автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Применение предельной удельной энергии деформации для оценки состояния и поведения металла после различных технологий термической обработки

к»

1 НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПШ

, Ч

На правах рукопкск УДК 665.046:539.4.014,

СЕБЕРЮХЙН .Александр Николаезич

ВРВПНЕШ ПРЕДЕЛЬНОЙ УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ДЕФОРЛЩ®

ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И ПОВЕДЕШЬ МЕТАЛЛА ПОСЛЕ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

05-16.01 - металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ними Новгород 1992

уабота выполнена в Нижегородском государственном техническом университете.

Научный руководитель-доктор технических наук,профессор З.Л.СкупноЕ

Сантальные оппоненты:доктор технических наук,профессор Г.П.Гусдякова кандидат технических наук В.Г.Хутяйкин

Ведущая организацЕЯ-Производогвенное объединение.

"Нижегородский машиностроительный.завод". Защита диссертации состоится 25 июня 1993 года в час.

на заседании специализированного совета КО 63.85.05 при Нижегородском государственном техническом университета по адрасу:603600,Н.Новгород,ул.Минина,24,корп.1,ауц.1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан "_"_ 1383 г.

Учёный секретарь специализированного совета,.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕШСтаКА БАБО^К

Актуальность темы. Одной из характерных особенностей современного машиностроения является увеличивающееся потребление консгрукшонннх материалов, поэт ому проблема .экономки и рационального использования металлов остаётся одной из актуальных с научной и практической точек зрения.Традиционная задача ме-талловедения-установление связи "состав-структура-сзойство" много лет обеспечивала практику .Сегодня требуется белее глубока?; постановка задачи в гяне лахокденЕЯ связи "состав-струк-тура-состояниэ металла",которое в свою очередь зависит от технологии обработки и" определяет работоспособность металла. Дм оаевяи состояния требуются комплексные энергетические характеристики.

Б свете этой задачи привлекает внимание разрабатываемая с оО~х годов комплексная энергетическая характеристика-предельная удельная энергия зефоркапин.явлЕщанся наиболее информативным параметром'состояния и предлагаемая в качестве достаточно объективной и универсальной характеристики состояния и поведения металла.Закономерностям её поведения посвящена настоящая диссертация.

Цель работы. Изучение и обеднение закономерностей изменения предельной удельной энергии д&рормасии конструкционных сталей 10 структурных'классов после основных режимов объёмной термической обработки( отжиг,нормализация, закалка с отпуском) обеспечивающих разную твёрдость в зависимости от основных внутренних^содержание углерода и "легирующих элементов, плотность) и внегишх(налря2ёвное состояние) факторов и иг применение для оценки работоспособности деталей машин при разных напряжённых состояниях.

Научная новизна. Определены значения и установлены диапазоны изменения предельной удельной энергии деформации 90 конструкционных сталей 10 структурных классов в зависимости от химсостава и термической обработки;

Построена обобщённая диаграмма- структурно-энергетического и напряжённого сестаянкя для 90 конструкционных сталей 10 структурных классов после различных'режимов объёмной тер' 3

мяеской обработкеСотжиг,нормализация,закалка с отпуском),выражающая закономерности накопления и выявления уарутой энер-ш;

• Установлено вляяняе прочности,предельной •де$оршпзя£,пяог-' аостн,скорост релаксоцаа на предельную удзльнуэ зязрга» деформации^; -. .

Установлена взаимосвязь лредзльной удельас* энергии деформации с критериями вязкости разрушения и фрактальной механика разрушения;

Разработаны алгоритмы решения некоторых .задач.оценка качества Металлопродукции и работоспособности деталей макин с применением предельной удельной энергии деформации з комплексе с другими механическими характеристиками.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Заключается б получении и использовании диаграммы структурно-энергетического состояния для оперативной'и комплексной сценки состояния конструкционной стали,замены марки стали,разработки оптимальной технологии,прогнозирования работоспособности стали.

■ Результаты исследований использованы при разработке высокопрочной, теплостойкой азотируемой стали марки 20КЗНЗЩФБ-Ш для изготовления тяжелонагрузённкх зубчатых колёс,изготавливаемых производственным объединением "Нижегородский машиностроительный завод",а также при анализе дефектов и выработке рекомендаций до изменению технологии обработки деталей штамяовой■оснастки на Еязниковскоы заводе автотракторной осветительной арматуры. Основные положения.выносимые на зашит?:

1. Диаграмма структурно-энергетического состояния 30 конструкционных сталей 10 структурных классов после различных режимов термической обработки;

2. Установленные зависимости предельной - удельной- энергии деформации конструкционных сталей 10 структурных классов от структурно-энергетического состояния;

3. Установленные зависимости предельной удельной энергии деформации сталей марок 07X3^1,20АЗНЗМте-£ от напряжённого состояния;

4. Установленные взаимосвязи предельной удельного энергии деформация с плотностью,скоростьэ релаксации напрн^гкий,критериями вязкости разрушения и фрактальной механики разрушения.

Апробатптя работы. Основные разделы работы доложены и обсук-гёнк на научно-технической конференции "Интенсификация производства 2 качества машиностроительной продукции за счёт при- . менения конструкционные сталей с улучшенными технологическими свойствами"(Челябинск,1Э8?г.)»Межреспубликанской каучао-техЕЕческой конференш::: "Свойства поропков,композиционных материалов и дскрыкгй»технология их получения с ярикеяениеи Г№-пульсякх нагрузок, п обработки давлением"(Волгоград, 1939г.), 4-ой научно-технической жснфереютк "Современные дсстикения в теории и технологии пластической деформации металлов,тесмооб- . работке и з повышении долговечности изделш"(ГорькиН, 1939г.), Научно-технической' ковйрзренцш: "Пластичность и зе^ормпруекосгь при обработке мэталлов давлением"(Челябинск,1589г.),6-ом- Все-союзком симпозиуме по малошкловой усталости(йшинёв, 1991г.).

. Публикации. По результатам выполненных георетическпх к экспериментальных: исследовании опубликовало•5 статей к тезисов докладов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения,пяти глав,списка литературы из наименований.Работа содержит Ар 4 страниц текста,¡£2 рисунков, /<? таблиц.Общий > объём с,приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЩ,

Во Егр.ггатк об основана актуальность выбранной твмы,сЪ дрку-лировака цель работы, приведены' выносимые на защиту положения* 3 первой главе проведён анализ литературных источников ло теме диссертации. '

Проведённый литературный обзор показал,что'стандартные механические характеристики', такие как предел текучести,предел прочности,твёрдость,относительное удлинение к сужение не описывают реального поведения металла при эксплуатации,так как не учитывают временные процессы:релаксацию напряжений,изменение дислокационной структуры,кикромеханизш це^оркаппп и разрушения. Основной недостаток в том,что эти величины к в учкиза— ют напрязённого состояния,определяемого конфигурацией и условиями кагрукеяия детали.Особенно ярко это проявляется на примере ударной вязкости.Ударная вязкость-энергетическая характеристика, однако в её поведена; сложно гылели'ъ влияние проз-'

лости,пластичности,напряжённого состоявин,поэтому трудно полутень нечвртзаэдвй ответ об эксплуатационной надёжности детали. . 3 гасгсяЕве время развивается следуйте направления в разработке критериев трв'аиноргойхости;

I; Садозой-на базе коэффициента]интенсивности напряаенай КТс; С.) Хеформасзодаый-на базе критического раскрытия трезяни

3) Дефорааддонно-энергетический-на базе 3 -интеграла;

4) Ксгпдексный-яа базе фрактальной .механики разрушения. йспьт&нйт на вязкость разруаения широко используются 2 дро-

1';-.н:л8Яност7. з соответствии с ГССТ 25.506-55.

На с&годьясний день является одним зз определявших пока-зат-элэ;-. сопротивления хрупкое,разрушению,огаакс для него характерен ряд недостатков.Так,Кт^ не учгтнваег сопротивления за-рогдеез тсещины.Для определения К|0 необходимо изготовление •еяегзальннх .образцов, позволяющих реализовать схему объёмного • напряжённого к плоского дефоршрованного состояний,что во многих случаях, особенно для пластичных материалов,требует исполь--зования весьма пассивных образцов.

Наряду с КТс проявляется большой интерес к <7:-интегралу.-Связано это с теы.что нестабильное распространение трещины возможно и е тех случаях,когда объём пластической зоны больше-допускаемого -для определения К^.Позтому .для пластичных материалов яуген метод,не требующий ограничений пластической деформации в зоне разрушения.

■Литературный обзор показал,что К^ ,Э-интеграл, <$*с .могут применяться только к уже созданным я хоросо. известным материалам, даэт хорошиЗ результат только в тех условиях, для которых они созданы.Кроме того,реальные конструкции редко разрушаются до законам линейной- механики,а выработка инженерных формул для расчёта -интеграла для. общего случая упруго-пластического тела-дело очень слогяое.Методы - определения-К7 и ,7 -интеграла очень трудоёккк. • -

Поэтому е последнее врзкя волушк. развитие предложенная 2кль«о концепция предельной удаль ноЯ энергии деформации.По а предельной удельной энергией деформации• погтаая? площадь под кривой растяжении: в осях -<й,гце ^-истинное пвплщте, £е -истинная д&£срг.8Цйя. Предельная удельная энергия дее ор;.лац;:к обладав? сдсзущиыа ■асзтухистггхя:

I. Предельная удельная энергия иъфодшхз. представляет собой «¿шшг? для данного"'кате спала; *

2. Величина предельной удельной энергии деформации не завися? от числа следующих друг за другом нагрузок;

3. Величина предельной удельной энергии деформации остаётся практически постоянной при действии циклической нагрузки;

4. Степень загрязнения металла существенно влияет на предельную удельную энергию деформации и,таким образом,этот показатель мокет быть использован для4 оценки .чистоты металла;

5. С позиций синергетики,изучающей'обцие законы поведения неравновесных скстем.к которым относится структура металла, предельная удельная энергия деформации контролирует точки бифуркаций,при достижении которых -в металле возникают неравновесные фазовые переходы;

6. Величина предельной удельной энергии деформации согласно уравнению Дэриса-Эрдогана контролирует скорость распространения усталостной трецины.

Технология обработки и структурные составляющие создают множество механизмов упрочнения и состояний,свойственник сталям различных структурных классов.Важным технологическим фактором являе'тся_температура,которая еще более усложняет поведение Поэтому рассмотрение зависимостей 1А/с только в цорекристал- -лизапйонном интервале температур уяе представляет актуальную • . задачу.

Анализ литературных источников показал,что в литературе отсутствуют:

1) Систематические данные о закономерностях, изменения 1"/с от основных внутренних(величина зерна,содержание примесей,степень легирования,морфологические особенности структуры) и внезяихСтемпература,скорость деформации,схема нагружения) факторов; ■

2) ¿:&внке о диапазонах изменения IV для сталзй различных структурякх классов после различных режимов термической обработки; .

3) Данные о связи Ьг с твёрдостью,прочностью,предельной зе-формж:ей, структурно-энергетическим состоянием; •

4) Данные о зависимости- у/с от напрял» як его состояния д;еталлоз, облааасакх разной- предельной деформацией,плотностью,скорость» релаксаппл напряаензЕ.

С учётом литературных данных сформулированы пели и задачи исследования,репеязе которых и составило основное содержание

• гу

Во второй главе приведено описание•исследуемых сталей,методики проведения экспериментов,методики расчётов.программы расчетов для ИЭШ "Электроника-85",характеристики лабораторного оборудования.

Для исследования диапазонов и закономерностей изменения, предельной удельной энергии деформации б зависимости от химсостава, структурно-энергетического состояния были Еыбрааы 90 конструкционных сталей 10 структурных классов в 150 состояниях после различных режимов термической обработки(отжиг,нормализация , закалка с отпуском).

Для исследования закономерностей изменения предельной удельной энергии деформации-от показателя напряжённого состояния были Еыбранн высокопрочные стали мартенситиого класса марок 38Х2Н2МА ГОСТ 4543-81,07ХЗГНМ ТУ 3-1078-76,опытная плавка стали 20ХЗНЗМГФ-Ш.

Величина предельной удельной энергии деформации определялась по результатам испытаний на растяжение цилиндрических образцов, как гладких,так и с кольцевыми надрезами с радиусами от 8 до 0,2 мм и рассчитывалась по Формуле.: :

; Wc-^inj-e^fnj/f^j, ш

где ¿7^(11)-сопротивление разрыву при соответствующем напряжённом состоянии; • £-дред.(д)_Предельная д^орщацця При соответствующем яапртжёняом состоянии;

П -показатель деформационного упрочнения.

Показатель структурно-энергетического состояния рассчитывался по Формуле: •■'■'■■

" /7 ~т ?

/ 'сэс - (JTP: ' (2)

где ЕВ-гвёрдостъ-стали;

-предел текучести железа, (Зтк^300 МПа.

Показатель напряжённого состояния у образцов с надрезами рассчитывался по Фосмуле:

...n=h3Enfi+fjrJ> (з)-

где аш-диамегр- образца в месте кольцевой еыточки;

5н-радиус кривизны кольцевого Ьадреза.

■ Скорость релаксации напряжений определялась по результатам испытаний на сжатие миниатюрных'цилиндрических образцов на релаксометре конструкций • В®ТЙ

Плотность определялась методом тройного гидростатического взвешивания яа аналитических весах АДВ-200.

Для исследуемых сталей по методике В.С.Ивановой . рассчитаны параметры фрактальной.механики разрушения:

Комплекс 11д для стадии зарокдения трещины рассчитывался по формуле: ,

Пд^и/сУ&Г' (4)

Комплекс Тф для стадии распространения трещины по формуле:

Т<р= Ктс . (5)

Фрактальная размерность J) и коэффициент масштаба М рассчи- ^ вались из усавнения

Значения Щ? »M приведены в таблице 3.

Микроструктура" исследовалась на микроскопе ЖР-4 при увеличении 500. Фракгогратические исследования изломов проводились на растровом электронном микроскопе РЗМ-200 при увеличении 750. Диапазоны изменения изучаемых параметров составили:

а) твёрдость по Брикеллю от 1260 до 6273 МПа.что соответствует диапазон}' изменения показателя струкгурно-энзргетического состояния Псэс от 2,2 до 18,9;

б) предельная удельная энергия деформации' Wс от 50 до 1800 МДк/м3;

в) показатель напряжённого состояния П от I до 7,5;

г) плотность от 8S00 кг/м^ до сЭОО кг/м3;

д) скорость релаксации напряжений от 0,48 • 10"^ до 2,2 • 10~^1/с. ■ Все расчёты проводились с применением ПЭ&М "Эдактрсника-85,г.

Относительная погрешность определения предельной удельной энергии деформации составила не более 4%.

3 третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований.

Построена обобщённая диаграмма структурно-энергетического ' состояния 90 конструкционных сталей 10 структурных классов (рис.1).

Установлено,что показатель структурно-энергетического сос- • тсяшш конструкционных сталей находится в интервале от I до18,9.

Зяйчаяия и/с составили у сталей: .

ферритного класса - от 300 до 1050 МДк/м3

аусгенитно-ферритного класса от 200 но 760 МДд/м3

аустенитного класса от 250 до 600 Щк/м3

аустенитяо-шртенситного класса от 200 до 1С80 Щя.

мартенситяо-ферригяого класса . от- 700. до ИЗО МДн/м3

перлитного класса 'от 300 до 1300 Щн/м3

мартенситного класса от 350 до 1600 МДя/м3

перлитно-мартенсигного класса от 300 -до 1200 ВДж/м0;

мартенситно-стареюящх . - от.700 до 1700 ЗДе/м3;

аустенитнах метастабилъных- от 50 до 800 МДж/м3.

Не, наблюдается какой-либо определённой законоглерности в изменении состояния стали.Каялый класс стали занижает свою область значений,причём эти области перекрываются.

Построены диаграммы предельного состояния исследуемых сталей в осях ^ -П.г^ -П,- £Еред'-П, Ь^-П(рис.2).При повышении П от I до 7 уровень (у^.как и уровень <£'пРед- снижается в 4-5 раз,значения £?*в и при этом увеличиваются на 30-40%.

Исследование совместного влияния структурно-энергетического и напряжённого состояла на поведение ^показывает,что при переходе к более прочным сталям 1/с более резко реагирует на изменение напряжённого состояния.Так,у стали 20(Псэс=4),при изменении, П от I до 4,2 уменьшилась в 1,7 раза,у стали 45 (Псэс=5,8) при увеличении П от I до 4 1л/с уменьшилась в 2 раза,у стали 16ХСНШсдс=13)при повышении И от I до 5 снизилась более чем в 5 раз.

Кривые аналогичны зависимостям К^ ,¿7 -интеграла от

толщины образца.Это даёт возможность в ряде случаев для оценки качества металла использовать'зависимости Ь^-П вместо и и -интеграла.

В таблице I приведены сравнительные результаты определения* "вязкости разрушения для пяти плавок стали 38ХК31®А методом трёхточечного изгиба по ГОСТ 25.506-85 и расчётным путём с помощью Ь^ по следующей формуле: . " '

где 1у С(П)-величина предельной удельной энергии деформации при.сложном напряжённом состояния.

I у Шы

т блгМПа

/ £ 3^ 5 6 7 8 3 Ю 11 1! /У 13 /( /7 Псэс Рис.I.Диаграмма структурно-энергетического состояния конструкционных сталей. '

1-ферритные стали,2-аустенитно-ферритнке стали, 3-аустенитнке стали,4-аустенитно-мартенситные стали, 5-мартенситно-ферритяые стали,6-перлитнне стали, 7-мартенситные стали,8-перлитно-мартенситные стали, 9-мартенситно-стареющие стали.

чщ

1> мз то

/500 ноо

700 300

—-

/ 2 3 4 5 6 7 /7

Рис.2.Зависимость предельной удельной энергии

деформации стали 07ХЗГЕМ от показателя напряжённого состояния.

1-отпуск 250°С,2-отпуск 450°С,

3-отпуск 650 С. . //

: Номер: :плавки: МПа : Ша : 6 : ■% Г % К1с расч., кгс/мм^ К1с кгс/т

. т . ■ 1080 : 1200 : 16,5 65 350 330 :

: 2 : -868 : 1094 : 18,4 61,7 322 330 :

: 3 : 1175 : 1260 : 12 43 .298 303 :

: -1' : 975 : 1090 : 14 43 ' 347 358 :

:' 5 : 1020 : 1120 : 14 45 347 375

Эксперименты по эцре/, ..ленив плотности показали,что плотность у :исследуемых сгадей очень слабо влияет на величину

Б таблице 2 приведены результаты исследований взаимосвязи скорости релаксации.напряжении а и к^.

.'.'■- Таблица 2

: Марка : стали : а-104,: : 1/с П=1. : 11=2,5 . : 11=7,5

: 38Х2Н2МА' : 1,2 . : 0,44 1600 : 930 : 440

: 07ХЗГНМ : 1,3 : 0,21 2070 : 1175 : 530

: 20ХЗНЗМГФ-Ш : 0,5 0,96 2019 : 575 : 350

Из таблицы 2 следует,что увеличение скорости релаксации на 8-10% приводит к увеличению на 30% и к снижен:® показателя чувствительности к надрезу /¿ув 2 раза.

Результаты фрактографического исследования -показывают*что вид излома характеризует энергоёмкость разрушения. У стали 07ХЗПМ, обладающей среди исследуемых сталей максимальным уровнем \л/с пои сложном напряжённом состоянии ( Ь/=530 при П=7)

*• > и | / О

вязкое разрушение,в изломе стали 3£Х2Н2МА(. |л/с=440 ЬЩк/м при 11=7,5) наблюдаются участки квазискола,у стали 20ХЗНЗМГФ-Ф ( Ус=350 МДж/м3 при П=7,5)-меазёреяное разрушение.

Для исследуемых сталей рассчитаны критерии фрактальной механики разрушения. У стали 07ХЗГШ максимальные значения комплексов Ид ,1^,'й,]) .соответствующие вязкому разрушению. .У стали 20ХЗНЗ£Г&-Ё самые низкие среди ■иссле.цуемых сталей значения параметров фрактальной механики разрушения!табл.3).

Предельная удельная энергия деформации и параметры фрактальной механики разрушения омпле ксны а

: Марка • : стали : МДж/м" :Klc' 1/21 : МПа н1/й: ■ЛШяК^2 D : М • Я.г '•

; 38Х2Н2МА ; 1500 : 113,3 : 1,03 : IIG468 2,8 : 0 :0,42:

: . • : 400 : : 0,39 : :

: 07ХЗГШ : 2076 : : 534 : 121 : 0 у «-/ 0,59. :.112500 2 • т "0,21'

: 20ХЗНЗМГФ- 1750 i Ш 5 320 : 63,2 : 1,55 0,28 : 73249 1,6 :0,31:

Примечание.В .числителе приведены значения и П^ для гладких образцов(П=1) ,в знаменателе для :бразцов с кольцевым надрезом 2=0,2(П=7,5).

В четвёртой главе приведены теоретические обобщения и анализ экспериментальных данных.

Обобщённая диаграмма структурно-энергетического состояния, Еыражззощая-закон накопления и выделения энергии показывает,что не наблюдается строго монотонного закона в'изменении значений

[у^.хотя сбщая тенденция состоит в реете ТЕёрдости,Лс,,с, Диаграмма позволяет получить.закономерности поведения от различных факторов:

а) степени загрязнённости неметаллическими включениями-,плотнсс-ти(пористоста);

б) скорости нагружеяия,скорости релаксации напряжений и их соотношения;

в) схемы напряжённого состояния:

Согласно уравнении (I) поведение VI^ будет зависеть от вклада этих факторов в изменение как прочности( (эч) так и прецельной дефорьадии. •

При постоянном значении £с-~еА" рост будет определяться увеличением (? ^ и

Снияение содержания примесей практически не отра~ается на величине (? „ и Повышение пористости долено приводить к

сникзнвю прочности.Вследствие очень малого изменения плотности зсследгекнх сталей показатели псочности и практически не

" ' >3

реагировали ка неё.

Зависимость ф^ от величины зерна определяется уравнением Ходла-Петча. Измельчение зерна приводит к повышению ¿5"!, и Пои постоянных значениях прочностных характеристик рост к"с будет определяться увеличением предельной деформации. Снижение содержания г зиме сей как поавило повышает цредельнт^ деформацию и

При повышении пористости ^ЧРЗД- снижается очень сильно (в 3-4 раза),соответственно будет сникатся

Уравнения зависимости от величины зерна нет. Влияние величины зерна на и можно косвенно представить

через Елиякне концентрации примесей,концентрации напряжение,' количества дефектов в границах,соотношения скоростей, деформации г. релаксации напряжений.Повышение концентрации примесей, г.скц£к'грац2и наярякекиЁ сникает Е де/. Повышение плот-

¿сетп повылает и /р , Повышение скорости релаксации

напряжений на 6-10 % приводит к повышении. ка 30й,в основном за счёт роста

Снижение при увеличении показателя напряжённого' состояния П объясняется уменьшением объёма зоны пластической деформации перед вершиной трещины,что приводи? к снижевю доли релаксируе- -мой энергии пластической деформации,к повышению склонности к разрушению отрывом.

Калрязг.г:-шое состояние и скорость релаксации оказыЕавт цроти-ьополаакое воздействие на поведение ¡//с. Повышение "жесткости" напряжённого состояния охруячивает .материал.Однако достаточно высокая скорость релаксации может эффективно затопмозить наступление хрупкого разрушения и поднять уровень уу ,

' £• пятой главе приведены результаты промышленного внедрения результатов исследований.. :

Установленные в диссертации закономерности изменения Игс. использованы при разработке высокопрочной ?вотируемой стали .для тяжелонагрукеиных зубчатых; ко^с,изгстаЕлкг&ехжх ка производственном объединении "Нижегородски!: машиностроительный завод",а также пои анализе причин разрушения -и выработке рекомендации по довкиенкв стойкости инструментальной и штамповок оснастки на Бязникопском заводе автотракторной освети- . тельной арматуры.

Н - '

Предельная удельная энергия деформации -мсжет быть использована:

1) 3 качестве сдаточной характеристики при предъявлении готовой ародукции.ОТК;:

2) При анализе причин возникновения брака;

3) Зри разработке новых сталей для опенки влияния технологические факторов металлургических переделов;.

4} При разработке- технологических процессов термической д-пластической обработки.

Предельная удельная энергия деформации применима для. исследования высокопрочных конструкционных сталей, например мартен-ситного класса и высокопластичннх сталей,например,ферритного класса. Использование для исследования высокопрочных хрупких материалов,таких как тугуны,инструментальные стали, порошковые материалы не рекомендуется ебиду низкой пластичности перечисленных гатераалов.

Разработаны алгоритмы реиения некоторых, технологических задач с применением [у „ з комплексе, с другими механическими характеристиками. •

ВЫ 3 ОДЫ.

Основные результаты работы следующие.

1. Выполнено обобщение зависимости предельной удельной энергии" деформации сталей.10 структурных классов от твёрдости и построена диаграмма структурно-энергетического со стояки конструкционных сталей,выраяазжцая закон накопления и выделения энергии. Анализ показывает,что у сталей перлитного,мартенсит-ного,перлитяо-мартенситного,ферритного,аустеяитно-4:ерритно-•го классов в отозешнном,нормализованном,высокоотпущенном состояниях уровень ¡/с составляет от 200 до 700 ЫДд/м3. Средние значения 1А/с в интервале от 700 до 1000 МЛд/м3 достигаются з основном путём закалки и отпуска при 400-о00°С, Высокие значения У э интервале 1С00-1300 МДя/м3 у статей этих классов достигаются в основном путём закалки и отпуска при температурах либо ниже 400°С ,лкбо вше Показатель структурно-энергетического состояния конструкционных сталей дкаяетсл от I до 18.

2. Получеки диаграммы предельного состояния конструкционных

сталей,включающие зависимости временного сопротивления разрыву, истинного сопротивления разрыву,предельной деформации и предельной удельной энергии деформации от показателя напряжённого состояния П. Поведение предельной удельной энергии деформации определяется главным образом поведением предельной деформации г.т слабом• изменении прочностных характеристик.У конструкционных сталей предельная удельная энергия деформации снижается в 4-^ раз при повышений показателя напряженного состояния от I до 7.

3. Построена диаграмма структурно-энергетического состояние конструкционных сталей с учётом напряжённого состсяния.Показа-но.что повшенве показателя структурно-энергетического состояния от 4 до 13 приводит к увеличению скорости снижения

б 3 раза. Это значит,что высокопрочные стали более резко реагируют на изменение напряжённого состояния. При исследовании поведения сталей необходим суммарный учёт.обоих показателей.

4. Построены релаксационные кривые и получены значения скоростей релаксации для сталей марок ЗЗХ2Н2МА,071етШ,'2ШЗИЯФ-Ш. Показано,что скорость релаксации оказывает решающее влияние на поведение предельной удельной энергии деформации. Увеличение скорости релаксации напряжений на ЗС# вызывает повышение

. уровня Р/с в 2 раза.

5. Получены значения плотности сталей 38Х2Р3.^07ХЗШ,2СКЗНЗ- '

.Показано, что плотность изменялась мало и практически не повлияла на величину и поведение |'УС-

6. Анализ диаграмм предельного состояния показывает,что поведение |у'с аналогично поведению К-г ■ и 3 -интеграла от толщины образна.Это свидетельствует об органичной связи с 'КТс и

»7 -интегралом,что позволяет в ряде случаев определять критерии вязкости разрушения без проведения•специальных испытаний. Разработан алгоритм решения данной задачи.

7. Величина и поведение предельной удельной энергии деформации соответствуют характеру изменения- комплексов фрактальной механики разрусенкя Щ Л,И .Более высокие значения Ус яри сложном напряжённом состоянии соответствуют более высоким значениям П^ ,что характеризует более вязкий характер раз-руления, что подтверждается результатами фрактографического анализа изломов исследуемых.сталей.

6, Предельная удельная энергия' дет-ормаши является сильной структурно—чувствительной характеристикой. ^ реагирует на изменение содержания углерода,ясямесей а неметаллических включений,изменение резака термической обрассгки.тго позволяет использовать её лля опенка качества ме галяопрояуяЕЗШ. 3. Результаты исследования использовались три разработке высокопрочной теплостойкой стали для изготовления-тязелснагру-зсенных зуЗ чатах колёс я отработке реявша термической сбработ-. кц это2 стала.

Ссыовные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Скуднов З.А.,Северюхин А.Н. К Еопросу о сеязи удельной предельной энергии деформации с твёрдостью стаж.//Известия Вузов.Чёрная металлургия.-1992.-М.-с. 41-43.

2. Скуднов З.А..Северюхзн А.Н. Оценка предельного состояния стали 09XI6H45.//Обработка металлов даалением:МеявузоЕский сборник.Свердловск, ЛЗИ.1Э89.С.41-45.

3. Виноградова B.S. .Северзэхин А.Н. Прогрессивный метод оценки качества сталей./Д'енреспублзлкачская научно-техническая конференция "Свойства порошков,композиционных материалов и покрытий, технология их получения с применением импульсных нагрузок и обработки давлением":Тез.докл.Волгоград.1939.с.10-11.

4. Скуднов В.А.,СеЕёрюхин А.Н. Закономерности изменения удельной работы разрушения для сталей различных структурных классов.// д-ая р-аучяо-техническач конференция "Современные дастижения

в теории л-технологии пластической деформация металлов,тер-мообраб тке и в повышении долговечности изделий":Тез.докл. Горький,:989.с.26.

5. Скуднов В„А.,Севершз1Я А.Н.,Мешков Д.Е. Закономерности сопротивления разрушению,предельной деформации и удельной работы разрушения и их применение зла комплексной оцени;

- поведения металлов.// I Всесоюзный симпозиум по малоцикловой усталости:Тез.докл.Кишинёв.1991.с.II.

Севарюхин Александр Николаевич

Автореферат диссертации на'соискание ученой степени кандидата технически наук

Подп. к печ. 17.05.93. Формат 60х341Дб. -Бумага оберт. Печать офсетная. Уч.~изд.лЛ,0. Тираг 100 зкг. Заказ 150. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати полиграфической базы Нижегородского госудзрстввнного'технического университета. 603022,Н.Новгород,-

пр.Гагарина,!.