимость конструктивной прочности металлических материалов
1.5. Теоретические представления о масштабных уровнях дефектов структуры углеродистых сталей
1.5.1. Влияние обработки на генезис и эволюцию микродефектов структуры углеродистых сталей
1.5.2. Влияние обработки на генезис и эволюцию мезодефектов структуры углеродистых сталей
1.5.3. Влияние обработки на генезис и эволюцию макродефектов структуры углеродистых сталей
1.6. Выводы
1.7. Цель и задачи исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Материалы исследования
2.2. Методы термического, термопластического и деформационного упрочнения
2.3. Структурные исследования
2.3.1 Металлографические исследования
2.3.1.1. Исследование влияния макродефектов структуры
на образование и рост усталостных трещин
2.3.2 Растровая электронная микроскопия
2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия
2.4. Методики определение механических свойств металлических материалов
2.4.1. Определение прочностных свойств и показателей пластичности при статическом растяжении
2.4.2. Определение циклической трещиностойкости
3. ВЛИЯНИЕ МАКРО-, МЕЗО- И МИКРОДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ НА КОНСТРУКТИВНУЮ ПРОЧНОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
3.1. Влияние количества микродефектов структуры на показатели циклической трещиностойкости и прочности углеродистых сталей
3.2. Влияние количества мезодефектов структуры на показатели циклической трещиностойкости и прочности углеродистых сталей
3.2.1. Циклическая трещиностойкости и прочность углеродистых сталей с мезодефектами структуры, созданными деформационной
и термопластической обработками
3.2.2. Циклическая трещиностойкости и прочность углеродистых сталей с мезодефектами структуры, созданными термической обработкой

3.3. Влияние количества макродефектов структуры на показатели
циклической трещиностойкости и прочности углеродистых сталей
* 3.4. Выводы

4. МЕТАЛЛОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УСТАЛОСТНОГО
РАЗРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗА И УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
НА РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБНЫХ УРОВНЯХ
4.1. Структурные изменения под поверхностью усталостной трещины
на мезомасштабном уровне
4.1.1. Формирование дефектной структуры технического железа
около поверхности усталостного излома
4.1.2. Влияние параметров циклического нагружения на дефектность мезоструктуры технического железа около поверхности усталостного разрушения
4.1.3. Влияние предварительной холодной пластической деформации на формирование дефектной структуры технического железа
* под поверхностью усталостного разрушения
4.1.4. Формирование дефектной структуры ереднеуглеродистой стали около поверхности усталостного разрушения
4.2. Влияние макродефектов структуры на усталостное разрушение
стали У8 с различным уровнем прочности
4.2.1. Образование усталостных трещин на макродефектах структуры стали У8 после закалки и высокого отпуска
4.2.2. Образование усталостных трещин на макродефектах структуры стали У8 после закалки и среднего отпуска
4.3. ВЫВОДЫ

мкм в зернах присутствовали однонаправленные дислокационные стенки с расстоянием между ними 0,7 мкм и иногда лабиринтную структуру. На расстоянии 50-100 мкм наблюдались дислокационные стенки, однако расстояние между ними возросло до 1 мкм. С увеличением расстояния до поверхности разрушения подобная структура менялась на нерегулярные дислокационные построения - тэнглы; кроме того, часто наблюдались отдельные дислокационные петли.
Гросскройц и Шо [130] отмечают исключительно малые размеры дислокационных структур, формирующихся около усталостной трещины. Авторы [130] полагают, что малые размеры ячеистых структур (~ 0,1...0,3 мкм) меньше размеров структур, сформированных в инкубационном периоде, и подобны дислокационным структурам после больших пластических деформаций [16, 142]. Расположение ячеистой структуры при вершине усталостной трещины соответствует форме пластической зоны впереди трещины [130], а определенная методами электронографии разориентация ячеек около усталостной трещины составила 2...4°, что можно считать косвенным доказательством значительных пластических деформаций, протекающих в узкой пластической зоне вблизи усталостной трещины.
По мнению B.C. Ивановой [52], на стадии распространения усталостная трещина является мощным концентратором напряжений в своей вершине, в результате чего деформации локализуются при вершине. Следствием этого является формирование магистральной трещиной собственной ячеистой структуры. Для этой вторичной ячеистой структуры характерен меньший по сравнению с ячеистой структурой инкубационного периода размер ячеек.
На рис. 1.10 показана зависимость размера ячеек от расстояния до вершины трещины длиной 0,8 мм в монокристалле меди [129]. Как видно из графика, на значительном расстоянии от вершины трещины (1200 мкм) средний размер ячеек более чем в два раза превышает размер ячеек вблизи усталостной трещины. По мнению Перселла и Уиртмана [129], уменьшение раз-