Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей

• Автор: Дронов, Виктор Степанович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 259 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ IГРОСА

1.1. Нелокализованные повреждения при циклических нагрузках

в сталях различных структурных состояний

1.2. Пластическая зона и кинетика развития усталостного разрушения

1.3. Усталость сталей при сверхвысоком числе циклов

1.4. Задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Обоснование и выбор материалов

2.2. Составы исследуемых статей и их механические свойства

2.3. Методики исследований

2.3.1. Оборудование и образцы, методы испытаний и обработки результатов
2.3.2. Регистрация изменения механического состояния в связи
с развитием усталостной поврежденности
2.3.3. Определения периода зарождения и скорости роста
больших и малых усталостных трещин
2.3.4. Структурные методы
2.4. Основные результаты и выводы ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ
НА ПОВРЕЖДЕННОСТЬ И УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ СТАЛЕЙ
3.1. Стати ферритоперлитного класса
3.2. Высокопрочные стали мартенситного и аустенитомартенситного классов
3.3. Оценка корреляционной связи параметров выносливости сталей
и их структурного состояния
3.4. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 4. РЕСУРС РАБОТЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И ЕГО ОЦЕНКА
4.1. Живучесть высокопрочных сталей при циклических нагружениях
4.2. Микроструктурная трансформации при формировании зон предразрушсния
4.3. Структурная поврежденное гь и разрушения при сверхвысоком числе циклов
4.4. Обобщенная кривая усталости
4.5. Основные результаты и выводы
ГЛАВА 5. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛЕЙ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ
5.1. Экспертные исследования аварийных разрушений конструкций
5.2. Повреждения усталостными трещинами и живучесть интенсивно нагруженных конструкций
5.3. Методология технического диагностирования и оценки остаточного ресурса интенсивно нагруженных стальных конструкций грузоподъемных кранов
5.4. Основные результаты и выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СТ1ИСОК 1ДОТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ


В условиях циклического нагружения мартенситностареющие стали непосредственно после закалки обладают высоким сопротивлением росту усталостной трещины во всем диапазоне изменения размаха коэффициента интенсивности напряжений ДГ. На стадии образования когерентных выделений при достаточно высоком уровне прочности обеспечивается максимальный уровень циклической трещиностойкости в высокоамплитудной области, однако при этом понижено сопротивление росту усталостной трещины в низкоамплитудной области. В итоге мартенситностареющие стали после дисперсного упрочнения имеют предел прочности в основном до МПа при уникальной пластичности и вязкости разрушения. Это определяет их высокую долговечность в малоцикловой области усталости. Несмотря на такое сочетание прочности и пластичности, уровень выносливости этих сталей на больших базах испытаний сравнительно невысок в связи с процессами распада выделений при длительном циклическом нагружении и составляет 0 0 МПа. Высокопрочные аустенитомартенситные нержавеющие стали с контролируемым превращением содержат Сг С 0,1, а также легированы никелем. Никель наиболее сильный аустенитообразующий элемент после углерода и азота, и, если не учитывать его высокую стоимость, ему свойственно меньше недостатков, чем другим аустенитообразукипим элементам. Кроме того, его нужно вводить меньше, чтобы получить требуемый эффект. Однако, как будет указано далее, использование никеля ограничено. Температуру Ми таких сталей регулируют подбором соответствующих термической и деформационной обработок, так что они могут быть метастабильными аустенитными или мартенситными при комнатной температуре. После превращения в мартенсит требуется отпуск сталей, во время которого может происходить дисперсионное твердение . Высокопрочные азотосодержащие стали, создаваемые в последние годы, начинают приобретать практический интерес благодаря уникальному сочетанию свойств . Замещение никеля и углерода азотом в аустенитных, маргенситных и аустенитомартенситных сталях приводит к повышению механических свойств и коррозионной стойкости, что в конечном счете при изготовлении из таких сталей различной продукции обеспечивает вклад в сохранение окружающей среды благодаря сбережению природных ресурсов экономию за счет низкой стоимости азота значительное повышение прочности до МПа значительно более высокую пластичность но сравнению с другими сталями такой же прочности повышенную коррозионную стойкость, поскольку с точки зрения локальной коррозионной стойкости 1 масс. ХАН4Б ов МПа 6 . Характерно, что указанные характеристики практически не зависят от скорости охлаждения масло, вода, воздух. Сталь 0ХАН4Б отличается хорошей вязкостью разрушения и сопротивлением циклическим нагрузкам 0 МПа. Этим значениям соответствует коэффициент циклической прочности 0, величина достаточно высокая. Разработанная аустенитомартенситная азотосодержащая коррозионностойкая сталь ХАН4МДБ , закаленная от С содержит мартенсита, аустенита и небольшое количество дисперсных включений нитрида хрома, которые выделились из аустенита при его распаде при охлаждении от температуры закалки. Оптимальное сочетание показателей статической прочности получено в результате отпуска стали при температуре 0 С в течение 2 ч ов МПа, о0. МПа, 6 , , IIV 0,что соответствует составу фаз мартенсита, аустенита с выделениями карбонитридных фаз на дислокациях в мартенситных кристаллах. Применительно к азотосодержащим аустенитомартенситным сталям исследований усталостных свойств данных сталей весьма немного. В последнее время интерес к фазовой нестабильности в процессе циклического нагружения материалов возрос в связи с расширением практики применения аустенитных сталей. В этих сталях мартснситное превращение инициируется в температурном интервале от Мн до Мд, где М температура самопроизвольного превращения и Лд максимальная температура, при которой статическое растяжение в состоянии вызвать превращение аустенита в мартенсит. Количество мартенсита, образующегося при циклической деформации аустенита, зависит от числа циклов нагружения и амплитуды напряжения , . Повторное растяжение и повторное сжатие образцов стали ИЗО при оа сто. Интенсивное превращение аустенита в мартенсит начинается при оа Ои.