Параметры вязко-хрупкого разрушения сталей и их применение для управления качеством полуфабрикатов и изделий

• Автор: Шведов, Михаил Афанасьевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. КРИТЕРИИ И МИКРОМЕХАНИЗМЫ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ СТАЛЕЙ Литературный обзор.

1.1. Критерии хрупкого разрушения

1.1.1. Критерии Гриффитса

1.1.2. Критерий Орована

1.1.3. Критерии Ирвина.

1.1.4. Синергетические критерии разрушения

1.1.5. Критическая температура хрупкости.

1.1.6. Сопротивление отрыву

1.1.7. Сопротивление ммкросколу Лмс

1.1.8. Максимальное локальное растягивающее напряжение акр .

1.1.9. Энергия активации процесса разрушения.
1.2. Микромеханизмы хрупкого разрушения
1.2.1. Механизмы зарождения микротрещин
1.2.2. Механизмы докритичсского подрастания микротрещин
1.2.3. Микромеханизмы роста трещин.
1.2.4. Классификация микромеханизмов разрушения по фрактографичсскому признаку
1.3. Выводы по главе 1.
1.4. Цель и постановка задачи исследования.
Глава 2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ, ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Материалы для исследований и условия их получения
2.1.1. Выплавка сталей, химический состав, режимы термической обработки.
2.1.2. Изготовление образцов для исследования
2.1.3. Термическая обработка.
2.2. Проводимые исследования и методики экспериментов
2.2.1. Испытания на статический трехточечный изгиб
2.2.2. Методика определения критических локальных растягивающих напряжений Оцр перед надрезом.
2.2.3. Методика определения критических параметров разрушения перед различными концентраторами напряжений.
2.2.4. Структурные и фрактографические исследования.
2.4. Выводы по главе
Глава 3. ПАРАМЕТРЫ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ СТАЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ
3.1. Два подхода к процессу разрушения в области вязкохрупкого перехода
3.1.1. Достижение критических значений локальных напряжений.
3.1.2. Тсрмичсскиактивирусмый процесс разрушения.
3.2. Температурноскоростные зависимости характеристик разрушения сталей
3.2.1. Определение критической температуры хрупкости и критического прогиба образцов Гкр
3.2.2. Определение критического локального растягивающего напряжения ар
3.2.3. Определение характеристического расстояния АХ и критического локального напряжения акрАХ
3.2.4. Вычисление энергии активации.
3.3 Изменение параметров хрупкого разрушения сталей в зависимости от скорости деформации
3.4. Две стадии хрупкого разрушения и их критерии.
3.5. Температурные параметры разрушения в области вязкохрупкого перехода
3.5.1.Критические температуры в области вязкохрупкого перехода
3.5.2. Температурные зоны вязкохрупкого перехода
3.6. Выводы по главе 3.
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА РАБОТУ ЗАРОЖДЕНИЯ ТРЕЩИНЫ В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЛОСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ТОЛЩИНЫ ОБРАЗЦОВ.
4.1. Составляющие общей работы разрушения образцов.
4.1.1.Зоны плоского напряженного состояния и плоской деформациицин.
4.1.2. Характеристики изломов и их зависимости от температуры испытания и толщины образцов.
4.2. Экспериментальное исследование влияния температуры и толщины образцов на составляющие работы зарождения трещины
4.2.1. Изменение утяжки под надрезом при испытании образцов на статический изгиб.
4.2.2. Составляющие работы зарождения трещины, соответствующие зонам плоской деформации и плоского напряженного состояния.
4.2.3. Удельные работы зарождения трещины в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния.
4.3. Исследование поверхности изломов образцов при вязкохрупком переходе.
4.4. Выводы по главе 4.
Глава 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ СТАЛЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ИЗДЕЛИЙ
5.1. Методика определения параметров вязкохрупкого разрушения сталей
5.1.1. Область применения, назначение и объекты
5.1.2. Характеристики параметров вязкохрупкого разрушения
5.1.3. Применяемое оборудование
5.1.4. Виды испытаний и исследовании.
5.1.5. Типы применяемых образцов.
5.1.6. Температуры испытания.
5.1.7. Формулы для расчета параметров вязкохрупкого разрушения и расчетноизмерясмые величины
5.1.8. Оценка погрешности измерений
5.1.9. Вид представляемых зависимостей.
5.2. Определение качества деформируемой стали Ст Зкп с разной величиной зерна
5.2.1. Параметры разрушения образцов из деформируемой стали Ст Зкп с разными размерами зерен.
5.2.2. Определение критической температуры хрупкости Ткр и критического прогиба.
5.2.3. Расчет критического локального растягивающего напряжения сткр и критического локального напряжения огрЛХ
5.2.4. Вычисление характеристического расстояния ДХ и приведенного
значения характеристического расстояния
5.3. Определение качества трубной стали Ст Зсп различных плавок
5.3.1. Расчет параметров хрупкого, квазивязкого и вязкого разрушении в зависимости от типа концентратора напряжений
5.3.2. Влияние типа концентратора напряжений на работу зарождения трещины и се составляющих.
5.3.3. Определение работы распространения трещины
5.4. Определение качества литой стали ГЛ боковой рамы тележки грузового вагона
5.5. Выводы но главе 5.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Всероссийской научнопрактической конференции Литейное производство сегодня и завтра г. СанктПстсрбург, апреля г. IX Международной научнотехнической конференции Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий г. Запорожье, сентября г. Технологии металлов и литейного производства ЧувГУ, на заседаниях кафедр 1М иВТ МГТУ. Работа выполнена в Чувашском государственном университете им. И.Н. Ульянова и в Нижегородском государственном техническом университете. Тематика и содержание данной работы была выбрана в соответствии с заданием Технического управления Министерства черной металлургии в рамках выполнения этапа Разработка механической модели связи трещиностойкости со структурой и текстурой методика их учета при оценке надежности трубопроводов целевой комплексной программы Создание и освоение технологических процессов и технические средства, обеспечивающие повышение качества строительства и надежности эксплуатации магистральных газо и нефтепроводов в районах со сложными природноклиматическими условиями. Автор искренне признателен за научное руководство, поддержку и практическую помощь при подготовке настоящей диссертации профессорам, докторам технических наук В. И. Сарраку и Е. А.Чсриышову. Глубокую благодарность автор выражает профессору, доктору технических наук, академику МАНИ Чувашской Республики В. А.Скуднову за проведенные консультации, обсуждение полученных результатов и ценные рекомендации, которые оказали неоценимую помощь при написании данной диссертации. При разработке критериев прочности основное внимание всегда уделялось хрупким разрушениям, так как они наиболее опасны , , . В настоящее время проблема хрупкого разрушения твердых тел взаимосвязано изучается как механиками, физикамипрочнистамн, так и металловедами 5, , . Хрупкое разрушение происходит при нестабильном росте трещины, когда приложенное напряжение ниже предела текучести. Исследования сопротивления хрупкому разрушению обычно проводят на основе анализа местной напряженности в вершине трещины с использованием силовых, энергетических и деформационных критериев. Согласно силовому критерию локальные напряжения в месте зарождения мнкротрещин или в вершине растущей трещины должны превосходить напряжение теоретической прочности. По энергетическому критерию процесс зарождения и роста трещины должен быть энергетически выгодным. Эти критерии рассматриваются в линейной механике разрушения. Современная механика разрушения основана на известной теории хрупкого разрушения английского ученого А. А.Гриффитса, которая в настоящее время продолжает развиваться , . В работе 0 им высказана идея, что реальная прочность твердых тел определяется присутствием нарушений сплошности или дефектов, основные размеры которых велики по сравнению с межмолекулярными расстояниями. Гриффитс исходил из того, что в материале всегда присутствуют уже готовые микротрещины, и проанализировал условия, при которых эти микротрещины будут развиваться как хрупкие. V коэффициент Пуассона половина длины трещины. При напряжениях, превышающих ас, трещина теряет равновесие и начинается се нестабильное распространение. С другой стороны, как это следует из уравнений Гриффитса 1. При этом избыточная работа приложенных сил превращается в кинетическую энергию всего образца. Предельная скорость распространения упругой трещины определяется из условия, что кинетическая энергия не может расти быстрее, чем высвобождается энергия внешних сил. Она составляет приблизительно 0, С0, где С0 скорость распространения упругих продольных волн. Например, в стали скорость трещины равна 1,0. Согласно концепции А. В.Стспанова , всякому разрушению, в том числе и хрупкому, должна предшествовать пластическая деформация даже локальная. Но в критерии Гриффитса это не учитывается. Это обстоятельство было учтено Г. Ирвиным и Е. Орованом 1, которые в формулах Гриффитса заменили у3 на эффективную поверхностную энергию у у5 уП1 , где уП1 энергия пластической деформации, которая затрачивается на рост тре
1.