Закономерности хрупкого разрушения и их применение для анализа упрочняющих технологий, структурно-энергетического состояния закаленных сталей и предотвращения поломок протяжек

• Автор: Нуждина, Татьяна Валентиновна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ГЛАВА 1 ЯВЛЕНИЕ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ И ЕГО ПРОЯВЛЕНИЯ В ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЯХ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО СОСТОЯНИЮ ВОПРОСА)
1Л Определение хрупкого разрушения и области его проявления в металлах и сплавах при использовании их в технике и технологиях
1.2 Анализ производственных данных ОАО ГАЗ по хрупкому разрушению быстрорежущей стали после различных режимов термической обработки, технологий химико-термической обработки и нанесения покрытий

1.3 Современные технологии повышения качества инструментальных сталей

1.4 Классификация трещин при термической обработке инструмента

1.5 Влияние различных технологических факторов на образование хрупких трещин в инструментальных сталях 3

1.5.1 Влияние прокаливаемости и закаливаемости стали на образование хрупких трещин

1.5.2 Влияние формы и размеров изделий на образование трещин

1.5.3 Анализ технологии термической обработки протяжек

1.5.4 Анализ состояния проблемы хрупких разрушений протяжек и пути

их устранения в инструментальном производстве ОАО «ГАЗ»

1.5.5 Влияние структурных факторов (концентраторов напряжений) на образование хрупких трещин в поликристаллах
1.6 Влияние напряженного состояния детали на хрупкое разрушение
1.6.1 Показатели для оценки напряженного состояния
1.6.1.1 Максимальные значения прочности на сдвиг и на отрыв
1.6.1.2 Механический показатель напряженного состояния
1.6.1.3 Структурно - энергетический показатель напряженного состояния 6В

1.7 Энергетическая природа хрупкого разрушения (на примере стали Р6М5)
1.8 Энергетические факторы, влияющие па закономерности хрупкого разрушения
1.8.1 Значения и формулы для расчета истинной поверхностной энергии
1.8.2 Универсальная постоянная разрушения - новая константа материала
1.8.3 Проблема трещиноведения и критерии хрупкого разрушения
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ ДО 10%
2.1 Схема наступления предельного состояния в хрупких и пластичных материалах
2.2 Разработка уравнения для установления связи предельной деформации с основными структурными, силовыми и энергетическими характеристиками поликристалла
2.3 Основные закономерности хрупкого разрушения металлов с предельной деформацией до 10% в зависимости от различных структурно-энергетических факторов
2.4 Комплексность условий хрупкого разрушения поликристалла
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ВНУТРЕННИХ И ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ
ЗЛОбъекты исследования: изделия, материал и режимы обработки
3.2 Методы исследования структурных факторов
3.2.1 Макроанализ изломов
3.2.2 Микроанализ структуры
3.2.3 Методика расчета фрактальной размерности карбидов
3.2.4 Метод рентгеноструктурного анализа
3.2.5 Метод измерения плотности
3.3 Расчетные и аналитические методы исследования внешних факторов (геометрия изделия, напряженное состояние) на примере протяжек
3.3.1 Расчет коэффициентов сложности формы протяжек по соотношению периметров и площадей
3.3.2 Расчет рабочих напряжений в поперечном сечении протяжки
3.3.3 Комплексный расчет показателей напряженного состояния протяжек по геометрическим и силовым параметрам (твердости, концентрации напряжений, уровню нагрузке)
3.3.4 Расчет критериев разрушения хрупких материалов (сталь Р6М5, чугуны марок КЧ и ВЧ, графитизированные стали, штамповые стали)
3.3.5 Механические испытания
3.3.6 Статистическая обработка данных
3.3.6.1 Дисперсионный анализ
3.3.6.2 Оценка точности измерений
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ
4.1 Результаты исследования структурно-энергетических факторов
4.1.1 Расчет доли упругой энергии в общую энергоемкость материала
4.1.2 Макроанализ изломов
4.1.3 Микроанализ структуры
4.1.4 Значения диапазона фрактальной размерности карбидов
4.1.5 Результаты рентгеноструктурного анализа
4.1.6 Результаты измерения плотности
4.1.7 Результаты механических испытаний
4.2 Влияние внешних факторов (геометрия изделия, напряженное состояние) на хрупкое разрушение протяжек
4.2.1 Диапазоны коэффициентов сложности формы протяжек по соотношению периметров и площадей

г) д)
а - без надреза; б-г - с надрезом; д - на дисках Рисунок 1.21 - Образование трещин второго типа в не прокаливающихся образцах
При приложении внешних растягивающих усилий к образцам с надрезами, напряжения у основания надреза возрастают в несколько раз по сравнению со средним напряжением в сечении. Чем меньше радиус закругления в надрезе, тем большая концентрация напряжений появляется в нем. Наиболее сильное влияние концентраторов напряжений проявляется в закаленной стали с высокой твердостью. Даже закругленный надрез типа Менаже, нанесенный на образцы квадратного сечения 10x10 мм, снижает прочность при изгибе быстрорежущей и легированной инструментальной стали в 1,5 - 2 раза (таблица 1.21). Это свидетельствует о том, что под действием внешних приложенных нагрузок в надрезах образцов из стали с твердостью 62 - 64 НЯС концентрируются значительные напряжения. В стали, способной к значительной пластической деформации при одноосном растяжении, концентраторы напряжений вызывают, как правило, не снижение, а возрастание разрушающей нагрузки (при том же рабочем сечении). Вместе с тем надрез способствует значительному снижению