автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Закономерности образования пластических зон под поверхностью изломов металлических материалов с ОЦК- и ГЦК-структурой

Г Ц' з $

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ им. Л. Л. БАЙКОВЛ

На правах рукописи

КЛЕВЦОВ ГЕННАДИЙ ВСЕВОЛОДОВИЧ

УДК 669. 017:34«. 73

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ ЗОН ПОД ПОВЕРХНОСТЬЮ ИЗЛОМОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ с оцк—и гцк—СТРУКТУРОЙ

05.16.01—Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва—1992

Работа выполнена в Бпшкекоком политехническом институте Научный консультант: д. т. п., профессор БОТВИНА Л. Р. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор ИВАНОВ А. Н. доктор технических наук, профессор САРРАК В. И. доктор технических паук, УСТИНОВ Л. М. Ведущая организация:

Институт машиноведении им. А. А. Благонравова РАН

)ши специализированного сонета Д. 003. 15. 03 при Институте металлургии г:.:. А. А. Байкова РАН (117334, Москва, Ленинский проспект, д. 49).

С диссертацией можно ознакомиться в библнтеке ИЛИ'-Т им. А. А. Бай. кона РАН.

Защита состоится

Щ&МЯ 1992 г, в часо

в на заседа-

Учсный секретарь специализированного

совета, доктор технических наук у^Р В. БЛИНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

,: 'Актуальность работы. Развитие научно-технического -грлройресса неразрывно связано с разработкой и внедрением в машиностроение и другие смежные области высокопроизводительной техники, отличающейся малым весом н материалоемкостью, надежностью в работе. Поэтому в последнее время значительно возросли требования как к конструкционным материалам, так и к методам оценки их надежности и качества. При этом особое внимание уделяется разработке новых физически обоснованных критериев конструктивной прочности материалов, "основанных на глубоком изучении физических явлений, лелеащпх в основе процессов деформации и разрушения. Решение этой задачи возможно на стыке материаловедения, физики и механики разрушения, т.е. в рамках нового направления в материаловедении -- микромеханики разрушения. Такая постановка вопроса предполагает расширение наших представлений о природе процесса разрушения металлических материалов на различных масштабных уровнях, что возможно только при использовании комплекса современных физических методов исследования.

Дальнейшего развития и совершенствования требуют и методы технической экспертизы изломов (методы фрактодиагнос- ■ тики), используемые для установления причин аварийных разрушений промышленных конструкций и деталей машин. Количество таких разрушений в последнее время не только не уменьшается, но и возрастает. Использование идей и методов микромеханики разрушения в практике технической экспертизы неразрывно свя-' зано с внедрением новых методов локального исследования строения изломов. Одним из таких методов является рентгено-структурный анализ изломов, позволяющий определять глубину зон пластической деформации под поверхностью изломов и структурные изменения материала в данных зонах. Пластические зоны, которые образуются у вершины распространяющейся трещины, являются своего рода связующим звеном между структурой и механическими свойства™ материала и отражают особенности его поведения в конкретных условиях нагружения. Поэтому они могут быть использованы для определения вида и парамотроз нагружения, локального напряженного состояния материала у вершины трещины, других характеристик разрушения. Однако

для этого требуется знание общих закономерностей образования зон пластической деформации при различных видах нагружения, . влияния структуры материала, температуры испытания и других факторов на данные закономерности. Иными словами, нужна научная основа для разработки рентгеновских методов диагностики разрушения.

Развитие рентгеноструктурного анализа изломов включает в себя три основных направления:

1. Разработку и совершенствование методики рентгеноструктурного анализа изломов; повышение точности и достоверности получаемых результатов, а такке экспрессности метода.

2. Исследование общих закономерностей образования пластических зон при различных видах нагружения.

3. Использование рентгеноструктурного анализа изломов для решения конкретных задач диагностики разрушения.

Существенный вклад в становление данного метода внесли советские ученые Козлов П.М., Сапрыкин Ю.В., Ботвина Л.Р., Георгиев М.Н., Строк Л.П., а также зарубежные ученые, в первую очередь японские: Екобори Т., Танака К., Таира С. и другие.

В настоящее время накоплен большой фактический материал по кавдому из вышеперечисленных направлений, требующий обобщения и дальнейшего развития.

Настоящая работа проводилась в соответствии с тематическим планом госбвджетных НИР Фрунзенского политехнического института на 12 пятилетку (й гос. регистрации 01870077269) в рамках "Программы по стандартизации в области надежности, прочности, износостойкости, эксплуатации и ремонта техники на 1986...1990 годы" ШИИНМАШ Госстандарта СССР, а также госбюджетной НИР БКШ, выполняемой по заказу Министерства народного образования Республики Кыргызстан (В гос. регистрации ' 02910037448) в рамках программы "Испытания и раочеты на прочность и ресурс" на 1991...1995 годы Технического комитета по стандартизации ТК 128; частично в рамках хоздоговорных НИР между ВИАМ и ФПИ Я22/85-389 (й гос. регистрации 01850004703) и 33/87-108 (й гос. регистрации 01870041336).

Цель работы. I. Развитие рентгеновского анализа применительно к исследованию изломов, позволяющее""определять глуби-

ну зон пластической деформации под поверхностью разрушения и структурные изменения материала в данных зонах.

2. Установление общих закономерностей образования пластических зон в материалах с ОЦК- и ГЦК-решеткой при различных видах нагружения (статическом, ударном, высокоскоростном импульсном, циклическом и ударно-циклическом), обеспечивающее научную основу для разработки методов рентгеновской диагностики, оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины и понимания природы и механизма разрушения металлических материалов.

Основные задачи исследования. I. Изучение влияния характеристик строения изломов на ширину дифракционных линий, анализ погрешностей определения глубины пластических зон под поверхностью изломов, разработка способов и устройств, обеспечивающих повышение точности, достоверности и снижение трудоемкости определения глубины пластических зон и структурных изменений материала в данных зонах. 0

2. Изучение влияния вида нагружения, структуры материала, температуры испытания, напряженного состояния и других факторов на количество и размеры пластических зон под поверхностью изломов и структурные изменения материала в данных зонах.

3. Разработка рентгеновских критериев локального напряженного состояния материала у вершины трещины и их экспериментальная оценка для различных видов нагружения.

4. Изучение распределения мартенситных фаз в зонах пластической деформации под поверхностью изломов аустенитных сталей, полученных при различных видах нагружения в широком диапазоне температур испытания, и влияние их на сопротивление разрушению сталей данного класса.

5. Разработка рентгеновских методов диагностики разрушения металлических материалов.

Научная новизна работы. В результате выполненных исследований установлен ряд общих закономерностей, свойственных всем исследованным видам нагружения и классам материалов:

I. Количество пластических зон, образующихся в материалах с ОЦК- и ГЦК-решеткой при различных видах нагружения, определяется-локальным напряженным состоянием материала у

вершаш трещшш. При плоской деформации образуется только одна микрозона, а при плоском напряженном состоянии - две зоны: спльнодефоршрованная микрозона и слабодеформирован-ная макрозона.

Предложена схема, иллюстрирующая кинетику образования у вершины трещшш при однократних видах нагружения в условиях плоского напряженного состояния двух зон пластической деформации.

2. Распределение мартенситных фаз в зонах пластической деформации не зависит от вида нагрукения метастабилышх аустенитных сталей, а определяется микромеханизмом разрушения. При вязком разрушении сталей количество Л -мартенсита остается постоянным в пределах микрозоны, а при смешанном и хрупком разрушении - непрерывно уменьшается по глубине. Во всех случаях макс.шальное количество об -мартенсита образуется на поверхности изломов, а £> -мартенсита - под поверхностью, где пластическая деформация материала гаже, чем на поверхности.

3. Отношение максимальной глубины пластической зоны под поверхностью изломов к толщине образца (может служить единим критерием локального напряженного состояния материала у вершины трещшш для всех исследованных видов нагрукения. При А*« Разрушение происходит в условиях плоской деформации (¡и), при&тл,/Ь> Ю-1 - в условиях плоского напряженного состояния (ПН), а при 1СГ^Я^/^Ю-*-- в переходной области от ПД к ПН. Проведен сравнительный анализ вышеуказанного критерия с известными критериями механики разрушения.

4. Отношение шршш дпфракциошюй линии, полученной с поверхности излома, к ширине линии эталона (/>//5>0) связано с критерием и наряду с шш может бить использовано для оценки локального напряженного состояния при различных видах нагружения (если разруше!ше не сопровождается фазовыми превращениями в пластических зонах).

Помимо общих закономерностей установлены частные закономерности, свойственные определенному виду нагружения или классу материалов:

I. Высокоскоростное импульсное нагружение стальных об-

разцов приводит к об щеглу деформационному наклепу материала. Обнаружена неоднородность деформационного наклепа в виде чередующихся областей с максимальной и минимальной искажен-ностью кристаллической структуры. Зарождение и развитие быстрых трещин происходит по областям с минимальной искажен-ностью кристаллической структуры.

2. С уменьшением толщины образцов из литейного алкгли-ниевого сплава ВАЛ15 в механизме его статического разрушения ' начинают доминировать эффекты, обусловленные пористостью материала, которые проявляются в образовашш на поверхности изломов в области страгивания трещины макрозоны ¿к с характерным микрорельефом. Образование данной зоны приводит к резкому снижению статической трещиностойкости сплава.

3. Образование на поверхности ударных изломов аустенит-ных сталей в области страгивания трещины зоны ^ и увеличение ее длины сопровождается резким повышением ударной вязкости данных сталей.

4. Влияние асимметрии цикла нагружения Й на скорость распространения усталостной трещины и макрофрактографические характеристики изломов сплава Д16 (длину зон и , размер губ среза) зависит от схемы нагружения., в то время как пороговые значения и ¿К5 на границе зоны ¿5 от схемы нагружения не зависят.

5. При ударно-циклическом нагружении стальных образцов у вершины трещины образуются циклическая и монотонная зоны пластической деформации, однако в отличие от циклического ударно-циклическое"" нагрукение сопровождается общим деформационным наклепом материала образца.

Практическая ценность работы. I. Уточнены отдельные критерии, характеризующие состояние материала у вершны трещины. Показано, что при■статическом нагружении материалов о ГЦК-решеткой условие плоской деформации реализуется при Ы(Кл!<Гол)* } 9> а 41,11 Циклическом и ударно-циклически! нагружениях - при Ь/(Кгк„/С0.г)2^3, независимо от исследованного класса материалов.

2. Разработаны рентгенозские методы определения: - статической трещиностойкости материала разрушившегося объекта по глубине зоны пластической деформации под по-

верхностью изломов (а.с, М750332) или ширине дифракционной линии, полученной с поверхности излома;

- асимметрии цикла нагружения при усталостном разрушении объекта по соотношению глубины циклической и монотонной

■ зон пластической деформации под поверхностью излома.

3. Показана принципиальная возможность идентификации изломов с испорченной поверхностью с использованием интегральной ширины дифракционной линии и послойного текстурного анализа материала вблизи поверхности изломов.

4. Получка даяышйлае развитие рентгеноструктурный анализ изломов, В частности:

- проведена оценка блншня иа ширину дифракционной линии шероховатости поверхности н дефокусировки образца, а также градиентов доформащш материала по глубине изломов и вдоль направления раолрэстраиздшя трещины;

- разработан способ посимдатричной съемки поверхности изломов (а.с. Щ67Э315) upa исследовании параметров субструктуры материала в зонах пластической деформации с помощью рентгеновских днфршггоадетров, исключающий погрешность от градиента деформации материала по глубине;

- дан анализ погрешностей рентгеновского метода определения глубины пластических зон под поверхностью изломов и основных путей их снижения;

- разработан ряд дополнительных приспособлений.для крепления изломов в держателе образцов дафрактометра;

- разработан емкостной метод измерения толщины стравленного слоя металла с поверхности изломов (а.с. £1201673, 1458696), учитывающий изменение профиля излома в процессе травления;

- разработаны три прибора для. графического разделения --дублета по методу Рщ'штфа ta.с. К740533, 895725, 9I8III).

Вышеуказанна© разработка аегли в основу методических рекомендаций (P-5D-5a-5a-S8), изданных во ВНИИБМАШ Госстандарта СССР в I2&S гедг.

Внедрение, зсетаддах к дддргах разработок, а также результатов выполнена® Е21Г ©Зфкзгтазг сржарннй экономический эффект 670 тыс« соответствующими докумен

тами.

Научные положения, выносимые на защиту: I. Закономерности образования зон пластической деформации под поверхностью изломов материалов с ОЦК- и ГЦК-решеткой, полученных при различных видах нагружения,и их связь с видом нагружения и напряженным состоянием материала у вершины трещшш.

2. Схема, иллюстрирующая кинетику образования двух зон пластической деформации у вершины трещины при однократных видах нагружения в условиях плоского напряженного состояния.

3. Экспериментальная оценка критериев локального напряженного состояния материала у вершины трещшш и Рф0) при различных видах нагружения.

4. Распределение мартенситных фаз в зонах пластической деформации под поверхностью изломов ауотешшшх сталей, полученных при различных видах нагружения,и их овязь о механизмом и характеристиками разрушения.

5. Некоторые частные закономерности разрушения мато-риалов:

- наличие и распределение деформационного наклона материала образцов при высокоскоростном импульсном и удорно-циюш-чееком видах нагружения;

- влияние зоны к, , образующойоя на поверхности изломов, на значение ударной вязкости ауотонитных сталей;

- связь зоны , образующейся на поверхности изломов пористого материала (ВМ15), с толщиной образцов и влияние данной зоны на статическую трещиностойкость сплава;

- связь критических длин трещин , и размеров губ среза на поверхности усталостных изломов сплава Д16, а также глубины циклической и монотонной пластичеоких зон под поверхностью изломов о аоиммзтрией цикла погружения,

6. Рентгеновские методы определения:

- статической трещиностойкости материала разрушишиогооя объекта по глубине пластической зоны под поверхностью изломов;

- асимметрии цикла нагружения при устолоотном разрушении

по соотношению глубины циклической и монотонной зон плао-тической деформации;

- вида изломов с испорченной поверхностью (идентификации

изломов).

7. Совокупность приемов рентгенографирования, а также способов и устройств, позволяющих повысить точность, достоверность и уменьшить трудоемкость рентгеноструктурного анализа изломов.

На основании выполненных автором исследований разработаны научные положения, совокупность которых является развитием перспективного направления в области материаловедения: использование рентгеноструктурного анализа изломов для изучения природы и механизма разрушения металлических материалов, оценки локального нацряженного состояния у вершины трещины при различных видах нагружения и разработки методов рентгеновской диагностики разрушения.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы апробированы на девятом и десятом научно-техническом совещании по тепловой микроскопии "Структура и прочность металлических материалов в широком диапазоне температур" (Фрунзе, 1980 г., Новокузнецк, 1982 г.); семинаре "Излом и хрупкость стали и сплавов" (Киев, 1982 г.); Всесоюзном научно-практическом семинаре "Судебное автотехническое исследование разрушений деталей транспортных средств комплексом металлографических и физико-технических методов" (Фрунзе, 1982 г.); 8-м Международном конгрессе по испытанию материалов (Будапешт, Венгрия, 1982 г.); совещаниях научно-методической комиссии по стандартизации в области фрактографии, секция "Расчеты и испытания на прочность" НТС Госстандарта СССР (Москва, Фрунзе, Севастополь, 1982, 1987, 1988, 1990г.г); семинаре "Микромеханизмы разрушения" (Москва, 1983 г.); четвертом Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций.и механические свойства металлов и сплавов" (Свердловск, 1987 г.); с еды,1 ал Всесоюзном совещании по взаимодействую между дислокациями и атомами примесей и свойствами сплавов (Тула,

1988 г.); на региональной научно-технической конференции . Средней Азии и Казахстана "Методы и средства повышения эффективности машиностроительного цроизводства" (Фрунзе,

1989 г.); Ш-ы Всесоюзном симпозиуме по механике разрушения (Еитомир, 1990 г.); 11-й Всесоюзной конференции по прикладной рентгенографии металлов (Ленинград, 1990 г.); 6-м Мевдуна-

родном конгрессе по механическому поведению металлов (Киото, Япония, 1991 г.); Международной конференции "Зарождение и рост трещин в металлах и керамике - роль структуры и окружающей среди" (Варна, Болгария, 1991 г.).

По материалам диссертации опубликовано болое 60 работ в научных журналах и сборниках, получено 8 авторских свидетельств, депонирована монография.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованных источников и приложения. Содержит 278 страниц машинописного текста, 137 рисунков, 42 таблицы, библиографический список из 587 наименований.

СОДЕИКЛШШ РАБОТЫ

В первом раздело "Методические вопросы применения рент-геноструктурного анализа для исследования изломов" дани теоретическое и экспериментальное обоснования использования рентгеноструктурного анализа для определения глубины зон пластической деформации под поверхностью изломов и структурных изменений материала в данных зонах.

Изучено влияние шероховатости поверхность и дефокусировки образцов на характеристики рентгеновских дифракционных линий. В частности показано, что заметное влпяшю шероховатости излома на ширину линий прослеживается лишь при И > > 0,5*Ю~^м, т.е. в основном при исследовании вязких изломов. Дан анализ погрешностей ширины дифракцпокгых линий, обусловленных наличием градиентов деформации материала вблизи поверхности изломов как по глубине, так и вдоль направления распространения трещины. На примере усталостного пзлег.га стали 15Х2МФА показано, что основная погрешность (9,8£) связана с наличием градиента деформации материала по глубине. Оценена также погрешность в соотношении ширины линий разного порядка отражения при исследовании субструктуры материала вблизи поверхности изломов и предложен способ несимметричной съемки изломов на дифрактометре (а.с. Ж679315), исключагоий данную погрешность.

Подробно описаны технология вырезания образца из крупногабаритного излома и кропление его в держателе образца

дифрактометра. Изучено влияние различных видов обработки поверхностей образца (фрезерование, резка, шлифование и т.д.) ■ на глубину поврежденного слоя металла. Поскольку держатель образца дифрактоглетра не приспособлен для крепления изломов, разработаны дополнительные приспособления, позволяющие выставлять заданный участок на поверхности излома под первичный рентгеновский пучок и производить контролируемое перемещение образца в плоскости фокусировки. Даны рекомендации по выбору щелей на пути первичного пучка в зависимости от строения изломов и задач исследования. Описана методика определения структурных изменений материала, в том числе и объемного содержания мартенситных фаз на поверхности изломов; необходимые требования к эталону.

Для определения глубины зон пластической деформации под поверхностью изломов используют два основных метода: метод послойного стравливания излома с последующим рентгенографи-рованием его поверхности и метод последовательной съемки шлифа, расположенного нормально к поверхности излома.

В работе указаны условия применения как первого, так и второго метода.Даны подробный анализ погрешностей определения глубины зон пластической деформации и основные пути их снижения. В частности, при определении глубины пластических зон методом послойного стравливания основная погрешность связана с измерением толщины стравленного слоя металла с поверхности изломов. Поэтому в работе подробно изучено изменение характеристик профиля изломов в процессе травлеши и предложен емкостной метод измерения толщины стравленного слоя металла с поверхности изломов (а.с. И201673,. 1458696):» учаливающий изменение профиля излома в процессе- травления.. Крем® того, разработаны три прибора для графического разделения КА -дублета дифракционных линий по методу Речингера Са-е* /£740533 , 895725 , 918Ш) и программы для ЭВМ по определению глубины зон пластической деформации под поверхностью изломов и объемного содержания мартенситных фаз на поверхности изломов мотастабилышх аустенктных сталей.

Во-втором разделе "Зоны пластической деформации при однократных видах нагружения"' рассмотрены закономерности обрег-зозания пластических зон при статическом* ударном и; выесад-

скоростном импульсном видах нагружсния.

В качество материалов с СЦК-решеткой использовали углеродистые стали: сталь 20, 40, 45, СтЗ и легированную сталь 15Х2Ж>А. В качестве материалов с ГЦК-рошеткой - алюминиевый сплав Д16 и аустшштную сталь 03Х13АГ1Э. Литеиныо алюминиевые сплавы ВМО и BMI5 использовали как модельные пористые материалы.

При испытании материала на статическую трещиностойкость использовали образцы на внецентрешюо растяжешю согласно ГОСТ 25.505-85. Статические испытания проводили на машине КНСТРОН, ударные - на маятниковом копре I.1K-30. Высокоскоростное импульсное нагрукение кольцевих образцов внутренним давлением осуществляли с помощью^шевматического копра (при скорости ударника = 200 м/с)1;. материалы использовали либо в состоявши поставки (горячекатанное состояние), либо после различных видов термической обработки (отжиг, закалка, закалка+средцшй и высокий отпуск, старение).

Испытания материалов с ОЦК-решеткой в интервале вязко-хрупкого перехода при статическом и ударном нагрунениях показали, что при хрушсом разрушешш у вершины трещины образуется только одна микрозона пластической деформации а критерии механики разрушения удовлетворяют условиям плоской деформации. При нижней критической температуре хрупкости ГЛр на поверхности изломов появляются первые участки вязкой составляющей, а под поверхностью изломов образуются две пластические зоны: силыюдеформированная микрозона А^К и слабодеформированная макрозона . При дальнейшем повышении температуры испытания наблюдается незначительный рост как глубины пластических зон, так и структурных изменений материала в данных зонах. Показано, что графические зависимости отношения максимальной глубины пластической зоны под поверхностью изломов к толщине образца (&„„/t ) и ширины дифракционной линии, полученной с поверхности излома, к ширине линии эталона ( Jb/ß0) в интервале вязко-хрупкого перехода имеют S -образный характер и независимо от вида однократного нагружения и материала описываются едиными кривили. Причем, при хрупком разрушении finti ¡t < Ю~2, при вязко-

М1мпульсныб испытания были проведены сотрудником 11ПГ1 Ali УССР, к.т.н. Маковеем В.А.

-хрупком и вязком разрушении Л > 10" , т.е. изменяется больше, чем на порядок.

Испытание на статическую трещиностойкость образцов различной толщины из материала с ГЦК-решеткой - сплава Д16 показало: если по критериям механики разрушения реализуется условие плоской дефорлации, - то под поверхностью изломов образуется только одна микрозона пластической дефорлации Ац (&„., АЬ < Ю"2), хотя охрупчивания материала не наблюдается. Если критерии механики разрушения не удовлетворяют условиям плоской деформации, то под поверхностью изломов образуются две ярко выраженные пластические зоны и (-к^/Ь > >10 ). Однако в сплаве Д16 возможны случаи, когда 10" > >А|»4,^> Ю-2. Тогда лишь отдельные критерии механики разрушения удовлетворяют условиям плоской деформации, а под поверхностью изломов образуется "вырожденная" слабодеформиро-ванная макрозона, искаженность кристаллической структуры в которой непрерывно уменьшается по глубине.

Аналогичные закономерности образования пластических зон наблюдаются и при статическом разрушении аустенитной стали 03X1ЗАИ9 в интервале температур -196...150°С.

При испытании на статическую трещиностойкость высокопрочного литейного алюминиевого сплава ВАП15 с пористостью 5,2.4.6,2$ в образцах толщиной З-КГ^м в области страги-вания трещины обнаружена макрозона, названная нами , длина которой с уменьшением толщины образцов возрастает. Микрорельеф зоны состоит преимущественно из большого количества усадочных пор и округлых образовании - ветвей дендритов. Можно цредположить, что с уменьшением толщины образцов начинают доминировать эффекты, связанные с пористостью, которые проявляются в образовании зоны £к . При этом резко снижается статическая трещиностойкость сплава.

Высокоскоростное импульсное разрушение кольцевых образцов из стали 45 и СтЗ ( Утр = 785...950 м/с при 20°с и 2150...2300 м/с при -120°С) происходило хрупко с образованием только одной микрозоны пластической деформации ^мл,^'4 )• Было обнаружено, что импульсное нагружение сопровождается общим деформационным наклепом материала образца. Причем на поверхности фрагментов разрушенных образ-

цов рентгеновским методом были выявлены равномерно чередующиеся области с максимальной и минимальной искажепностью кристаллической структуры материала, что дает основание предположить волновую природу образования деформационного наклепа. Показано, что зарождетю быстрых трещин в таких образцах происходит преимущественно по областям с малой искаженностью кристаллической структуры.

Таким образом, в результате проведенных исследований были установлены единые закономерности образования пластических зон при однократных видах нагружения.

Наличие двух пластических зон под поверхностью изломов, полученных при плоском напряженном состоянии, было экспериментально обнаружено как авторами, так и другими исследователя!,га на большом классе материалов с ОВД- и ГЦК-реыеткой. Однако до настоящего времени не была ясна кшетика их образования. В работе дана схема образования у вершины трещины при однократных видах нагружения в условиях плоского нацряженно-го состояния двух зон пластической деформации. Прямое наблюдение пластических зон на боковой поверхности ударных образцов показало, что первой образуется слабодеформированная макрозона . Происходит деформационное упрочнение большого объема материала у вершины трещины, что приводит к изменению локального напряженного состояния материала в устье трещины от плоского напряженного к плоской деформации. Разрушение упрочненного материала всегда происходит в условиях, близких к плоской деформации с образованием сильнодеформированной микрозоны -рцЦ.

Если материал разрушается в переходной области от Щ к ПН, то вышеуказанные изменения локального напряженного состояния у вершины трещины происходят раньше, чем полностью сформируется слабодеформированная макрозона. В этот случае мы наблюдаем под поверхностью изломов "вырожденный" вид макрозоны ^ .

В третьем разделе "Зоны пластической деформации при циклическом и ударно-циклическом нагрунениях" рассмотрено влияние асимметрии цикла нагружения на кинетику и фрактогра-фию усталостного разрушения, а также на закономерности образования циклической и монотонной зон пластической деформации

под поверхностью изломов.

В качестве исследуемых материалов использовали алшми-■ниевые Сплавы Д16, BMI5, аустенитные стали 03H3ATI9, 07НЗН4АГ20 и углеродистую сталь 45. Усталостные испытания проводили на установке ZwicR . ударно-циклические - на ДС0-1501).

Испытания образцов на внецентренное растяжение из сплава Д16, толщиной t = 10~2м, проведенные по схеме лР=const и Pmj|,sCOnst при R = 0,1...0,6,показали, что влияние асимметрии цикла нагружения на скорость распространения усталостной трещины и макрофрактографичоские особенности строения изломов (длину зон -Is и if., t размер губ среза) зависит от схемы нагружения. Единственные параметры, которые не зависят от схемы нагружения, это пороговые значения и ПРИ i -tj • Такие характеристики изломов как размер губ среза и микрофрактографические особенности их строения (как показано на сплаве Д16 и ВАЛ15) лучше коррелируют с К*« . чем с йК .

Рентгеноструктурный анализ показал, что степень искаженное™ кристаллической структуры материала на поверхности изломов остается постоянной в пределах зоны стабильного роста трещины is и возрастает при переходе в зону ускоренного развития. В зоне -£s она определяется максимальными растягивающими напряжениями, а не их размахом.

Анализ глубины циклической и монотонной ■A.j зон пластической деформации под поверхностью усталостных изломов сплава Д16 показал, что связь - л К и ~ К «л*

описывается уравнениями •(о'дК, •/0 fw«

независимо от схемы нагружения и асимметрии цикла, в то время, как связь и -Яу-аК зависит от асимметрии цикла нагружения. Отношение не является величиной постоянной, а возрастает с увеличением тйх) и коэффициента асимметрии цикла И

Увеличение толщины образца от ( t = б'Ютл до 5.10~^м) при постоянной асишетрии цикла нагружения ( ft. =

^Ударно-циклические испытания провел аспирант ИМЕТ АН СССР Иванской В.А.

= 0,5) приводит к возрастшшю скорости роста трещины в сплаве Д16 при заданнш значении дКСКщ«.). При этом глубина монотонной зоны пластической деформации практически не зависит от толщины образцов при малых значениях дК(К„я>) и возрастает тем сильней, чем тоньше образец - при высоких значениях аКСКтл»).

Рентгеноструктуршш анализ ударно-циклических изломов стали 45, получешшх при (Гц = 285 МПа и 410 ГШа,показал, что при данном виде кагрузшшя также образуются две зоны пластической деформации: циклическая и монотонная. Однако в отличие от усталостного при ударно-циклическом нагружении обнаружен общий деформационный наклеп материала образца.

Расчет отношения Для усталостного разрушения

сплава Д16, сталей 03Х13АГ19, 07П4Н4АГ20 и ударно-циклического разрушения стали 45 дает основание считать (по аналогии со статическим разрушением), что у вершины трещины при данных видах нагруження в подавляющем большинстве случаев реализуется напряжешюе состояние, соответствующее либо переходной области от ПД к ПН, либо ПН. При этом образуются две пластические зоны: циклическая и моното1шал. Однако при ис-следовшши низкотемпературных изломов стали 07Х13Н4АГ20 вблизи очага разрушения била выявлена только одна микрозона пластической деформации. Расчет показал, что отношение

о

в данном случае равно 9-10 , т.е. соответствует условию плоской деформации.

Таким образом, при циклическом и ударно-циклическом видах нагрукения сохраняются ранее установленные для однократного нагрукения закономерности образования пластических зон и их связь с напряженным состоянием материала у вершины трещины.

В четвертом раздело "Фазовые превращения в зонах пластической деформации аустенитных сталей при различных видах - пагружения" рассмотрены механизм разрушения и закономерности распределения А. - и С -мартенсита в зонах пластической деформации метастабилышх аустенитных сталей при ударном, статическом, импульсном и циклическом нагруяениях.

Исследовашш проводили на сталях (Н32ТЭ, Н26ТЗ,

1£26Х5ТЗ) и Ге-Мп сталях (60ХЗГ8Н8Ф, 40Х4И8Н8Ф, 40Х4Г18Ф,

40Г18Ф) в закаленном и состаренном состояниях, а также на хромоникелевих сталях ОЗНЗАИ9 и 07Х13Н4АГ20 в закал ежом состоянии. Причем сталь Н26Х5ТЗ была состарена по механизму прерывистого распада. Ударные испытания в интервале тем- ' ператур -196...150°С проводили согласно ГОСТ 9454-78. Для выращивания усталостных трещин в образцах использовали специально разработанную многопозиционную установку (а.с. №1640594). Статические и циклические испытания в интервале температур -196...150°С проводили на образцах на внецентрен- ' ное растяжение, импульсное - на кольцевых образцах. Условия' испытания описаны в разделах 2 и 3. -

Ударные испытания позволили выявить ряд закономерностей, свойственных всем вышеуказанным сталям. Одной из таких закономерностей является образование на поверхности изломов в очаге разрушения зоны . Данная зона была обнаружена при разрушении большинства Ге-аИ и Ре-М|г сталей как в закаленном, так и в состаренном состояниях. Во всех случаях зона I* имела макрорельеф - в виде параллельно расположенных вязких гребней, микрорельеф - из складчатых областей с вытянутыми ямками. С образованном зоны Ь и увеличением ее длины значение ударной вязкости стали возрастает. ' •

Механизм ударного разрушения закаленных Рс-а// сталей на стадии распространения трещины слабо зависит от температуры испытания. Ярко выраженное снижение ударной вязкости данных сталей с понижением температуры испытания связано либо с уменьшением длины зоны I* (Н32ТЭ), либо с. полным ее исчезновением (Н26ТЗ), а снижение ударной вязкости закаленных Ге-Мгу, сталей - либо с появлением в пластических зонах деформационных двойников (40Х4И8Ф, 60ХЗГ8Н8Ф) и Л - и Ь -мартенсита (40Г18Ф), либо . также" с исчезновением зоны ^ . Хотя охрупчивание наблюдается только в стали 40Г18Ф, глубина пластических зон под центральной частью изломов с понижением температуры испытания уменьшается во'всех закаленных сталях, ширина же дифракционных линий, полученных с поверхности изломов ни только не уменьшается, но , в отдельных случаях, даже возрастает (Н32ТЭ).

Такая же закономерность наблюдается и в состаренных

Ре-п/| и Ре-Мп сталях, в которых о погашением температуры испытания снижаются ударная вязкость и глубина пластических зон под поверхностью изломов, а механизм разрушения изменяется от ямочного к сколу или межзеренному р'азрушениго.

Ударное разрушение стали Н26Х5ТЗ, состаренной по механизму прерывистого распада, при всех температурах испытания сопровождается образованием двух видов микрорельефа, отвечающих областям * занятым прерывистым распадом 11 свободным от него.

В распределении мартенситйых фаз в пластических зонах под поверхностью ударных изломах можно выделить следующие закономерности. В закаленных Ре -V/ сталях (Н32ТЭ, • Н26ТЗ), которые-при всех температурах.испытания разрушаются вязко, количество Л.-мартенсита в-пределах сильнодефорки-рованной микрозоны'остается.постоянным, несмотря на наличие градиента деформации'материала по глубине. В состаренных Ре-дЛ* сталях, а также в Ре-Мп. сталях (в которых пойи- , мо <£ образуется и О Мартенсит), разрушившихся по .смешан-* ному, механизму либо хрупко, имеет место непрерывное уменьшение количества -мартенсита по глубине излома.. Максимальное количество -мартенсита обнаружено на некоторой глубине под поверхностью изломов (закаленная сталь 40Г18Ф), где пластическая деформация металла меньше, чем на поверхности.

На распределение Мартенсита в зонах пластической деформации существенное влияние оказал, по-видимому, локальный разогрев материала у вершины распространяющейся трещины. ' При вязком разрушении он значительно выше, чем при смешанном или хрупком. На распределение £» -мартенсита определяющее влияние оказывает, по-видимому, степень пластической деформации под поверхностью излома, хотя исключить влияние локального разогрева тоже полностью нельзя.

Вышерассмотрешшо закономерности распределения мартен-ситных фаз в зонах пластической деформации сохраняются и при статическом (ОЗНЗАИ9), циклическом (03Х13АГ19, 07Х13Н4АГ20) и высокоскоростном импульсном (40Г18Ф) нагруже-ниях. Вид нагружония оказывает влияние лишь на количество мартенситных фаз в зонах пластической деформации. Наиболее интенсивно фазовые превращения инициируются при циклическом

нагружении. С увеличением скорости однократного нагружения количество мартенсита уменьшается. Так, при циклическом нагружении стали 03Х13АГ19 максимальное количество -мартенсита (100$) образуется на поверхности изломов,- уменьшаясь по глубине и исчезая на границе циклической и монотонной зон. В монотонной зоне образуется лишь небольшое количество £> -мартенсита, В изломах стали 07НЗН4АГ20 о&аружено от 10 до 30$ £. -мартенсита в тонком слое металла (2*Ю~^м) у поверхности изломов.

Низкотемпературное импульсное разрушение стали 40Г18Ф сопровождается образованием -мартенсита в микрозоне пластической деформации и небольшого количества (до Ъ%) £> -мартенсита во всем материале образца. При комнатной температуре фазовых превращений не происходит. Однако в обоих случаях импульсное пагру;.:ояие приводит к повышению твердости стали.

Пятый раздел "Использование рентгеноструктурного анализа изломов для диагностики разрушения металлических материалов" посвящен разработке методов оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины при различных видах нагружения, определения статической трещиностойкости материала по глубине пластической зоны, характеристик нагружения при усталостном разрушении, а также идентификации изломов с испорченной поверхностью.

Разрушение реальных конструкций и деталей машин в подавляющем большинстве случаев происходит в переходной области между предельными значениями: плоской деформацией и плоским напряженным состоянием. Поэтому с практической точки зрения необходим количественный критерий оценки локального напряженного состояния, причем единый для всех видов нагружения. Кроме того, необходимо указать приемлемые интервалы, ■ где напряженное состояние можно трактовать как плоскодефор-мированное или плоское напряженное. Известные критории не отвечают этим требованиям в полной мере.

Из предыдущих разделов следует, что таким критерием может служить отношение При Л^/'Ь <10-2 (плоская деформация) под поверхностью всех изломов, независимо от вида нагружения и класса материалов, образуется только одна микрозона пластической деформации . При испытании материа-

лов на статическую трещиностойкость разрушение образцов в данной области удовлетворяет условиям плоской деформации по критериям механики разрушения.

При /t > 1СГ* (плоское напряженное состояние) под поверхностью изломов образуются две ярко выраженные пластические зоны: сильнодеформированная микрозона и слабо-деформированная макрозона . В этой области ни один из критериев механики разрушения не удовлетворяет условия!,! плоской деформации.

При 10" ^ Ю-1 - это переходная область от ГЩ

к ПН. В этой области в основном разрушаются материалы при циклическом и ударно-циклическом видах нагружения и материалы с ГЦК-решеткой при однократных видах нагружения. При усталостном разрушении образуются циклическая и монотонная зоны, при однократных видах нагружения - "вырождешшя" слабо-деформированная макрозона. Критерии механики разрушения в переходной области частично удовлетворяют требованиям плоской деформации.

Сопоставление вышерассмотренного критерия реализации плоской деформации с известны:.! критерием ме-

ханики разрушения t/(К/6^,»)"'^.2,5 показало, что при испытании на статическую трещиностойкость материалов с ОЦК-ре-шеткой они практически совпадают, а при испытании материалов с ГЦК-решеткой критерий t/(K/(Г0,*)*}-2,5 указывает на изменение локального напряженного состояния от плоского напряженного к переходной области.

■ Для данного класса материалов условие плоской деформации реализуется лишь при Ъ/(.К/С.л)гЬ-9 • В этом случае под поверхностью изломов образуется только одна микрозона пластической деформации, а отношение А*,,/1 становится меньше 1СГ2. . '

При'циклическом и ударно-циклическом видах нагружения связь критерия /Ь с величиной t/(K„,/<r.,j)2ne зависит от класса материалов, асимметрии цикла и схемы нагружения и описывается единой кривой (рис. I).. Для данных видов нагружения условие реализации плоской деформации будет иметь,, вид: t/(£„„, Ъ • Связь критерия Л f* AI /t с tium^r,

в отличие от вышерассмотренного случая, зависит от асиммет-

Рис. I. Связь критериев

с ш^д/с,*)2 при циклическом (I...12) и ударно-циклическом (13) нагружениях. Образцы из сплава Д16 (1...8) толщиной t = 10~2м испытаны при К. = 0,1 (вР^сог^КП, Й. = 0,3 (лР*С0П5Ь )(2), И = 0,5 (лР = С01^ )(3), И = ОД (Р^Щ^ )(4), й. = 0,5 (&« = СОЬЭ-Ь )(5) и толщиной "Ь - 1,5-10 (6), t= 3-10~2м (7)Л= 5.10_2м .(8) - цри К. = 0,5; из стали 20 испытывали при Т = 20°С

(9), 07НЗН4АГ20-при Т

(10), - 80°С (II), -196°С (12) и стали 45 (Сн = 285 МПа)-при 20°С (13)

20°С

40 Ц5 20 2,5 40

Рис. 2. Связь критериев

и /Ь//>>0 в статических (1...4), ударных (5,6) и импульсных (7,8) изломах. Справа р получено с поверхности изломов, слева - в зоне .

I - сталь 20, 2 г сталь 40, '3.- 15Х2М<М, 4 - Д16, 5,8 -- сталь 45, 6 - 40Х4Г18Ф (зак.+стар.), 7 - СтЗ

рии цикла нагруяения и отмывается серией параллельных кривых.

Изменение локального напряженного состояния материала у вершины трещины злияет не только на глубину пластических зон, но и на степень искаженности кристаллической структуры материала в дашшх зонах, которая может быть оценена, как отмечалось раньше, отношением ft /Jb0 . Если разрушение не сопровождается образованием мартенситных фаз или деформационных двойников в зонах пластической деформации, то сущест- . вует связь критериев Я„м/1 и jbljЬ0 как для однократных (рис. 2), так и для циклических и ударно-циклических (рис. 3) видов нагрунения. Видно, что в последнем случае связь вышеуказанных критериев описывается единой кривой только на стадии ускоренного развития трещины, а переход в зону долома в большинстве случаев совпадает с изменением локального напряженного состояния у вершины трещины от переходной области к плоскому напряженному (см. рис.- 3). •

Таким образом, наряду с критерием /i , отношение Jbljbo такие может быть использовано для оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины при различных видах погружения.

Очень часто при установлении причин аварийного разрушения промышленных конструкций и деталей машин необходимо иметь сведения о трещиностойкости материала разрушившегося объекта. Однако не всегда есть возможность изготовить из инспектируемого излома образец для механических испытаний. Нами разработан метод определения статической трещиностойкости материала по глубине пластической зоны под поверхностью изломов (а.с. Н672269) с учетом локального напряженного состояния по критериям h.n„,lb и JbIJb,.

Запишем известное уравнение, связывающее размер пластической зоны и коэффициент интенсивности напряжения,в следующем виде: Ль,«х = //гг!/Г(К7(Го,г)^ , где коэффициент h. отражает локальноо напряженное состояние материала и сеязон с критерием /t зависимостью, показанной на рис. 4. Видно, что при плоском напряженном состоянии коэффициент п. близок к расчетному значению, равному 2, а при плоской деформации -- увеличивается от 3,5 до 10 и выше.

Рис. 3. Связь критериев

и Jblfbe в циклических (1,4...7) и ударно-циклических (2,3) изломах. Справа р получено с поверхности изломов,

До %

слева

в зоне

Яу . Пунктирны-

ми линиями отмечено положение графиков для однократных видов нагружения. и /ц - ширина линии, полученная при длине трещины и : I - сталь 20, 2 - сталь 45 ((Ги = 285 Ша), 3 - сталь 45 (Сн = 410 Ша), 4 - Д16 (И = = 0,1; дР =С01^), 5 - Д16 ( И = 0Д;Р,.„ = сог^), 6 -- Д16 ( Ц. = 0,5; йР = £01^), 7 - Д16 ( Й. = 0,5; Р^, = = сок^ )

Рис. 4. Зависимость коэффициента h. от критерия /i при испыташш на статическую трещиностойкость. I - сталь 20, 2 - сталь 40, 3 - 15Х2МФА, 4 -- Д16, 5 - 03XI3ATI9

2 3 А 5 6 7 6 10 12 п

Для нахождения трещиностодкости материала разруиивше-гося объекта определяют максимальную глубину пластической зоны под поверхностью изломов в области страгивания трещины и толщину детали t . Взяв отношение по графику

(см. рис. 4), находят коэффициент /х . Затем по формуле рассчитывают трещиностойкость материала К . Если •/(.„„/■Ь^Ю-2, то найденное значение К можно принять за .

Поскольку критерий 'п.в,*, кроме переходной области от ЦЦ к ПН,однозначно связан с отношением ]Ьф,(.си. рис. 2), коэффициент К в этом случае может быть найден по результатам съешш излома и эталона. Затем по графику -IX определяют критерий , а следовательно А„л,(если Ь можно измерить на разрушенной детали). Затем по формуле рассчитывают трещиностойкость материала.

При диагностике усталостного разрушения чаще всего необходимо оценить критические длины трещин на поверхности усталостного излома и , разрушившее деталь напряжение, асимметрию цикла нагруження и скорость роста трещины.

Для нахождения критических длин трещин производят последовательную съемку поверхности усталостного излома от оче?-га разрушения до зоны долома. Как уже отмечалось (ст. раздел 3), ширина дифракционной линии в пределах зоны: остается практически постоянной и увеличивается лрг переходе в зону ускоренного развития трещины. В зоне докяет ппгрпка лп-нии снова становится постоянной. Зависимость сирины дифракционной линии от длины трещины в двойных логарифмических координатах представляет собой ломавдю" кривую с перегибами при длинах трещин ib и ¿¡. , по которым и находят данные характеристики изломов.

Анализ экспериментально полученных данных для циклического и ударно-циклического нагружеш;я большого класса материалов показал, что связь глубины монотонно'! зоны Ау с описывается едины:,1 уравнением:

Р _ ( /ч^ду

"¡ОЯ"1«»-«'

и но зависит от локального напряженного состояния материала у вершины трещины, поэтому может быть использована в практике диагностики разрушения для нахождения • Связь глу-

бины циклической зоны с дК неоднозначна: зависит от локального напряженного состояния и асимметрии цикла нагру-• жения. Поэтому для нахождения а К необходимо определить асимметрию цикла И .

Для нахождения Й. используют установленные в работе закономерности: значения л К5 и при Ь = но зависят от схемы нагрукения, а отношение А^/К^на границе зоны имеет строго фиксированное значение, зависящее от & . Фрактографическим или рентгеновским методом определяют длину зоны . При I = определяют глубину циклической и монотонной зон пластической деформации под поверхностью излома и рассчитывают отношение IЗатем по графику А^/А^-й определяют асимметрию цикла нагружения. Зная й. , по известной формуле лК^-С-ЕЖ«,** рассчитывают л К .

"Для нахождения скорости распространения усталостной трещины по глубине пластических зон под поверхностью изломов используют графические зависимости При этом должно быть соблюдено подобие локального напряженного состояния материала у вершины трещины в контрольных образцах и инспектируемой детали, оценонное по критерию В работе показано, что для сплава Д16 кривыо не зависят от схемы нагружения, но связаны с асимметрией цикла нагружения.

Идентификация излома, т.е. определение,к какому из основных видов (хрупкому, вязкому или усталостному)он относится, является первоочередной задачей технической экспертизы, для решения которой, как, правило, используют фрактографи-ческие методы. Однако очень часто под действием механических повреждений, коррозии или иных факторов, поверхность издала может быть повреждена настолько, что фракгографичес-0 кие методы становятся "неприменимы. В работе показана принципиальная возможность проведения идеютгфикацяа таких изломов рентгеновским методом.

С этой целью отучали изменение шршш дифракционной линии от толщины стравленного слоя металла с поверхности хрупких и вязких изломов стали 20 с неиспорченной поверхностью и после механического пх затирания на разную степень. В последнем случае оценена глубина поврсждетюго слоя ме-

2В

талла. Показано, что даже при значительном механическом повреждении часть слабодеформированной макрозоны под поверхностью вязких изломов и монотонной зоны под поверхностью усталостных изломов остаются неповрежденными и могут. бить использованы для идентификации. По наличию данных зон можно судить о том, что разрушение было либо вязким, либо усталостным, а по изменению глубины пластических зон в зависимости от длины трещины можно отличить вязкий излом от усталостного. В отдельных случаях при инспекции таких изломов возможно определение характеристик материала и некоторых параметров нагрудения (статической трещиностойкости, направления распространения трещины, разрушающего напряжения при усталостном нагружении и т.д.).

Для разработки методики определения глубины поврежденного слоя в инспектируемом изломе впервые был проведен послойный текстурный анализ неповрежденных и затертых вязких и хрупких изломов стали 20*). По изменению обратных шлюзных фигур судили о формировании текстуры деформации в пластических зонах, а также в поврежденной области под поверхностью хрупких и вязких изломов. Показано, что послойный текстурный анализ может быть успешно использован как для нахождения границы поврежденного слоя, так и для непосредственной идентификации хрупких и вязких изломов с испорченной поверхностью, а также для изучения кинетики и механизма формировать микро- и макрозоны пластической деформации.

общие швода

I. Установлены общие закономерности образования зон пластической деформации под поверхностью изломов в материалах с 0ЦК- и ГЦК-решеткой при различных видах нагружения. Показано, что количество пластических зон не зависит от вида нагружения, а определяется локальным напряженным состоянием материала у вершины трещгаш. При плоской деформации (ПД) образуется только одна микрозона пластической деформации, а при плоском напряженном состоянии (ПН) - две зоны:

■^Послойный текстурный анализ был провзден совместно с сотрудником мифи, к.т.н. Перловичем Ю.А.

сшшюдефоршрованная микрозона и слабодеформированная ыакрозона.

Предложена-схема, иллюстрирующая кинетику образования у вершины трещины при однократных видах нагрукения в условиях плоского напряженного состояния двух зон пластической деформации.

2. Характер распределения мартенситных фаз в зонах пластической деформации метастабильных аустенитных сталей не зависит от вида нагрукения, а определяется микромеханиз-ыом разрушения. Пр[ вязком разрушении сталей количество

йС-мартенсита остается постоянным в пределах микрозоны, а при смешанном и хрупком разрушении - непрерывно уменьшается по глубине. При этом максимальное количество £ -мартенсита образуется на поверхности изломов, а Ь-мартенсита — под поверхностью, где.пластическая деформация ниже, чем на поверхности.

3. Экспериментально обоснован единый критерий оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины при различных видах нагружения как отношение максимальной глубины пластической зоны под поверхностью изломов к толщине образца (л,*,,^ ). Показано, что при ю"2 разрушение происходит в условиях плоской деформации, при

> 10~Х - в условиях плоского напряженного состояния, при 10" •¿•^.„„/■к^Ю- - в переходной области от ПД к ПН.

4. Установлена связь отношения ¡Ы]ЪС - ширины дифракционной линии, полученной с поверхности излома,к ширине линии эталона с критерием Аыл,/Ь . Показано, что /Ь//Ь0 также может служить критерием оценки локального напряженного состояния материала у вершины трещины, если разрушение не сопровождается фазовыми превращениями в зонах пластической деформации .

5. Сопоставление критерия А^/Ьс известными'критериями механики разрушения показало, что при статическом нагружении материалов с ГЦК-решеткой условие плоской деформации реализуется при !<Г0Л)г * 9 , а при циклическом и ударно-циклическом нагружениях - при '¿/(К^./С.г)2^ независимо от класса исследуемых материалов. Во всех слу-

чаях под поверхностью изломов .образуется только одна ылкро- ■ зона пластической деформации.

6. Установлена связь скорости роста усталостной третий, макрофрактографических особенностей строения пзлсыов (длины зон и , размеров губ среза), глубины пластических зон под поверхностью изломов сплава Д1Б с коэффициентом асимметрии цикла нагруженпя й. . Показано, что па границе зоны отношение глубины монотонной золы п цшсязческоЗ не зависит от схемы нагруяензя и может быть использовало для определения (2. .

7. Высокоскоростное импульсное и ударно-циклическое разрушите стальных образцов, поккыо образования пластических зон, сопровождается общим деформационным наклепоп материала. Обнаружена неоднородность такого наклепа в образцах, подвергнутых импульсному нагругешпа. Зарождение л развитие быстрых трещин происходит по областям с ""•пг.гпл^х". закаленностью кристаллической структуры.

8. Изучены ноше макро- и микрофрактографическло аспекты разрушения некоторых материалов:

- выделена зона -Сц на поверхности статических изломов литейного алюминиевого сплава ВАЛ15 с пористостью 5,2...6,2%. Показана связь длины данной зоны с толщиной образцов. Обра-' зование зоны ¿к приводит к резкому снижению статической трещиностойкости сплава;

- образование и увеличение длины зоны Ь на поверхности изломов аустенитных сталей приводит к резкому возрастанию их ударной вязкости;

- ударное разрушение аустенитной стали Н26Х5ТЗ, состаренной по механизму прерывистого распада,сопровождается образованием двух видов микрорельефа: игольчатого в областях прерывистого распада и ямочного, или скола (в зависимости от температуры разрушения) в областях, свободных от прерывистого распада.

9. Разработаны рентгеновские методы определения:

- статической трещиностойкости материала разрушившегося объекта по глубине пластической зоны под поверхностью изломов;

- асимметрии цикла нагружения при усталостном разрусе-

нии по соотношению глубины циклической и монотонной зон пластической деформации.

Показана принципиальная возможность идентификации изломов с испорченной поверхностью с использованием интегральной ширины дифракционной линии и послойного текстурного анализа материала вблизи поверхности изломов.

10. Получил дальнейшее развитие рентгеноструктурный анализ применительно к исследованию изломов:

- изучено влияние на ширину дифракционных линий шероховатости поверхности и градиентов деформации материала вблизи поверхности изломов;

- дан анализ погрешностей рентгеновского метода определения глубины пластических зон под поверхностью изломов;

- разработаны способы и устройства, обеспечивающие повышение точности определения глубины пластических зон под поверхностью изломов и структурных изменений материала в данных зонах;

- разработан емкостной метод измерения толщины стравленного слоя металла с поверхности изломов, учитывающий изменение профиля излома в процессе травления.

Вышеуказанные разработки легли в основу методических рекомендаций (Р 50-54-52-88), изданных во ВНИИНМАШ Госстандарта СССР. Экономический эффект от внедрения результатов НИР составил 670 тыс. руб.

Содержание работы отражено в следующих основных публикациях:

1. Клевцов Г .В., Швец Г.Б. Рентгенографический анализ как метод исследования изломов // В кн.: Аппаратура и методы рентгеновского анализа. - Л.: Машиностроение. - 1986. -Вып. 35. - С. 3...II. •

2. Клевцов Г.В., Sssepm А.Г., Кудряшов В.Г. Зоны пластической деформация как 1фитерии оценки напряженного состояния материала с ГЦК-решеткой при разрушении // Пробл. црочн. - 1988. - J5I2. - С. 61...65.

3. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Горбатенко H.A., Кудряшов В.Г., Клевцов Р.Г. Рентгеновский метод оценки локального напряженного состояния материала у вершини трещины при

однократных видах нагружения // Пробл. прочн. - 1991. -Ш. - С. 25...32.

4. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р. Рентгеноструктурннй метод оценки критических температур хрупкости // Завод, лаб,-1983. - Т. 49. - МО. - С. 30...33.

5. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Жижерин А.Г. Рентгеноструктурннй анализ изломов, полученных при ударно-циклическом нагружении Л Пробл. прочн. - 1985. - №7. - С. 32...34.

6. Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р. Рентгеноструктурннй анализ как метод исследования изломов П Деп. Кирг. ШЛИ, JÊ250 (8.12.86). - 1986. - 139 С.

7. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г. Рентгеноструктурннй анализ как метод экспертизных. исследований изломов с испорченной поверхностью // Завод, лаб. - 1987. - Т. 53. - .'.'2. -

С. 48...52.

8. Клевцов Г.В., Постников H.G., Жижерин А.Г., Гоцев И.О., Бакиров Ж.Т. Кинетика и фрактография усталостного разрушения сплава ВАЛ15 при различной асимметрии цнк-га // Пробл. прочн. - 1988. - Ш. - С. 31...33.

9. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г., Кудряшов В.Г. Влияние асимметрш! цикла и толщины образца на кинетику зоны пластической деформации в сплаве Д16 // Пробл. прочн. - 1989. -№5. - С. 58...61.

10. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г., Степанов Г.В., Мако-вей В.А. Особенности разрушения стали СтЗ, связанные с распространением быстрой трещины // Пробл. точп. - 1989. -№4.- - С. 25...28.

11. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г., Постников Н.С., Гоцев II.С., Бакиров Ж.Т. Исследование статической трещкностойкости высокопрочного литейного алюминиевого сплава системы /Iß-Cu-Si // Пробл. прочн. - 1989. - Г6. - С. 23...28.

12. Горбатенко H.A., Клевцов Г.В., Уваров А.И. Механизм разрушения и распределение мартенептной фазы в зонах пластической деформации стали Н26Х5ТЗ, состаренной по прерывистому механизму // Металловед, и термич. обработка металлов. -1990. - JS3. - С. 13...17.

13. Горбатенко H.A., Клевцов Г.В., Уваров А.И., Васоч-кина Т.П. Фрэктографический и рентгеноструктурннй анализ

ударных изломов закаленных марганцевых аустенитных сталей// Изв. АН СССР. Металлы. - 1990. - М. - С. 141...147.

14. Клевцов Г.В., Горбатенко H.A., Уваров А.И. Фазовые превращения в зонах пластической деформации под поверхностью ударных изломов стали H32T3 // Пробл. црочн. - 1990. -№7. - С. 49...56.

15. Клевцов Г.В., Бакиров Ж.Т., Кижерин А.Г., Ясинский К.К., Чурмуков Э.А. Влияние способов литья на структуру и усталостную црочность алюминиевого сплава ВАЛ8 // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1990. - J£5. - С. 96...102. ■

16. Клевцов Г.В., Горбатенко H.A., Уваров А.И. Мартен-ситные превращения в зонах пластической дефорлации при ударном нагружении закаленной стали Н26ТЗ // Металловед, и термич. обработка металлов. - 1991. - $2. - С. 13...17.

17. КлевцоБ Г.В., Горбатенко H.A. Метод определения температуры метастабильной аустенитной стали в локальном объеме материала у вершины распространяющейся трещины // Завод, лаб. - 1991. - Т. 57. - И. - С. 27...29.

18. Клевцов Г.В. Определение статической трещиностой-кости материалов по глубине зоны пластической деформации под поверхностью изломов // Завод, лаб. - 1991. - Т. 57. -№3. - С. 32...34.

19. Клевцов Г.В., Горбатенко H.A., Уваров А.И. Влияние фазовых превращений в зонах пластической дефорлации на механизм ударного разрушения закаленной стали 40Г18Ф // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1991. - J67. - С. 74...77.

20. Горбатенко H.A., Клевцов Г.В. Структурные изменения в зонах пластической деформации при ударном нагружении метастабильных аустенитных сталей // Пробл. црочн. - 1991.-№9. - С. 72...75.

21. Клевцов Г.В. К методике измерения толщины стравленного слоя с поверхности излома // Завод, лаб. - 1980. -Мб. - С. 739...741.

22. Клевцов Г.В., Меннер А.Л. Простейший прибор для графического разделения -дублета. // В кн.: Аппаратура и метода рентгеновского анализа. - Л.: Машиностроение. -1982. - Вып. 28. - С. 85...87.

23. Клевцов Г.В., Швец Г.Б., Кижерин А.Г. 0 подготов-

ке образцов к рентгеноструктурному анализу // Завод, лаб. -1983. - Т. 49. - MI. - С. 58...60.

24. Клевцов Г.В., Жижерин А.Г. Емкостной метод измерения толщины стравленного слоя металла с поверхности изломов и Завод, лаб. - 1986. - Т. 52. - №7. - С. 27...31.

25. Р 50-54-52-88. Расчеты и испытания на прочность. Метод рентгеноструктурного анализа изломов. Определение глубины зон пластической дёформации под поверхностью разрушения. М.: БНШШАШ Госстандарта СССР. - 1988. - 24 с.

26. Клевцов Г.В., Швец Г.Б. Прибор для вычерчивания синусоидальной кривой. - A.c. №740533 (СССР) Ц Б.И. - 1980. -№22.

27. Сапожников A.C., Клевцов Г.В., Швец Г.Б. Чертежный прибор. - A.c. .№895725 (СССР) // Б.И. - 1982. - И.

28. Клевцов Г.В., Меннер А.Л. Прибор для построения кривой распределения. - A.c. №918111 (СССР) // Б.И. - 1982.-№13.

29. Клевцов Г.В., ЗЕижерин А.Г., Меннер А.Л. Споооб измерения толщины. - A.c. №1201673 (СССР) П Б.И. - 1985. -М8.

30. Клевцов Г.Б., Клевцов Р.Г., Жижерин А.Г. Способ измерения толщины стравленного слоя металла. - A.c. №1458696 (СССР) // Б.И. - 1989. - №6.

31. Клевцов Г.В., Горбатенко H.A., Меннер А.Л. Установка для выращивания трещин в образцах материалов при циклическом нагружении изгибом. - А.о. Н640594 (СССР) // Б.И. -1991. - №13.

32. Клевцов Г.В. Способ определения статической трещя-ностойкости материала объекта. - A.c. №1672269 (СССР) // Б.И. - 1991. - №31.

33. Клевцов Г.В. Способ рентгеноструктурного анализа.-А.с. №1679315 (СССР) // Б.И. - 1991. -№35.