Деформирование и разрушение конструкционных материалов с метастабильной структурой

• Автор: Гладковский, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 266 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМА ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ С МЕТАСТАБИЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.Фазовые и структурные превращения в метастабильных материалах

1.1. Физическая трактовка понятия метастабильности

1.2.Фазовые и структурные превращения под воздействием упругих и пластических деформаций
1.2.1 .Механически-активируемые фазовые превращения в материалах с метастабильной структурой
1.2.2.Условия образования маргенситных фаз под нагрузкой и механизмы деформационных ГЦК->ГПУ, ГЦК^ОЦК и ГЦК-ИПУ-ЮЦК превращений

1.2.3. Деформационное двойникование в метастабильных системах

1.2.4.Факторы, определяющие характер и кинетику деформационных мартенситных

превращений (ДМП)
1.2.5.Особенности развития ДМП при различных видах механического воздействия
1.3.Основные классы и структурный состав метастабильных материалов
1.4. Современные представления о деформации и разрушении твердых тел
1.4.1 .Скэйлинг и иерархия процессов деформирования и разрушения
1.4.2.Макромеханические и микроструктурные подходы в изучении процессов разрушения конструкционных материалов
1.4.3.Современные методы исследования процессов деформации и разрушения
1.5.Особенности деформирования и разрушения метастабильных материалов
1.5.1. Аномальные эффекты механического поведения метастабильных сталей и сплавов
1.5.2.Механика деформирования и упрочнение гстерофазных систем в условиях проявления метастабильности
1.5.3.Роль метастабилыюго аустенита в формировании механических характеристик и служебных свойств сталей и сплавов различного класса
1 .б.Выводы по обзору и постановка задачи исследования
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ
2.1.Аппаратура и методы механических испытаний
2.1.1.Упругое и упругопластическое деформирование
2.1.2.Деформирование в областях развитой пластичности
2.1.3 .Циклическое деформирование
2.1.4.Деформирование в условиях сложного напряженного состояния
2.1.5.Специальные виды механических испытаний
2.2.Упрочняющее пластическое деформирование
2.2.1.Деформирования гидропрессованием (гидроэкструзией)
2.2.2.Деформирование в алмазных наковальнях
2.3.Методы оценки характеристик сопротивления разрушению
2.3.1 .Определение параметров статической трещиностойкости
2.3.2.Трешиностойкость при динамическом (ударном нагружении)
2.3.3.0ценка циклической трещиностойкости
2.4.Методы фрактографического анализа и параметризации изломов
2.4.1 .Качественный и количественный фрактографический анализ
2.4.2.Метод фрактальной параметризации изломов
2.5.Методы оценки износостойкости
2.6.Анализ фазового и структурного состава
2.7.Методы магнитного анализа
2.8. Статистическая обработка результатов испытаний
2.8.1 .Стандартные статистические методы
2.8.2.Статистический анализ в условиях частичной неопределенности результатов
2.9.Выводы по главе
3. ДЕФОРМИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ С МЕТАСТА-БИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ
3.1.Механическое поведение метастабильных Бе-Мп, Бе-Мп-Сг и Бе-№-Мо сталей и
сплавов в области упругих и малых пластических деформаций
3.1.1.Оценка сопротивления малым пластическим деформациям
3.1.2 Деформирование метастабильных сталей и сплавов в условиях знакопеременного статического и циклического нагружения
3.1.3.Релаксация напряжений в метастабильных сталях и сплавах

3.1.4. Мартенситная псевдоупругость и эффект памяти формы в метастабильных сталях на
Ре-Мп основе
3.2. Деформационное упрочнение метастабильных сталей и сплавов на Ре-Мп, Ре-Мп-Сг и Бе-РИ-Мо основе
3.2.1.Анализ кривых растяжения МАС и особенности деформирования гетерофазиых динамических систем
3.2.2. Деформируемость метастабильных Ре-Мп, Ре-Мп-Сг и Ре-Сг-Иі в условиях сложного
напряженного состояния..
.105.
3.3. Деформационное упрочнение метастабильных сталей и сплавов в условиях высокого гидростатического давления (ВГД)
3.3. Сформирование структуры и свойств метастабильных Ре-Мп сталей и сплавов в
процессе гидропрессования
3.3.2.Деформирование метастабильных Ре-Мп сталей в алмазных наковальнях
3.3.3. Гидропрессование МАС системы Ре-Мп-Сг и Ре-Мп-Н-Сг
3.3.4. Упрочнение гидрогірессоваїшем МСС с метастабильным аустенитом
3.4.Выводы по главе
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ НА Ре-Мп И Ре-Мп-Сг ОСНОВЕ
4.1 .Трещиностойкость метастабильных Ее-Мп и Ре-Мп-Сг сталей и сплавов в условиях доминирующего вязкого разрушения
4.2.Сопротивление разрушению двухфазных (у+є) и аустенитных сталей и сплавов в условиях вязко-хрупкого перехода
4.3.Трещиностойкость метастабильных Ре-Мп и Ре-Мп-Сг сталей после упрочнения старением и теплового охрупчивания
4.4.Трещиностойкость и фазовые превращения в сталях типаГ20 и Г20Х13 при циклическом нагружении
4.5. Выводы по главе
5. СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗРУШЕНИЮ Ре-№-Со-Мо, Ре-Рїі-Мо И Ре-Сг-№ МСС С МЕТАСТАБИЛЬНЫМ АУСТЕНИТОМ
5.1.Факторы, определяющие сопротивление МСС хрупкому разрушению
5.2.Метастабильный аустенит как фактор повышения трещиностойкости и конструктивной прочности МСС
5.2.1.Влияние ревертированного аустеиита

Для сравнительной оценке пластичности металлов и сплавов при различных схемах деформирования согласно концепциям, развиваемым В.Л.Колмогоровым, А.А.Богатовым и С.В.Смирновым [78, 126], целесообразно использовать универсальные диаграммы пластичности в виде зависимостей между показателями пластичности (Ар) и напряженно-деформированного состояния (оУТ и р0). При этом за счет наложения в процессе испытаний высокого гидростатического давления удается в широких пределах менять схему напряженно-деформированного состояния и осуществлять моделирование в лабораторных условиях основных методов обработки металлов давлением. При определении предельной деформируемости материалов и изучении необратимых структурных изменений в деформированном металле большое значение приобретает оценка параметра поврежденности со (0<со<1) [98]. Накопление поврежденности сопровождается процессом пластического разрыхления материала, что позволяет определять значения со экспериментальным путем (метод гидростатического взвешивания) [127].
Экспериментальные методы механики разрушения (МР), предложенные в начале 60-х годов XX века, окончательно сформировалась примерно в период за последние 10-15 лет. К настоящему времени в литературе [82, 92, 107] получили распространение силовые (Кцс), деформационные (8С) и энергетические (1|с) критерии механики разрушения и добавились такие критерии, как предел трещиностойкости (1-кригерий- Е.М.Морозова), критический коэффициент интенсивности деформации (Ксе- критерий Н.А.Махутова), критическая плотность энергии деформации(\^с- критерий Л.Жильмо). В качестве критерия нелинейной механики разрушения, позволяющего оценивать сопротивление росту трещины в упругопластической области, наряду с хорошо известным контурном .1-интегралом Райса-Черепанова предложен Б-интеграл Гюнтера-Билби [128]. Однако, многолетняя инженерная практика показала, что наиболее широкое применения нашли надежные и методически апробированные критерии трещиностойкости (вязкости разрушения) К|С(КС) и ЛсШ- Процедура и методы определения последних строго регламентированы рядом отечественных и зарубежных стандартов и нормативных документов (ГОСТ 25506-85, РД50-260-81, АБТМ Е399-74, ВБ1 ЭП 3.71). Для оценки трещиностойкости хрупких материалов по результатам замера твердости (микротвердости) получил распространение метод индентирования [129]. Широко известны расчетные методы определения параметров трещиностойкости с использование метода конечных элементов (МКЭ) [130]. Наряду с критериями механики разрушения для оценки сопротивления разрушению и прогнозирования долговечности изделий и конструкций используются и другие характеристики. Например, Ю.Я.Мешков [131] для оценки сопротивления хрупкому разрушению предлагает определять сопротивление микросколу