Механизмы и закономерности формирования деформационной и водородной повреждаемости железоуглеродистых сплавов

• Автор: Яковенко, Александра Александровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 240 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор

1.1 Повреждаемость и разрушение.

1.1.1 Процессы, приводящие к развитию повреждаемости

1.1.2 Теории изучения разрушения материалов.

1.1.3 Основные подходы к описанию разрушения и оценке повреждаемости материалов

1.1.3.1 Кинетический подход.

1.1.3.2 Статистический подход.

1.1.3.3 Синергетический и фрактальный подходы.

1.2 Деструкция при пластическом деформировании

1.2.1 Стадийность кривых деформационного упрочнения с точки зрения повреждаемости

1.2.2 Деформационная повреждаемость и параметры тонкой структуры
1.2.3 Комплексная оценка упрочнения и повреждаемость при деформационном воздействии
1.2.4 Стадийность накопления поврежденности и разрушение при деформировании железоуглеродистых сплавов.
1.3 Деградация и методы е наблюдения.
1.3.1 Механическая спектроскопия в оценке деградации и локальной предельности при повреждаемости.
. 1.3.2 Анализ параметров фона внутреннего трения
1.4 Повреждаемость и температурный спектр внутреннего трения железоуглеродистых сплавов
1.4.1 Релаксация Снука
1.4.2 Релаксация СнукаККестера азотная и углеродная
1.4.3 Низкотемпературная релаксация СнукаККестера водородная.
1.5 Неупругие эффекты и развитие повреждаемости железоуглеродистых сплавов.
1.5.1 Внутреннее трение в деформированных материалах
1.5.2 Влияние наводороживания на спектр внутреннего трения
1.5.3 Эффекты неупругой релаксации в материалах, подвергнутых комплексным деструктивным воздействиям
1.5.4 Релаксационные эффекты в сильно неоднородных материалах
1.5.5 Природа и механизм деструкционного эффекта ВТ.
1.5.6 Исследование деструкционных эффектов в железоуглеродистых сплавах.
1.6 Обоснование выбора цели и задач исследования
Глава 2. Материалы и методики исследований
2.1 Обоснование выбора материалов, видов деструктивных воздействий и методик исследований
2.2 Химический состав, геометрия образцов и исходное состояние исследованных сплавов.
2.3 Механические испытания
2.3.1 Определение характеристик поврежденности
2.4 Оборудование и методики измерения внутреннего трения
2.4.1 Низкочастотные измерения ВТ.
2.4.2 Измерения амплитудных зависимостей ВТ АЗВТ
2.4.3 Среднечастотные измерения ВТ
2.4.4 Разработка и модернизация установки измерения демпфирующей способности материалов ИДСМ1.
2.5 Методика анализа и обработки температурного спектра ВТ
2.5.1 Математические методы реализации программы аппроксимации температурных зависимостей ВТ ТЗВТ
2.6 Измерение температурных зависимостей модуля упругости.
2.7 Оборудование и методика насыщения водородом.
2.8 Методика рентгенографического анализа.
.
2.8.1 Расчет физического уширения и плотности дислокаций.
2.8.2 Определение влияния размера областей когерентного рассеяния ОКР и микроискажений на истинное физическое уширение
2.8.3 Расчет величины микроискажений, размера ОКР
2.9 Ультразвуковая дефектоскопия УЗД.
2. Акустическая эмиссия АЭ.
2. Металлографический анализ.
Оборудование для проведения металлографического анализа
Определение размера зерна.
Определение объемной и массовой доли структурной составляющей
Оценка количества и размера микротрещин.
2. Фрактальный анализ
2. Измерения микротвердости
2. Методика регрессионного и корреляционного анализов
2. Статистическая обработка результатов измерений
Глава 3. Исследование деформационной повреждаемости сплавов системы РеС.
3.1 Результаты механических и микромеханических испытаний
3.1.1 Определение характеристик механических и микромеханических испытаний.
3.1.2 Определение коэффициентов добротности и деструкции.
3.2 Измерения внутреннего трения и модуля упругости
3.2.1 ТЗВТ модельного сплава Ре0, С.
3.2.2 ТЗВТ стали
3.2.3 Влияние предварительной деформации на эффекты ВТ и модуль упругости.
3.2.4 Определение концентрации примесей внедрения С и Ы и количества структурных составляющих в феррите.
3.2.5 Интенсивность дислокационнопримесного взаимодействия
3.3 Стадийность развития деградации и повреждаемости
3.3.1 Взаимосвязь эффектов ВТ со стадийностью накопления поврежденности.
3.3.2 Расчет критического размера зародыша разрушения.
3.4 Эволюция ансамбля микротрещин в ходе предварительной деформации
3.5 Результаты рентгеноструктурного анализа.
3.6 Ультразвуковая дефектоскопия трещинообразования УЗД.
3.7 Структурное моделирование повреждаемости сталей.
3.8 Роль углерода в формировании графита при повреждаемости железоуглеродистых сплавов
3.9 Феноменологическая модель деформационной повреждаемости.
Глава 4. Исследование водородной повреждаемости малоуглеродистых сталей
4.1 ТЗВТ наводороженной стали Ст
4.2 ТЗВТ наводороженной стали
4.3 Влияние длительности наводороживания на эффекты ВТ
4.4 Статистический анализ связи между параметрами ВТ наводороженных
4.4.1 Корреляционный анализ тесноты связи параметров ВТ.
4.4.2 Регрессионный анализ наличия связи между параметрами ВТ и длительностью наводороживания
4.5 Сравнительный анализ параметров ВТ и характеристик упругости
4.5.1 Оценка динамического модуля упругости наводороженных сталей.
4.5.2 Анализ наклона кривых ТЗМУ
4.6 Анализ результатов ультразвуковой дефектоскопии.
4.7 Акустическая эмиссия в наводороженных сталях
5. Заключение и общие выводы
6. Список литературы
Приложение 1. Конструктивное описание и технические характеристики
установки ИДСМ1.
Приложение 2. Описание ПО и комплекса Резонанс.
п р иложение 3. Определение оптимального режима наводороживания
сталей.
Приложение 4. Сравнение математических моделей.
ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время, несмотря на многочисленные попытки, еще не разработана стройная классификация видов разрушения. В результате один и тот же тип разрушения имеет несколько названий, основанных на различных классификационных признаках. Трудности классификации видов разрушения
связаны с неопределенностью и многообразием классификационных признаков и сложностью взаимосвязи процессов реформации и разрушения. Остается дискуссионным и вопрос относительно ведущей роли одного их этих процессов при разрушении. Многие исследователи считают, что между хрупким и вязким разрушением нет принципиальной разницы, а деление разрушения на хрупкое и вязкое является условным, но необходимым с практической точки зрения . В соответствии с кинетической концепцией С. Н. Журкова , процессом, ответственным за временную зависимость прочности, является разрушение, связанное с термофлуктуационным разрывом межатомных связей. В то же время в ряде работ высказана противоположная точка зрения, в соответствии с которой разрушение контролирует пластическая деформация, и это обусловливает временную зависимость прочности твердых тел. Авторы 7 считают, что пластической деформации принадлежит ведущая роль как в случае вязкого, так и хрупкого разрушения. Оба вида разрушения различаются только по степени локализации пластической деформации. При вязком разрушении локализация начинается после развития равномерной деформации, а при хрупком разрушении она возникает на ранней стадии деформирования. В работе ведущую роль отводят пластической деформации на всех стадиях разрушения, считая, что временная зависимость прочности обусловлена термически активируемым движением дефектов кристаллической решетки. С такой позицией не согласен В. М. Финкель, который в работе 6 делает вывод о сопуствующей пластической деформации при быстром росте трещины. А. Н. Орлов, В. А. Степанов, В. В. Шпейзман 7 для ответа на вопрос о взаимосвязи процессов пластической деформации и разрушения предложили использовать энергию активации процесса, контролирующего скорость разрушения. Ц энергия сублимации, то возникающая при этом пластическая деформация контролируется разрушением. При хрупком разрушении скорость процесса разрушения на всех стадиях повреждения контролируется разрывом межатомных связей с энергией активации и . Для определения характера разрушения твердых тел помимо использования термоактивационных параметров существуют и другие подходы. Согласно теории вязкохрупкого перехода А. КоттрелаН. Пстча 2 если напряжение, необходимое для роста трещины, меньше предела текучести, то имеет место хрупкое разрушение в противном случае происходит накопление нераспространяющихся зародышей трещин и их объединение. Тогда есть на данной стадии до образования трещины критического размера характер разрушения будет вязким. Г. П. КиК 6ТоаРн, 1. К1 и Кс критические значения коэффициентов интенсивности напряжений, при которых происходят соответственно а инициирование пластической деформации эмиссия первой пары дислокаций и б инициирование хрупкого разрушения вязкость разрушения кристалла постоянная Шмидта, зависящая от ориентации систем скольжения, температуры, и чистоты кристалла а параметр решетки рп поверхностная энергия. При 1 вершина трещины не может служить источником дислокаций. Разрушение будет идеально хрупким. В случае т 1 из области вершины трещины при нагружении излучаются краевые дислокации, вследствие чего происходит медленное докритическое подрастание трещины. Если г 1, то число образующихся дислокаций мало и разрушение будет квазихрупким. В случае а1о 1 кристалл будет сверхпластичным, так как в нем невозможен рост трещин. С позиций синергетики и фрактального анализа характер разрушения определяется видом и фрактальной размерностью диссипативной структуры в зоне предразрушения, контролирующей уровень диссипации энергии. При переходе от вязкого разрушения к хрупкому происходит изменение вида поверхности разрушения, обусловленное сменой объекта фрактальности и фрактальной размерности структуры зоны предразрушения. АС 1 икдах2Р. К1ссттНс. В таблице 1. Таблица 1.