автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей

На правах рукописи

Дронов Виктор Степанович

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ НА КИНЕТИКУ ЛОКАЛИЗОВАННОГО УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ

Специальность 05 16 01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

и и*3

Тула 2008

003449471

Работа выполнена на кафедре «Физика металлов и материаловедение» Тульского государственного университета

Научный консультант доктор технических наук,

профессор

Головин Станислав Алексеевич

Официальные оппоненты- доктор технических наук,

профессор,

Филиппов Георгий Анатольевич

доктор технических наук, профессор

Гуляев Александр Александрович

доктор технических наук, профессор

Клевцов Геннадий Всеволодович

Ведущая организация ГУП «Конструкторское бюро

Приборостроения», г Тула

Защита диссертации состоится /^ноября 2008 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 271 03 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу 300600, Тула, пр Ленина, 92, ТулГУ, 9 учебный корпус, ауд 101

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТулГУ. Автореферат разослан « -У »

Ученый секретарь диссертационного совета '¿¿4. { ( ¿у-сЛ^- Тихонова И.В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В настоящее время к используемым и вновь создаваемым сталям предъявляются эксплуатационные требования, среди которых выделяется сопротивление усталости в большом диапазоне нагружений, в том числе при высоких амплитудах напряжений и заданной ограниченной долговечности, а также при напряжениях, близких к пределу выносливости сталей со сверхвысокой долговечностью Обеспечение ресурса по этим показателям является актуальной задачей прикладного материаловедения

Усталостное разрушение обусловлено процессами развития и накопления циклической пластической деформации, масштабы которой зависят от состава, структурного состояния, степени гетерогенности материала и его запаса пластичности Проявление циклической пластической деформации можно характеризовать тремя частично перекрывающимися процессами, отличающимися типом и локальностью развития Это - упрочнение и разупрочнение, определяемые структурным состоянием всего объекта, зарождение трещин в локальной области, контролируемые характером структурного строения в микрообъемах; продвижение трещин в среде с измененными свойствами, отличными от исходных

Интенсивность данных процессов определяется параметрами циклического нагружения амплитудой и асимметрией цикла, видом напряженного состояния, градиентом напряжений и др При этом влияние пластической деформации неоднозначно- она источник накопления поврежденноеги и роста трещин, с одной стороны, и зона релаксации напряжений, с другой стороны Несомненным является влияние состава, структурного состояния и степени гетерогенности на развитие циклической макро- и микропласгической деформации, а также на развитие трещин, соизмеримых с размерами структурных элементов

К настоящему времени экспериментально установлено проявление нестабильности процессов усталости, связанных с развитием циклической пластической деформации Нестабильность формально выражается в форме нарушения монотонности кривой усталости разного рода разрывами и перегибами при испытаниях как гладких образцов, так и образцов с концентраторами напряжений.

В этом случае кривая усталости представляется разделенной на участки с отличными зависимостями долговечности до разрушения в функции амплитуды напряжений По физической сути такая нестабильность связана с изменением механизмов зарождения и распространения усталостных трещин и условий, влияющих на эти процессы. Значительный вклад в исследования стадийности усталостных процессов и влияния циклической пластической деформации на развитие разрушения внесли такие ученые, как В.С Иванова, В.Т Трощенко, В.И. Шабалин, J1.P Ботвина, Н А. Махутов, В Ф Терентьев, В В Панасюк, А PuSkdr, С А. Головин, А В Гурьев, Т Yokobori, М Klesml, Р Lukas, К J Miller, У Murakami и др О значительном интересе к отмеченной проблеме свидетельствуют регулярные международные конференции по вопросам сверхвысокой долговечности и разрушения

В промышленности используется широкий спектр сплавов с различной гетерогенностью структурного состояния В последнее десятилетие значительный интерес проявляется к разработке высокопрочных азотосодержащих сталей ау-стенитного и аустенитно-мартенситного классов, в которых частичная замена легирующих элементов, а также микролегирование ниобием позволяет сократить расход легирующих материалов и нормировать их структурное состояние и, следовательно, усталостные характеристики Стали в состоянии среднего отпуска после закалки отличаются хорошим сочетанием прочности, пластичности и вязкости, коррозионной стойкости и хорошей обрабатываемостью Однако сведения о механизмах сопротивления механической усталости таких сталей весьма ограничены Учитывая, что фиксирование карбонитридных дисперсных включений в твердом растворе осуществляется посредством термической обработки, необходимы исследования влияния структурного состояния при зарождении и развитии усталостных трещин

Находят также широкое применение высокопрочные, умеренно легированные качественные стали мартенситного класса. Это стали со средним содержанием углерода и легированные хромом, никелем, молибденом и в небольших количествах ванадием и др В нормализованном состоянии основным упрочняющим фактором умеренно легированных сталей является углерод Роль легирования в

упрочнении значительно проявляется при фазовых перестройках в процессах закалки и отпуска Повышение прочностных свойств достигается за счет измельчения зерна и увеличения дисперсности, изменения гетерогенности структуры и приводит к различным механизмам микро- и макроразрушения Использование таких сталей для высоконагруженных изделий требует информации о длительности периода до зарождения и продолжительности распространения усталостных трещин.

Целью настоящей работы является установление влияния структуры конструкционных сталей на масштаб локальной циклической деформации, приводящей к зарождению и развитию усталостных трещин, и путей повышения перегрузочной способности конструкций в условиях ограниченной и сверхвысокой долговечности

В работе использованы комплексные исследования механических свойств сталей при статических и циклических нагружениях, оптический, фрактографи-ческий и магнитный методы анализа структурной поврежденности, критерии предельных состояний механики разрушения. На этой базе рассмотрены прикладные вопросы прогнозирования локализованной усталостной поврежденности и ресурса работы стальных конструкций грузоподъемных машин

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: 1. Выявление общих закономерностей влияния состава и структурного состояния сталей ферригно-перлитного, аустенитно-мартенситного и мартенситно-го классов на форму и параметры кривых усталости в широких диапазонах на-гружения и долговечности

2 Построение кинетических зависимостей размера пластической зоны и роста усталостных трещин в ферритно-перлитных и аустенитно-мартенситных сталях с использованием различных методов их идентификации.

3. Определение механизмов формирования подповерхностного зарождения разрушения на включениях при напряжениях ниже нормированного предела усталости и сверхвысоком числе циклов

4 Построение регрессионных зависимостей скорости роста трещин от значений коэффициентов интенсивности напряжений для высокопрочных сталей и определение показателей их трещиностойкости

5 Установление влияния режимов термической, обработки на параметры усталостного разрушения и разработка рекомендаций, удовлетворяющих эксплуатационным свойствам долговечности до зарождения трещин и живучести с трещиной высокопрочных сталей

6 Разработка и обоснование основных положений диагностики интенсивно нагруженных стальных конструкций грузоподъемных кранов на базе анализа структурного состояния и критериев механики разрушения

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем-

1 Для сталей с различной структурной неоднородностью, включающих ферритно-перлитные с мягкой матрицей и твердыми составляющими, аустенит-но-мартенситные с твердой матрицей и пластичными прослойками, а также мар-тенситные с жесткими структурами, получены регрессионные кривые усталости в широком диапазоне амплитуд напряжений, устанавливающие зависимости числа циклов до образования трещин и до разрушения от масштабов циклических пластических деформаций и степени гетерогенности структур

2 Установлены монотонный характер роста пластической слабодеформиро-ванной макрозоны в ферритно-перлитных малоуглеродистых сталях в условиях асимметричных циклов и плосконапряженного состояния, сопровождающийся утяжкой поперечного сечения, и негомогенный характер упрочнения сильноде-формированной микрозоны у вершины продвигающейся трещины

3 Механизмом формирования пластической микрозоны в аустенитно-мартенситных сталях является образование ориентированного мартенсита деформации перед вершиной растущей трещины в условиях плоскодеформирован-ного состояния

4. Механизмы зарождения и развития трещин в стали аустенитно-мартенситного класса на сверхвысокой базе (> 108 циклов) проявляются в двух формах, посредством развития микропластических деформаций на включениях и слиянием пор на мартенситных субграницах,

5. Получены кинетические зависимости скорости роста трещин в областях 5 Ю'10 ЛО"8 м/цикл в аустенитно-мартенситных и 10"8 . 104 м/цикл в мартенсит-

ных высокопрочных с талях от амплитуд коэффициента интенсивности напряжений для нагружений. Определены показатели живучести высокопрочных сталей с трещиной в зоне многоцикловой усталости Оба диапазона изменения скорости роста трещин описываются зависимостями одного типа и соответствуют стабильному участку кинетической диаграммы усталостного разрушения

6 Предложена обобщенная кривая усталости, на которой выделены критические напряжения, отвечающие сменам механизмов зарождения и развития трещин, определяемым в зависимости от масштаба циклической пластической деформации, структурного и напряженного состояний сталей (ферритно-перлитных, мартенситных и аустенитно-мартенситных)

7 Установлено, что при средних перегрузках наибольшей долговечностью обладают азотосодержащие аустенитно-мартенситные стали (для стали 08Х14АН4МДБ закалка от 1050 °С с отпуском при 400 °С) Для промышленных изделий, требующих высокую перегрузочную способность, рекомендуется сталь 30ХН2МФА изотермической закалки от 860 °С с отпуском при 300 °С, удовлетворяющая показателям ограниченной долговечности и трещиностойкости

8 Разработаны и апробированы методики технического диагностирования интенсивно нагруженных металлоконструкций и расчетные оценки остаточного ресурса конструкций, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей, основными предельными состояниями которых являются накопленная усталостная поврежденность и развитие усталостных трещин критической величины

Основные положения, выносимые на защиту

- регрессионные зависимости долговечности сталей основных структурных классов от уровня приложенных амплитуд номинальных напряжений с учетом масштабов развития циклических пластических деформаций и их влияния на условия зарождения и роста трещин,

- закономерности развития структурной поврежденности в пластических зонах у надрезов и перед фронтом развивающейся трещины для сталей ферритно-перлитных и аустенитно-мартенситных структур,

- механизмы зарождения разрушения в аустенитно-мартенеитной стали с упрочнением дисперсными карбонитридными включениями на сверхвысокой базе испытаний,

- кинетические зависимости роста усталостных трещин в высокопрочных сталях мартенситного и аустенитно-мартенситного классов и показатели долговечности до зарождения трещин и живучести с трещиной высокопрочных сталей,

- выбор составов и режимов термической обработки высокопрочных сталей по показателям долговечности до разрушения, трешиностойкости и перегрузочной способности,

- разработанную методологию оценки предельного состояния и остаточного ресурса интенсивно нагруженных металлоконструкций, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обеспечивается комплексным использованием современных методов исследований и оборудования, стандартных и оригинальных методик, согласованностью результатов лабораторных и эксплуатационных испытаний с учетом статистических и компьютерных методов обработки данных, а также согласованность результатов с работами и выводами отечественных и зарубежных авторов

Практическая значимость работы

Проведенные исследования нашли практическое использование:

- для выбора составов и термической обработки высокопрочных сталей по показателям ограниченной долговечности и трещиностойкости при высоких уровнях перегрузки (ГУП «КБ приборостроения», г. Тула, заключение об использовании от 22.01.2004),

- для выбора режима отпуска закаленной аустенитно-мартенситной стали 08Х14АН4МДБ, отвечающего требуемому сопротивлению усталости (ИМЕТ РАН, г Москва),

- при разработке способа диагностики стальных конструкций по накопленной макропластической деформации локальных участков поверхности (патент РФ №2170923, G01N21/88, G01B11/30),

- при выполнении экспертных работ и технического диагностирования металлоконструкций грузоподъемных кранов по показателям живучести (НИИ промышленной и экологической безопасности ЮРГТУ, г Новочеркасск, заключение об использовании от 16 05 2008)

- в учебном процессе для студентов уровней подготовки: бакалавров, специалистов, магистров и аспирантов по курсам дисциплин «Физика прочности и пластичности» «Проблемы качества и материаловедение, экспертиза и причины отказов» (спец 150702), «Конструкционная прочность» (спец. 190100), для которых подготовлено и издано учебное пособие («Механика разрушения», Тула, ТулГУ, 1999 - 273 с)

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах Х-я Международчая конференция "Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах (Тула, 2001), Международная научно-техническая конференция "ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2001" (Санкт-Петербург, 2001), II Всероссийская конференция Разрушение и мониторинг свойств материалов" (Екатеринбург, 2003); 4-я Международная конференция "Прочность и разрушение материалов и конструкций" (Оренбург,

2005); XVI Петербургские чтения по проблемам прочности (Санкт-Петербург -

2006); Ш-я Евразийская научно-практическая конференция "Прочность неоднородных структур" (Москва, 2006), 1-я Международная конференция "Деформация и разрушение материалов" DFM2006 (Москва, 2006); научно-практический семинар "Техническое регулирование в обеспечении безопасности опасных производств, использующих подъемные сооружения" (Новочеркасск, 2006); IV-я Евразийская научно-практическая конференция "Прочность неоднородных структур" (Москва, 2008)

Результаты работы экспонировались на выставках1 Специализированная выставка "Подъемно-транспортная техника и технологии" (Москва, 2003, медаль оргкомитета), VII Международный салон промышленной собственности "АР-ХИМЕД-2004"(Москва, 2004, диплом оргкомитета); специализированная выставка "Подъемно-транспортная техника и технологии" (Москва, 2006)

Публикации, Основные научные результаты диссертации опубликованы в 34 печатных работах, включая монографию, патент РФ, 28 статьи в рецензируемых научных журналах и трудах международных конференций и 4 в сборниках трудов и материалов различных конференций Список основных публикаций приведен в конце автореферата

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и общих выводов, приложения и списка цитируемой литературы из 246 наименований Работа изложена на 254 страницах машинописного текста, содержит 100 рисунков и 1S таблиц

Работа выполнена в Тульском государственном университете в соответствии с тематическим планом НИР, координируемым Министерством общего и профессионального образования РФ (темы № 57-91 и 35-01) , а также в рамках Договора о содружестве с ИМЕТ РАН им. A.A. Байкова при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 03-01-00653-а, № 06-01-00753-а).

Автор благодарит сотрудников кафедр ФММ и ПТМиО ТулГУ за товарищескую поддержку, коллектив лаборатории конструкционных сталей и сплавов ИМЕТ РАН им. А А Байюва за внимание к работе и дискуссии.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель исследования, показана научная и практическая значимость, перечислены основные результаты, составляющие новизну работы, и положения, выносимые на защиту

Состояние вопроса влияния структурного фактора на кинетику усталостного разрушения Современная концепция усталостного разрушения рассматривает процесс усталости как кинетический и стадийный, имеющий развитие во времени посредством развития нелокализованной и локализованной поврежденности Стадии, контролируемые различными механизмами, могут частично накладываться или не проявляться, что определяется структурным состоянием сплава и влиянием внешних факторов

В работе проанализированы особенности усталостной поврежденности в конструкционных сталях различных структурных состояний и классов прочности, отличающихся различной термодинамической устойчивостью и способностью к упрочнению- стабильные структуры (отжиг, нормализация), закалочные структуры (закалка без отпуска, отпуск при 100 и 200 °С), промежуточные структуры (отпуск после закалки при 400, 500,600 и 700 °С) Развитие усталостной нелокализованной поврежденности обусловлено циклической пластической деформацией, вызывающей упрочнение или разупрочнение на определенной стадии циклического нагружения В зависимости от структурного состояния сталей эти процессы могут иметь дислокационную, диффузионную, вакансион-ную природу и др В результате переменное механическое нагружение вызывает изменение субструктуры и микроструктуры металлов, что отмечено изменением физических и механических свойств от числа циклов, и процесса подготовки локального разрушения

В соответствии с развитыми в настоящее время подходами развитие разрушения контролируется размером пластической зоны и силовыми или деформационными параметрами механики разрушения в среде с осредненными свойствами Влияние структурного состояния на скорость роста трещины осуществляется через пластическую зону и процессы циклического деформационного упрочнения или разупрочнения в ней По приведенным литературным данным пластическая зона может включать несколько зон, отличающихся механическим состоянием Ключевыми являются вопросы последовательности образования зон, изменение их физико-механические свойства, связь с параметрами цикли-

ческого нагружения, размерами структурных элементов и влияние каждой из них на кинетику процесса разрушения. Данные вопросы на сегодняшний день остаются открытыми

Представляется перспективным использовать параметр размера зон пластичности для установления зависимостей живучести от амплитуд нагружения в различных областях кривой усталости, разделенных разрывами и переломами, а различие в пределах каждой области рассматривать как процессы управляемые разными механизмами развития повреждаемости внутри зон Особый интерес представляет вопрос влияния структурного состояния высокопрочных сталей на разрыв долговечности в области предела усталости, связанный с разрушениями в гигацикловом диапазоне долговечности и теми механизмами какими это разрушение осуществляется Эти направления являются недостаточно изученными и поэтому перспективными для научных исследований

В соответствии с целью исследования и анализом опубликованных в печати работ определялись задачи работы и методы их решения

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалы и их структурные состояния Для реализации поставленной цели исследования руководствовались следующими принципами выбора материалов и их структурных состояний во-первых, это стали, имеющие область промышленное или перспективного использования, во-вторых, это стали с контрастными структурными состояниями, принадлежащими к различным структурным классам, в пределах каждого из которых можно изменять степень гетерогенности и фазовый состав сталей с созданием принципиально отличных структур. В этом случае, при испытаниях возможно получить различные масштабы циклической пластической деформации, различные процессы структурной поврежденное™ в пластических зонах и изменения их физико-механических свойств, находящих отражение в механизмах разрушения В качестве объектов исследований выбраны три типа структурных состояний сталей ферритно-перлитные, марте нситные и аустенитно-мартенситные Режимы термообработки и характеристики механических свойств сталей представлены в табл 1-3.

Стали марок 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш и 50А с производственными режимами термообработки предоставлены ГУП "КБ приборостроения" и АК "Тульский оружейный завод". Экспериментальная сталь 08Х14АН4МДБ предоставлена лабораторией конструкционных сталей и сплавов им. академика Н Т Гудцова ИМЕТ им А А Байкова РАН

Таблица 1

Марки сталей Термообработка Механические свойства

Од, МПа МПа 5 5, % % Твердость НУ

Ферритно-перлитные стали

50 А Норм, от 850 °С 746 418 22 49 218

40ХН* Норм от 870 °С 763 413 25 59 230

20ХН* Норм, от 880 "С 540 332 34 72 170

СтЗ пс5 Норм от 900 °С 410 265 35 67 150

* по данным [1]

_Таблица 2

Марки сталей Термообработка Механические свойства

Од, МПа МПа 5,. % Ч7, % Твердость, НУ

Мартенситные стали

35ХН2МФА-ш Зак. от 860 °С в масле, отп 200 °С в селитре 2 ч, охл - вода 1843 1556 7,5 57 560

30ХН2МФА Зак. от 860 "С в селитре, отп. 300 °С в селитре 2 ч, охл - вода, воздух 1674 1380 7,7 57,5 500

Таблица 3

Механические свойства

Марки сталей Термообработка <*в> МПа СТ0,2-МПа 5 5, % У, % Твердость, НУ

Аустенито-мартенситные стали

08Х14АН4МДБ Зак. от 1050 °С в-воде 1300 1045 20 64 497

08Х14АН4МДБ Зак от 1050 °С в воде, отп при 400 "С 2 ч 1473 1234 20 61 472

08Х14АН4МДБ Зак от 1050 °С в воде, отп. при 500 °С 2 ч 1585 1290 21 64 500

08Х14АН4МДБ Зак. ог 1050°С в воде, отп при 600°С 2 ч 1254 995 11 40 386

В принятых к исследованию сталях с ферритно-перлитной структурой пластичную матрицу составляют ферритные зерна от 76 % (сталь СтЗ) до 38 % (сталь 50А) с сг0 2 = 265 МПа. В качестве основной упрочняющей фазы является входящий в состав перлита в виде твердых и хрупких пластинок. Высокопрочные стали 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш с карбидообразую-щими элементами хромом, молибденом и ванадием при закалке образуют мелкодисперсные структуры с высоким уровнем микронапряжений При последующем отпуске от 200 и 300 °С маргенсит закалки переходит в мартенсит отпуска с меньшей степенью тетрагональности Структуры этих сталей жесткие с малым запасом пластичности

Высокопрочная ,1зотосодержащая аустенитно-мартенситная сталь 08ХН14АН4МДБ в отличие от малоуглеродистых стаей структур Ф+П в основе своей имеет твердую матрицу - мартенсит (79 . 82 %) Пластичные области из аустенита составляют сух 21 до 16%, причем у-фаза имеет прочностные характеристики в 2 .2,5 раза превышающие свойства феррита

При отпуске 400 °С в течение 2 ч в матрице не обнаруживается дисперсных выделений, что свидетельствует о стабильности структуры материала Отпуск стали при 500 °С приводит к заметному изменению фазового состава из-за частичного распада пересыщенного азотом аустенита с образованием дисперсных выделений карбонитридных частиц При отпуске 600 °С происходит коагуляция карбонитридов, распад пересыщенного раствора мартенсита и аустенита и образование феррита.

Методики исследования Усталостные испытания проводили на машине УКИ-10М по схеме консольного изгиба с частотой нагружения 12,5 . 100 Гц Отдельные виды испытаний выполняли на испытательных машинах статического и циклического действия гОМ-5, ГРМ-1, УМЭ-ЮТМ и НУ Для испытаний использовали цилиндрические гладкие образцы диаметрами 8 и 10, а также диаметром 14,5 мм корсетные и с У-образными надрезами (табл 4) Часть испытаний выполнена на плоских образцах в условиях асимметричного нагружения

Таблица 4

Значения аа для образцов с пятью одинаковыми V надрезами

Теоретический коэффициент концентрации напряжений Радиус в вершине надреза, мм

0,09 0,15 0,34 0,86

«а 5,82 4,51 3,11 2,13

О развитии нелокализованной повревденности судили по данным регистрации прогиба, температуре разогрева металла образцов, изменении амплитудо-независимого внутреннего трения в килогерцовом диапазоне, а также по изменению вида диаграммы растяжения и механических свойств в зависимости от числа циклов и амплитуды нагружения гладких цилиндрических образцов, сопоставляя характер и числовые значения этих данных

Кинетику усталостных трещин исследовали на цилиндрических образцах с надрезами, для которых коэффициенты интенсивности и поправочные функции вычислялись по известной методике [2).

Исследования скорости роста длинных магистральных трещин проводили в диапазоне второго и третьего участков кинетической диаграммы усталостного разрушения с использованием цилиндрических образцов с одни»! глубоким надрезом Прирост трещины определяли по изменению податливости образца с калибровкой зависимости "прогиб - число циклов" методом структурного окрашивания положения фронт а трещины со сменой режима нагружения

Исследования скорости роста малых магистральных трещин размера от 3 до ~40 размеров зерна выполняли непосредственным замером с помощью оптического микроскопа МБС-10 на образцах с пятью надрезами Одновременно проводили макро- и микрофрактографию рельефа поверхности излома и исследования трансформации структуры в локальной области вершины надреза и трещины на стадиях ее развития на оптическом микроскопе Neophot-ЗО и оптическом и электронном растровом микроскопе "Leo" Для выполнения этих наблюдений образец, разрушенный по первому надрезу, разрезали электроискровым методом по осевой линии, выполняли шлиф и исследовали остальные области надрезов с уменьшающимися значениями амплитудных приложенных напряжений

Для исследования поврежденности структур пластических зон использовали комплексный метод, включающий измерения шероховатости внешней поверхности, микротвердости, коэрцитивной силы, микроскопии структур и фрак-тографии.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

Влияние структуры на поврежденность и усталостное разрушение сталей на ферритной основе

В углеродистых и низколегированных сталях на ферритной основе доля перлита является сдерживающим фактором совместных пластических деформаций ансамбля ферритных зерен С увеличением количества перлита возрастает локальность и степень неоднородности пластических деформаций, которые получают более интенсивное развитие при циклических нагружениях, чем при статических В результате в сталях со средним содержанием углерода по сравнению с малоуглеродистыми сталями прирост предела текучести больше, чем предела выносливости, что расширяет область номинально упругого циклического нагружения среднеуглеродистых сталей.

Кривая усталости стали 50А (рис. 1, а, кривая 1) по данным испытаний и результатов статистической обработки результатов представлена в форме трех участков, разделенных на область низких упругих амплитуд напряжений от предела усталости до нижнего перелома кривой а „к, область средних упругих

амплитуд между нижним и верхним переломами а„к - а® к и область высоких амплитуд о> аТ.

Аналитические зависимости для каждого участка кривых (рис. 1, а) представляли в виде с™/ = С], где }- номер участка кривой усталости, т и С -

константы материала и внешних условий испытания, вычисляемые через параметры линии регрессии в логарифмических координатах

Различие кривых усталости 1 и 2 (рис. 1, а) обнаруживается при амплитудах

напряжений выше о„к, когда проявляется влияние температуры разогрева металла цилиндрических образцов (кривая 2), по сравнению с испытаниями в условиях теплоотвода корсетных образцов (кривая 1) Наибольший эффект

500

450

400

350

га

С 300

е 250

200

150

100

Сталь 50А

N \ ^

^^ -

Ч \ Ч \ - са "ст V / 9 7 х . а = 2,62 V о

10э ю4 ю5 10е 107 /V, циклов

°РК

в

°{ПК)к Н

°-1

ст(ПК)к

а.

-1к

Л/, ЦИКЛОН

700 600 та 500

£Г

2 400 ь

300 200 100

Сталь 08Х14АН4МДБ а =1

а =5,82 Ч*

а *

——О—

в

а(ПК)к

н

°(ПК)к

10* 10:

Рис 1 Кривые усталости гладких

104

10" 105 10"

N. циклов е и надрезанных образцов, консольный изгиб, частота

10

ю8

10

А/, циклов з

нагружения а, 6-50,е- 12,5,в-50и 100Гц

этого влияния выявлен на уровне амплитуд напряжений, равных пределу текучести стали при растяжении в виде разрыва кривой усталости со смещением высокоамплитудной области в сторону снижения долговечности. Отражением этого эффекта являются особенности развития циклической микропластической деформации (рис 2).

Рис 2 Изменение протяженности площадки текучести при растяжении (а) и внутреннего трения (б) от числа циклов, сталь 50, чистый изгиб, О = 8 мм

На начальной стадии циклического нагружения наблюдаются процессы разупрочнения в феррите в виде циклической текучести, сопровождающиеся снижением предела текучести и модуля упругости, уменьшением протяженности площадки текучести и возрастанием декремента колебаний. С развитием циклической текучести увеличивается роль локальных структурных процессов деформационного упрочнения и динамического деформационного старения, интенсивность которых зависит от температурного фактора при испытании с разной частотой нагружения (рис. 2) В условиях изотермического нагружения при 20 °С циклическое разупрочнение монотонно сменяется упрочнением. В условиях термоактивируемой деформации процессы циклической текучести и упрочения получают наибольшее развитие, что отмечается характером изменения внутреннего трения Максимуму декремента отвечает преобладание процессов упрочения (рис 2, б), а минимуму - окончание этой стадии (прирост твердости НУ 18 %). Появление второго меньшего по величине максимума отвечает зарождению

локальных повреждений в виде макротрещин и последующее снижение максимума частичному их объединению в магистральную трещину.

На кривой усталости надрезанных образцов (см рис 1, кривая 3) выделяются три области амплитуд, разделенные переломами при напряжениях °(пк)к= 170 МПа и а(ВП|ф= 360 МПа. При номинальном напряжении <Т(НПК)К максимальное значение напряжения в вершине надреза достигает предела текучести от, что означает образование локальной пластической зоны в начале испьггания. Возрастания амплитуд напряжений сопровождается расширением пластической зоны у надреза вплоть до реализации условий малоциклового разрушения отмеченной тенденцией к увеличению долговечности при <т> <Т(ПК)К.

По результатам усталостных испытаний сталей СтЗ и 20ХН выявлены области нестабильности на кривых усталости гладких образцов при амплитудах напряжений в области текучести этих сталей и отсутствие нижнего перелома в образцах с надрезами Испытания гладких образцов стали СтЗ нами обработаны по двум областям амплитуд выше и ниже предела текучести. В результате раздельной обработки данных обнаружили разрыв кривой примерно на уровне предела текучести (рис 1, б), который не явно выражен аппроксимацией единой зависимостью [1].

На кривой усталости надрезанных образцов стали СтЗ амплитуда номинального напряжения, при котором максимальное значение напряжения в вершине надреза достигает предела текучести стт, составляет 141 МПа, практически совпадая с пределом усталости ст_1К= 138 МПа, т.е напряжение нижнего перелома кривой совпадает с пределом усталости, исключая, таким образом, номинально упругую область усталости

В стали 20ХН "мнимое" напряжение нижнего перелома при той же геометрии надреза составляет 185 МПа и находится на 10 % ниже предела усталости, т.е для стали 20ХН с повышенными характеристиками прочностных свойств по сравнению со сталью СтЗ значение аа, отвечающее границе упругой области при <j_, =2Об МПа, выше

Влияние структуры на поврежденность и усталостное разрушение высокопрочных сталей

Кривые усталости корсетных образцов сталей 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-Ш жестких структур мартенсит отпуска являются монотонными кривыми во всем диапазоне амплитуд напряжений многоцикловой усталости и описываются одной регрессионной зависимостью На рис 1, в такая кривая усталости приведена для стали 30ХН2МФА (кривая 1). Кривая усталости надрезанных образцов (см. рис 1, в, кривая 2) представлена двумя участками с нижним переломом кривой а(пк)к соответствующим условию достижения максимальными напряжениями в

надрезе величины условного предела текучести Верхний перелом кривой для данного структурного состояния стали 30ХН2МФА не обнаружен Кривая образования трещин размером 0,1 мм (см. рис. 1, в, кривая 3) характеризует низкую долговечность стали на стадии зарождения.

Ограниченная долговечность стали 35ХН2МФА-Ш, по сравнению со сталью 30ХН2МФА, несмотря на увеличенное количество упрочняющей фазы и повышенную чистоту химсостава по примесям, имеет примерно тот же интервал числа циклов до разрушения. Отмечается прирост предела усталости этой стали для гладких образцов на 12,3% - с надрезом на 10,6%

Высокопрочные азотосодержащие аустенитно-мартенситные стали в зависимости от состава, технологии производства и режимов термической обработки могут существенно изменять фазовый состав, структуру и механические свойства В условиях действия циклических нагрузок определяющим долговечность до зарождения и распространения трещин является структурное состояние стали и косвенное ее отражение как сочетание характеристик прочности и пластичности

На образцах стали 08Х14АН4МДБ после закалки от 1050 °С и отпуска 500 °С с пятью острыми надрезами радиусом в вершине р = 0,09 мм, а0=5,82, были проведены испытания в широких диапазонах напряжений и долговечности (рис I, г, кривая 1) Для образцов с надрезами радиусами р = 0,153; 0,344; 0,861 мм выполнены расчеты пределов усталости и проведены оценочные испытания (кривые 2,3,4).

Кривая усталости образцов с надрезами 1 имеет три области амплитуд, разделенные нижним и верхним переломами кривой, и аналогично ферритно-перлитной стали 50А (рис. 1, а) включает номинально упругую, переходную и малоцикловую области. Отличительными особенностями стали 08Х14АН4МДБ являются увеличение ограниченной долговечности во всем диапазоне напряжений и изменение наклона кривой малоцикловой области в сторону снижения числа циклов до разрушения, которое обусловлено иными механизмами развития повреждений

Зависимости пределов выносливости от остроты надреза в его вершине позволили установить, что с уменьшением теоретического коэффициента концентрации напряжений предел выносливости материала повышается соответственно степенной зависимости

а-нс=л(Ор. О)

где А - числовой коэффициент; р - показатель, зависящий от градиента напряжений и чувствительности материала к надрезу

Изучено влияние температур отпуска при 400, 500 и 600 °С на ограниченную долговечность стали 08Х14АН4МДБ для среднеамлитудной области кривой усталости. Наибольшая долговечность (/V = 1,37 106 циклов) соответствует температуре отпуска 400 °С; несколько ниже долговечность закаленной стали без отпуска (И= 1,14 106 циклов) Эти значения в два и более раз превышают долговечность стали после закалки и отпуска при 500 °С Однако повышение температуры отпуска до 600 °С снижало долговечность в 2,4 раза, составляющую в данном случае N = 2,4-105 циклов.

Изменения характеристик сопротивления усталости и статической прочности сопоставляли в зависимости от режимов отпуска и структур стали при этих режимах. В качестве характеристик циклической прочности использовали два параметра - долговечность до разрушения, нормированную на число циклов до разрушения при температуре отпуска 400 "С, принятую за 100 % Лу/М,оо 100%, и оценка трещиностойкости по площади зоны развития трещины до критического размера в изломе /уг (рис 3).

1600 -

« 1400 1200 X 1000

—■

ь2 800

Ьш 600 <--

400 -

О 100 200

300 400 500 600

■Т °С отп

Рис 3 Зависимости механических свойств стали 08Х14АН4МДБ от температуры отпуска 1 - предел прочности, 2 - предел текучести, 3 - твердость, 4 - относительное удлинение, 5 - относительное сужение, 6 - площадь зоны усталостной трещины в изломе, 7 - относительная долговечность образцов с надрезом

Условию сопротивления статическим нагрузкам с достижением высоких уровней напряжений отвечает структура с дисперсными выделениями карбонит-ридов, полученная в результате отпуска при температуре 500 °С Наибольшая долговечность, наблюдаемая при температуре отпуска 400 °С, соответствует оптимальной субструюуре стали, а «именно, имеющей высокую плотность дислокаций, стабилизированную сегрегациями атомов азота и углерода

Оценка корреляционной связи параметров выносливаспш сталей и их структурного состояния

Установленную корреляционную зависимость пределов выносливости от теоретических коэффициентов концентрации напряжений для стали 08Х14АН4МДБ проверяли на сталях различных структурных состояний (табл. 5). Значения коэффициента А с точностью до 1 % совпадают с пределами выносливости гладких образцов Показатель степени р может отражать влияние нескольких факторов, таких, как состав и структурное состояние стали, размеры образца и градиент напряжений в вершине надреза.

• - " - ' Таблица 5

Значения коэффициента А и показателя р в уравнении СТ_1К = А (<Ха)р

Марка стали Результаты аппроксимаций

А Р Я

СтЗ 207,76 0,7588 0,9974

20ХН 311,81 0,7350 0,9994

40ХН 353,38 0,8618 0,9982

08Х14АН4МДБ 505,50 0,6002 0,9979

Для выявления чувствительности сталей разных составов и структурных состояний к концентрации напряжений на уровне пределов выносливости строили зависимости эффективных коэффициентов концентрации напряжений К0 от нормированных на протяженность надреза относительных градиентов напряжений в вершине надреза СИ (рис.4).

Рис. 4. Зависимости эффективных коэффициентов концентрации : напряжений от значений нормированных относительных градиентов для сталей: О - СтЗ; А - 20ХН; ♦ - 40ХН; • - 08Х14АН4МДБ; ▼ - 30ХН2МФА; ■ - 35ХН2МФА-Ш

На рис. 4 выделяются три группы кривых для сталей с различной жесткостью структур. Для низкопрочных сталей СтЗ и 20ХН ферритно-перлитной структуры с показателями пластичности й5 = 35 и 34 % соответствует кривая 1; выше располагаются данные для сталей средней прочности феррито-перлитной структуры 40ХН и высокопрочной аустенитно-мартенситной стали 08Х14АН4МДБ с показателями пластичности б5 = 25 и 21% (кривая 2). Высокопрочные стали со структурами низкоотпущенного мартенсита 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш малой пластичности 65 < 8 % примерно соответствуют кривой 3.

Результаты статистической обработки этих данных аппроксимированы зависимостью вида (2) и представлены в табл 6.

К^А+В\ри)° (2)

Таблица 6

Значения коэффициентов А, В и показателя степени с в формуле(2)

№№ кривой Результаты аппроксимаций

А В с Я

1 0,6420 2,0802 0,4390 0,9987

2 0,8240 2,5864 0,5744 0,9874

При выборе материалов для изделий, работающих в зоне ограниченной долговечности, информативной для сравнения могут являться зависимости изменения эффективных коэффициентов и чувствительности к концентрации напряжений в функции числа циклов до разрушения. В основе построения такой зависимости должно быть соотношение ограниченных пределов выносливости при равных значениях долговечности

£<и\г = 0wN|^JwNк '

где выражения для ограниченных пределов выносливости сг^ и следуют

из степенной формы уравнений кривых усталости вида ТУ, = ст"' гладких образцов и с надрезами

Выражения для эффективных коэффициентов Кстл,, а также для коэффициентов чувствительности к концентрации напряжений (4) обобщены для всех участков кривых усталости, имеющих переломы кривых, в виде

= Г Т. \та

/V»

-1

(4)

где и аУ11,к - напряжения нижней границы участка кривых усталости гладкого и надрезанного образцов соответственно, нормированные на предел выносливости гладкого образца, Ы, и NWк - относительные долговечности гладкого и надрезанного образцов, нормированные на число циклов, соответствующие перелому кривых на пределах выносливости, тч - коэффициент живучести надрезанного образца вычисляется по формуле ту = {т-т/с)/т тк, где т и тк-

показатели степени участков кривых усталости гладких образцов и с надрезом; 7УН и /V"- нижняя и верхняя границы участков.

Для всех испытанных сталей общей закономерностью (рис. 5) является рост чувствительности к концентрации напряжений с увеличением числа циклов до разрушения, т.е. со снижением уровня приложенного амплитудного напряжения от максимальных значений до нормированного предела выносливости.

0.8

0,7 0,6 0,5 0,4 > 0.3

0.2 0,1

Рис. 5. Зависимости коэффициентов чувствительности к концентрации напряжений для ограниченных пределов выносливости от числа циклов до разрушения N¡ сталей: 1 - 30ХН2МФА; 2- 50А; 3 - 40ХН; 4 -СтЗ; 5 - 08Х14АН4МДБ

Самые высокие значения коэффициента чувствительности имеют стали структуры мартенсит отпуска и ферритно-перлитные стали с высоким содержанием пластинчатого перлита, для которых во всем диапазоне нагружения и числа циклов до разрушения сохраняется высокая чувствительность к концентрации напряжений. Наименьшую чувствительность имеют стали аустенитно-мартенситных структур.

Живучесть высокопрочных сталей при циклических погружениях Для оценки кинетических параметров разрушения и сравнения по этим данным способности сталей сопротивляться распространению трещин выполнили построение кинетических диаграмм усталостного разрушения (КДУР) и их анализ.

К \ \ -- х ^

/ ........

\ 4/ ' 5

0,01 0.1 _ 1 Относительная долговечность N

Развитие трещин в высокопрочных сталях 30ХН2МФА и 35ХН2МФА-ш мартенситной структуры в период живучести наблюдали во время усталостных испытаний методом регистрации податливости Исключая точки, лежащие на "хвостах", из общей диаграммы (рис. 6) производили обработку среднего участка КДУР по стандартной методике Для среднего участка КДУР выполнены аппроксимации, по значениям коэффициентов которых получены выражения в форме кинетических зависимостей скорости роста трещин от коэффициента интенсивности напряжений ¿//сШ=С.

сталь 35ХН2МФА-Ш - ¿Г//сШ=1,58-1(Г10 сталь 30ХН2МФА - dl/dN К^- (5)

Критические значения трещиностойкости сталей-35ХН2МФА-Ш-К^ =30 МПа м"2 и 30ХН2МФА -К^ =42 МПа м1/2.

1 0Е 04

1 ое-05

11,0Е-0в 1

1 0Е 07

1,ое-оа

1 10 100 1 10 100 /С„.„ МПа м"2 К™,, МПа мм

Рис 6 Кинетические зависимости роста трещин при амплитудах напряжений, МПа 1410,1210,1020, 820,630 и 530

Развитие трещин в высокопрочной стали 08Х14АН4МДБ аустенитно-мартенситной структуры в период живучести с трещиной наблюдали на образцах с пятью надрезами на шлифах, выполненных перпендикулярно надрезам Метод обеспечивал надежное наблюдение размеров трещин длиной от 0,05 . 0,1 мм.

Размеры трещин наносили на диаграмму усталостного разрушения (см. рис. J, г) в соответствии с величиной номинального напряжения в данном надрезе. По

этим же данным строили кинетическую зависимость роста трещин (рис 7). Кривая 1* на рис 1, г, отвечающая длине трещины 0,1 мм, принята за границу долговечности, характершуюшую зарождение усталостной трещины

Кинетическая диаграмма усталостного разрушения Л/йМ-К^ в нижней области КДУР, построенная по средним значениям скорости роста в диапазоне 5 10 ~9 . 10 ~!0 м/цикли для длин трещин от 50 до 700 мкм в каждом из четырех неразрушенных сечений образца с надрезами, показана на рис 7. Из полученных данных следует, что она отвечает уравнению с11/с1М=СК^, используемому для описания кинетики роста длинных усталостных трещин

10'

5

ж

=г

I

3 4 5 6 7 8910 К , МПам1'2

так *

Рис 7 Кинетическая диаграмма усталостного разрушения стали 08Х14АН4МДБ по данным измерения длины трещин в надрезах

По аппроксимирующим данным кинетическая зависимость скорости роста

трещин описывается в виде

dl!dN=\,ъг\Q-nкi*l (6)

Коэффициенты в этом уравнении близки по значениям подобным параметрам, характеризующим кинетику длинных трещин на втором участке диаграмм усталостного разрушения многих конструкционных сталей

Ресурс работы элементов конструкций регламентируется временем до зарождения трещины и ее докритического роста При использовании высокопрочных конструкционных материалов возрастает роль первой из названных двух стадий разрушения, а во многих случаях она является решающей.

В процессе усталостных испытаний надрезанных образцов из сталей 30ХН2МФА, 35ХН2МФА-Ш, 08Х14АН4МДБ и 50А регистрировали число циклов до разрушения с разделением ограниченной долговечности на периоды зарождения трещины N3 размером 0,1 мм и живучести с трещиной N ж (рис. 8) 5

4

¿3 о'

5 2 1 о

0,01 0,1 1 10 100

Отиосюельиое число циклов. (Л'г / Л'^) К)'

Рис 8 Значения относительной долговечности для сталей 1 - 30ХН2МФА, 2 - 35ХН2МОА-Ш, 3 - 08X14АН4МДБ, 4 - 50А" - - - до образования трещин размером 0,1 мм, - живучрсти с трещиной

Стали жестких структур 30ХН2МФА, 35ХН2МФА-Ш отличаются высокой перегрузочной способностью, однако, из-за низкого запаса пластичности и высокой чувствительности к концентрации напряжений обладают низкой долговечностью, что определяет их использование для кратковременных циклов высоких амплитуд напряжений. Наилучшей способностью в этом отношении обладают высокопрочные аустенитно-мартенситные стали, имеющие долговечность на два порядка выше. Для сравнения приведена кривая ферритно-перлитной стали со средним содержанием углерода, у которой сопротивление зарождению и распространению трещин ниже, чем у аустенитно-мартенситной стали примерно на один порядок.

Микроструктурная трансформация и формирование зон предразрутения Рассмотрено формирование пластических зон в условиях плосконапряженного состояния при асимметричном циклическом нагружении стали

СтЗ в переходной зоне многоциклового нагружения (отах = 140 МПа) В первой четверти цикла нагружения (равноценного статическому нагруже-нию) в вершине надреза образуется пластическая зона без видимых макрополос деформации, наблюдается деформация и шероховатость поверхности в области у контура надреза Размеры пластической зоны, рассчитанные по критерию интенсивности напряжений, перед вершиной надреза гр =0,54 мм с полушириной Ар = 1,46 мм и приняты за начальные Первые устойчивые полосы деформации Чернова - Людерса наблюдали на ранней стадии испытания (100 циклов) При последующем циклическом нагружении происходит расширение области пластической деформации с увеличением количества полос и их размера С развитием циклической деформации наблюдается поперечная утяжка сечении образца в пределах пластической зоны (рис 9)

Рис 9 Линии равных поперечных деформаций ег у надрезов и профили утяжки поперечного сечения по линии между надрезами, сталь СтЗ, Я= 0,3, атах = 140 МПа после числа циклов а, - 10000, б- 180000

В диапазоне относительной долговечности 0,02. 0,4 максимальное значение утяжки у вершины надреза изменяется от 1,6 до 8,1 %. При этом наибольший градиент поперечной деформации имеет место несколько выше вершины надреза с примерной ориентацией от 45 до 60° относительно оси надреза (рис 9). Одновременно с изменением слабодеформированной макрозоны (рис. 9, 10)

наблюдается образование сильнодеформированной и упрочненной микрозоны кп (рис.9,11).

Рис 10 Параметры пластической зоны зависимость ширины /¡и (1), изменения коэрцитивной силы (2) и размера трещины (3) от числа циклов. сталь СтЗ, Я = 0,3, атах « 140 МПа

Макрозона текучести области надреза, развивающаяся интенсивно в первый период нагружения, при дальнейшем циклическом нагружении стремится к определенному размеру, определяемому структурным фактором, параметрами цикла и интенсивностью напряженного состояния. Изменение ширины макрозоны (см. рис 10, кривая 1) может быть описана экспоненциальной зависимостью вида

N

Ьр1^;г-Ае » , (7)

где А"™ - максимальная полуширина макрозоны в образце с двумя надрезами;

А и п - числовые коэффициенты, соответствующие полуширине и числу циклов образца с одним надрезом при равных условиях испытаний; А= 20 мм, п = 1,72-10 4 циклов

По замерам микротвердости (см. рис. 11) при нагрузке 1,0 Н ( в обе стороны от трещины) установлен размер упрочненной пластической зоны у берегов трещины йрг = 3,3 мм и перед вершиной трещины гР - 0,8 мм. В самой микрозоне упрочнение имеет негомогенный характер, связанный с анизотропией свойств в

отдельных объемах зерен и в разных ферритных зернах и влиянием границ зерен При исходной микротвердости ферритных зерен HV 150 прирост в упрочненной зоне составил от 30 до 20%. Несколько меньший прирост микротвердости отмечен у вершины надреза

220

I .200

§180

5

|160

J140

5120

100

О 1.1 2.2 3,3 4,4 0 1,1 2,2 3,3 4,4 Расстояние от трещины, мм

2,2 3,3

Рис 11 Микротвердость зоны ИРгу берегов трещины а - 0,5 мм, б - 1,5 мм от

вершины надреза, в - перед вершиной трещины, СтЗ, Я = 0,3, атах = 140 МПа, N = 180000 циклов

На основании микроскопического наблюдения развития трещины в структуре стали СтЗ предложена модель роста трещины посредством чередования процессов сдвига и отрыва. Усталостная трещина последовательно получает прирост с продвижением микрозоны через макрозону вдоль оси надреза в условиях неоднородной исходной структуры и негомогенного процесса упрочнения.

Интегральным отображением циклической пластической деформации в виде процессов упрочнения, разупрочнения и деструкции является зависимость коэрцитивной силы Не (кривая 2, см рис 10) от числа циклов, непрерывный рост которой отмечен в испытании до момента разрушения образца

При плоскодеформированном состоянии, реализуемом в испытании надрезанных цилиндрических образцов стали 08Х14АН4МДБ, пластическая зона формируется в основном за счет аустенита. Пластическую зону в стали аусте-нитно-мартенситной структуры идентифицировали методами "структурного окрашивания", микротвердости и рекристаллизационного отжига. Поднятый по-

тенциал пластической зоны циклическим нагружением стали обусловил релаксационные процессы аккомодационных структурных перестроек с образованием мартенсита деформации в виде мартеноитных реек, ориентированных в направлении главных растягивающих напряжений (рис. 12, а, б).

Рис. 12. Мартенсит деформации у берегов трещины при напряжении 450 МПа; *500 (а, б) и развитие усталостных трещин в микроструктуре стали 08Х14АН4МДБ (в - а= 450 МПа, г - о = 200 МПа)

Измерение микротвердости в зоне развития трещины в вершине надреза на продольных шлифах позволили выполнить оценку упрочнения и размера зоны упрочнения. Отмечено два уровня упрочнения разделенные напряжением верхнего перелома кривой усталости: для области малоциклового нагружения прирост микротвердости аустенита составил в среднем 67 %, для многоциклового - до 42 %. Изменение размера зоны пластичности перед вершиной надреза от уровней номинальных напряжений по методу измерения микротвердости (рис. 13, кривая 1) сравнивали со значениями, рассчитанными по критерию Мизеса в

исходном нагружении (рис 13, кривая 2) Прирост размера циклической пластической зоны меняется из области низких амплитуд напряжений к более высоким с увеличением интенсивности, отмеченной двумя участками разного наклона. На графике отмечены критические значения размеров пластических зон по кривым 1 и 2, соответствующих верхнему перелому кривой усталости. Глубина зоны пластической деформации, определенная по методу рекристаллизационного отжига больше размера определяемого методом микротвердости и "структурного окрашивания" примерно на порядок, что, по-видимому, обусловлено наличием свободной поверхности шлифа при отжиге.

В соответствии с масштабом структурных перестроек (рис. 13) изменяется механизм развития трещин от продвижения посредством пересечения мартен-ситных реек при высоких амплитудах напряжений (см рис. 12, в) к механизму развития трещин по субструктурным границам (см рис 12, г) при низких амплитудах напряжений.

Фазовые превращения и структурные перестройки в области выше верхнего перелома кривой усталости вызывают снижение долговечности по сравнению со средним участком кривой На наш взгляд, это связано с охрупчиванием зоны предразрушения за счет уменьшения количества у-фазы при структурных перестройках.

100 160 200 250 300 350 400 450 500

П , МПа

пот'

Рис 13 Размеры пластических зон в вершине надреза от номинальных амплитуд напряжений 1 - после усталостных испытаний, 2 - расчетные значения по критерию Мизеса при статическом нагружении

Структурная поврежденность и разрушения в стали 08Х14ЛН4МДБ при сверхвысоком числе циклов Испытания в гигацикловой области выполнены на образцах с надрезами стали 08Х14АН4МДБ (см. рис. 1, г) с целью проверки возможности зарождения подповерхностного разрушения на фазовых включениях :в виде карбонитридов. Зоны зарождения трещин в макроизломе со сверхвысоким числом циклов 1,06-108 до разрушения имеют локальную форму в виде подповерхностных впадин и (рис. 14, а) и слияния микропор на субграницах (рис. 14, б). Для микроизлома характерно наличие большого количества локальных разрушений у дисперсных выделений размером от наибольших 1-4 мкм и более мелких. Крупные выделения имеют размеры примерно на порядок выше, чем характерные размеры карбонитридов для данного режима термообработки. В изломе обнаружены также и весьма крупные включения до 20 мкм (рис. 14, в, 2).

Рис. 14. Микрорельеф усталостного разрушения стали 08Х14АН4МДБ, испытанного при о =150 МПа и долговечности более 10е циклов нагружения

Из представленных ф'рактограмм следует также, что начальная поврежденность в пределах темных очагов разрушения развивается вдоль реек мартенсита. По границам реек обнаруживаются поры размером, составляющим доли

микрона, и микротрещины, раскрытие которых, вероятно, и приводит к формированию очага усталостного разрушения. Размер больших областей, в центре которых часто обнаруживаются включения, изменяется в интервале от 10 мкм до 100 мкм

Высокая концентрация напряжений у включений, о чем свидетельствует экстраполяция зависимостей коэффициента чувствительности (рис. 5) в область сверхвысокой долговечности, обуславливает образование у включений локальных зон с интенсивностью напряженного состояния, превышающего значения у надреза При этом достаточно высокие показатели пластичности данного режима термообработки стали способствуют развитию пластических деформаций у включений, микроразрушению и разрыву когерентных связей включений и матрицы, что, по-видимому, объясняет образование больших областей разрушения у включений и их обособление

Обобщенная кривая усталости Выполненные исследования усталости в широком диапазоне амплитуд напряжений позволили установить для сталей различных структурных классов, что ограниченная долговечность для участков кривых усталости описываются различными зависимости, т.е наблюдается разрыв монотонности усталостных кривых в форме перелома или смещения по долговечности участков кривых На обобщенной кривой усталости (рис 15, а) выделяются четыре участка, разделенные амплитудами критических номинальных напряжений, при которых происходит смена механизмов усталостного разрушения Определяющими долговечность до разрушения являются механизмы зарождения трещин и их распространения, контролируемые пластическими зонами

Предел усталости а1У можно рассматривать как некоторое "критическое" напряжение, обусловливающее смену механизмов при переходе зарождения трещин от поверхностного при многоцикловой усталости к подповерхностному на включениях или субграницах зерен при гигацикловой, для которой стадия зарождения подповерхностных трещин имеет большую продолжительность и выражается разрывом в долговечности

Рис 15 Схема обобщенной кривой усталости (а) и схемы механизмов многоцикловой усталости (б, в)

В области упругих напряжений многоцикловой усталости исходным является образование трещины в локальной пластической области структурного элемента С ростом и преодолением микротрещиной структурных барьеров и достижению ею физически короткого размера и последующего роста определение пластической зоны описывается в терминах механики разрушения (рис 15, б) Развитие магистральной трещины происходит от одного очага с эксцентричной зоной долома. Верхней границей упругой области многоцикловой усталости является амплитуда номинального напряжения сг^к > ПРИ которой выполняется условие достижения максимальным напряжением в вершине надреза сгтах =а„ апот предела текучести при статическом растяжении

Образование пластической зоны по периметру надреза изменяет механизм зарождения усталостных трещин при переходе от номинально упругой области к переходной Образовавшаяся пластическая зона у вершины надреза способствует выравниванию пиковых локальных напряжений, образованию большего количества очагов зарождения трещин, развивающихся независимо до момента их слияния в магистральную трещину, и в результате увеличению числа циклов до разрушения. Прорастание малых трещин внутри макропластической зоны (рис.

15, в) осуществляется последовательными перемещениями вершины трещины и микрозоны через процессы упрочнения или разупрочнения в ней в зависимости от структурного состояния стали Напряжение зависит от предела текучести и геометрии надреза, поэтому изменение этих параметров приводит к смещению напряжения нижнего перелома кривой усталости (на рис. 15, а показано стрелками)

Увеличение пластической зоны у надреза с возрастанием амплитуд номинальных напряжений в переходной зоне достигает критической величины при амплитудном напряжении а®к (рис 15, а), отвечающей переходу к малоцикловой усталости Этот переход отмечен сменой механизмов разрушения, выявленных на сталях разных структурных классов Для ферритно-перлитных сталей, в основе которых мягкая матрица из зерен феррита, свойственно циклическое упрочнение и изменение наклона кривой в сторону увеличения долговечности (кривая 1) Для аустенитно-мартенситных сталей, имеющих твердую матрицу, включающую прослойки и малые области аустенита, характерно разупрочнение и изменение наклона кривой в сторону снижения долговечности (кривая 2) Для сталей жестких структур - мартенсит отпуска изменение угла наклона кривой не обнаружено (кривая 3).

Повреждения усталостными трещинами и живучесть интенсивно нагруженных конструкций

Приведены результаты экспертных и расчетных заключений о разрушении элементов конструкций грузоподъемных кранов в случаях отсутствия достоверных данных о причине разрушения Анализируя рельефы поверхностей разрушения, сведения о материалах и их структурных состояниях и используя модели механики разрушения, получены данные о характере, последовательности и продолжительности процессов разрушения, данные о разрушающих нагрузках, коэффициентах запаса и др

В работе исследованы вопросы живучести и структурной повреждености-подрельсовых балок, наиболее интенсивно нагруженных и повреждаемых эле-

ментов мостовых перегружателей, в зависимости от режима работы крана и на-груженности конструкции циклическими нагрузками. Основным диагностируемым дефектом конструкций являются усталостные трещины, возникающие в исходной конструкции и по выполненным ремонтам Выявлены два основных типа трещин поперечные трещины в опорной части стенки балки и трещины в продольных поясных сварных швах соединения стенки с верхним поясом балки. Микроскопическими наблюдениями структур области сварного соединения на поперечных шлифах, а также по фрактографиям поверхностей разрушения установлено, что зарождение трещин обоих видов происходит на дефектах сварных швов (непровар, макропоры, макровключения и подрезы на ремонтных швах).

Показано, что поперечные трещины в опорных частях балок, развивающиеся от поясных швов, могут изменять ориентацию в плоскости стенки в связи с изменением параметров напряженного состояния и влиянием остаточных сварочных напряжений (установки ребер жесткости и др) Изменение направления трещин сопровождается изменением скорости роста и ситуацией у вершины трещины. Результаты замеров скорости роста трещины длиной 620 мм в стенке балки сечением 950 х 15 мм перед выводом крана на ремонт сопоставляли с размерами пластических макрозон перед фронтом трещины, полученными методом фрактографии (рис 16, а, 5)

Усталостная трещина развивается последовательными скачками чередованием остановки фронта пластической зоной и последующими процессами разрушения в этой зоне и продвижения трещины. На данном этапе методами оптической микроскопии наблюдали ветвления трещины размером порядка 1-3 зерна, раскрытие трещины в ферритных зернах и хрупкие преодоления перемычек из перлитных зерен Неоднородность структурного состояния обусловливает колебания размеров пластических зон, отмеченные данными, приведенными на рис. 16. Данные натурных наблюдений находятся в согласии с результатами, полученными на лабораторных образцах.

Рис 16 Зависимость скорости роста трещины и размера макрозоны (а), соотношения размеров макрозон и длин трещин (6), сталь СтЗ, значения приведенных параметров цикла - 0,52 и абр=110МПа

Вторая группа усталостных трещин, развивающихся по поясным сварным швам балок, отличается высокой частотой появления и различием длин, обнаруживаемых при диагностировании. Исследования рельефа поверхности разрушения по сварным швам указывают на складчатый или террасный характер разрушения в виде отдельных трещин, развивающихся от очагов в пределах каждой складки Рост трещины происходит последовательным объединением складок или террас размером от 3 до 15 мм, в результате чего образуются гребни или рубцы В работе получены обобщающие кинетические зависимости роста трещин длиной от 30 до 1400 мм (рис 17, а, 6)

Рис 17 Изменение длины (а) и скорости роста трещин (б) в поясных сварных швах балочных конструкциях, сталь СтЗ, значения приведенных параметров

цикла Л* = - 0,47 и Гдр= 43 МПа

Установлены зависимости для длин / и скорости роста трещин йИАЫ от числа циклов №.

где /0 и у0- начальные длина и скорость рост трещины; п - начальное число

Стабильное и устойчивое развитие трещин соответствует всему диапазону скорости роста и среднему "перисовскому" участку кинетической диаграммы усталостного разрушения Таким образом, скорость роста трещин в поясных сварных соединениях определяется локальным разрушением у концентраторов напряжений на дефектах и объединением дискретных трещин по плоскости непровара. Подобный характер разрушений и закономерности роста трещин наблюдается в подрельсовых балках, выполненных из стали 09Г2С

Работа посвящена актуальной проблеме прикладного материаловедения -повышению ресурса работы стальных деталей машин и конструкций. Обоснованный выбор материалов и режимов термической обработки позволяет повысить эксплуатационную долговечность в широком диапазоне циклических нагрузок в стандартных и экстремальных условиях работы Основой для решения таких задач явилось комплексное исследование влияния структурных состояний на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей, что составляет основную цель данной работы

1 Определены стадийность и влияние механизмов зарождения и развития усталостных трещин в структурно-неоднородных конструкционных сталях на их долговечность:

• в аустенитно-мартенситных сталях мартенсит, являющейся твердой матричной основой сплава, обеспечивает прочностные свойства стали (стог »1300 МПа) Умеренно мягкие прослойки и отдельные области аусте-

(8)

циклов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы

нита способствуют релаксации напряжений и торможению трещин, что обеспечивает низкую чувствительность сталей к концентрации напряжений и высокую долговечность;

• в ферритно-перлитных сталях с мягкой матрицей, представленной ансамблем ферриткых зерен, основные процессы накопления повреждений происходят при относительно низких напряжениях (о02=265 МПа). Упрочняющей составляющей этих сталей (перлиту) свойственно растрескивание на стадии распространения трещины Это вызывает снижение числа циклов до зарождения трещин и живучести с трещиной,

• умеренно легированные среднеуглеродистые стали со структурой низко-отпущенного мартенсита при высокой перегрузочной способности (до 4) обладают высокой чувствительностью к надрезу, поэтому их долговечность на стадиях зарождения трещин и распространения примерно на два порядка ниже аустенитно-мартенситных сталей

2 По измененную рельефа поверхности образцов низкопрочной ферритно-перлитной стали при асимметричных циклах и плосконапряженном состоянии обнаружены два уровня пластической деформации макроуровень, обусловленный развитием деформации Чернова-Людерса, и микроуровень, связанным с образованием и развитием полос скольжения в феррите С развитием макрозоны наблюдается поперечная утяжка, распространяющаяся от вершины надреза, где формируется сильнодеформированная циклическая микрозона Установлен сложный негомогенный характер упрочнения в этой зоне и размеры микрозоны. Зарожденная трещина растет последовательными скачками с чередованием сдвига и разрыва связей поврежденной микрозоны

3 В пластической зоне высокопрочной аустенитно-мартенситной стали при симметричных циклах развитию трещины предшествуют аккомодационные фазовые перестройки с у а превращением В зоне надреза и перед вершиной трещины образуется ориентированный в направлении максимального нормального напряжения мартенсит деформации При малоцикловом нагружении и плосконапряженном состоянии фазовые перестройки в пластической зоне перед вершиной трещины являются основным процессом, определяющим разрушение

поперек мартенситных реек. При многоцикловом разрушении процесс протекает в основном по субграницам и границам зерен.

4. Получены кинетические зависимости скорости роста трещин в областях 5-Ю"10. .10"8м/цикл в аустенитно-мартенситных н 10'" . 10'4м/цикл в мартенситных высокопрочных сталях от амплитуд коэффициента интенсивности напряжений для нагружений. Определены показатели живучести высокопрочных сталей с трещиной в зоне многоцикловой усталости Обнаружено образование малых усталостных трещин в области ниже нормированного предела выносливости для аустенитно-мартенситных сталей и установлен размер максимальной неразвивающейся трещины на нормированной базе определения предела выносливости - 0,3 мм.

5 Сформулированы условия развития усталостного разрушения при сверхвысоком числе циклов для аустенитно-мартенситной стали, которые осуществляются посредством слияния микроповреждений по субграницам мартенсита и образования областей разрушения у дисперсных выделений крупных кар-бонитридов. Предложена модель подповерхностного зарождение трещин, объясняющая разрушение на основе влияния локальности напряжений и декогезии границ дисперсных включений с матрицей

6. Предложена обобщенная кривая усталости, на которой выделены критические напряжения, отвечающие сменам механизмов зарождения и развития трещин, определяемым в зависимости от масштаба циклической пластической деформации, структурного и напряженного состояний сталей (ферритно-перлитных, мартенситных и аустенитно-мартенситных),

7. Выполнено сравнение изменения характеристик статической прочности отпущенной стали 08Х14АН4МДБ и критических параметров усталостного разрушения- длины трещины и числа циклов до разрушения. Наибольшей усталостной долговечности отвечает температура отпуска 400 °С, в то время как оптимальному соотношению характеристик статической прочности соответствует температура отпуска 500 °С. Для циклически нагруженных деталей общего машиностроения рекомендуется режим отпуска 400 °С

8 Установлены корреляционные зависимости эффективного коэффициента и коэффициента чувствительности к концентрации напряжений для широкого диапазона ограниченной долговечности и пределов выносливости Снижение чувствительности к концентрации напряжений с увеличением амплитуды напряжений зависит от процессов локализованного повреждения в зонах пластичности у вершины надреза и величин амплитуд напряжений

9 Получены и обобщены данные о развитии структурной поврежденно-сти в сталях различных химических составов и структурных состояний, осуществляемой через пластические зоны различными механизмами, проявления которых определены амплитудами напряжений Это позволило сформулировать основные положения диагностирования технического состояния объектов, допускающих эксплуатацию с трещинами на стадии живучести стальной конструкции с развивающейся усталостной трещиной.

10 Исследования нагруженности и напряженно-деформированных состояний элементов конструкций грузоподъемных кранов в сочетании с положениями механики разрушения и экспертизы зон структурных разрушений позволили выяснить причины и создать методику прогнозирования характера разрушения металлоконструкций в случаях отсутствия достоверных исходных данных Иа этой основе получены данные о характере, последовательности и продолжительности процессов разрушения, а также оценки разрушающих нагрузок, коэффициентов запаса и ресурса работы

И Скорости роста усталостных трещин в конструкциях из сталей СтЗ и 09Г2С (2,3 Ю-7 7 10~6м/цикл) находятся в пределах стабильного участка кинетической диаграммы усталостного разрушения, а живучесть балочных конструкций с усталостными трещинами характеризуется устойчивостью развития Это позволило рекомендовать увеличение межремонтных сроков за счет допуска длин трещин в верхних поясных сварных швах подрельсовых балок до безопасных величин. Эффективность такого допуска по показателю живучести в условиях эксплуатации выше, чем при многократных повторных ремонтах, а среднее снижение трудозатрат на единицу техники составляег 28 %

Основные публикации по теме диссертации

1. Харитонов Н.И., Никольский Н Н., Дронов В.С Исследование кинетики накопления микропластических деформаций при циклическом нагружении сред-неуглеродистой стали // Проблемы прочности. 1972, № 9 С. 14 - 17.

2. Дронов В.С, Никольский Н Н. О влиянии динамического деформационного старения на кинетику усталостного разрушения конструкционной стали // Вопросы металловедения и физики металлов. Тула- Изд-во ТПИ, вып 2, 1974. С. 101- 105.

3 Андреев J1.C., Горбаневский В.Г., Дронов B.C. Долговечность хромована-диевой пружинной проволоки при кручении // Двигателестроение. 1981 № 10 С. 35-38.

4 Андреев Л С, Белкин A.M., Дронов В С. Исследование ограниченной долговечности высокопрочных конструкционных сталей // Проблемы прочности 1982, №6 С. 30-32.

5 Андреев Л С, Дронов B.C., Белкин A.M., Гаврилов М П Исследование кинетики разрушения высокопрочной конструкционной стали 35ХН2МФА // Проблемы прочности 1983, № 8 С. 38 - 40.

6 Дронов В С Об оценке остаточного ресурса металлоконструкций мостовых и козловых кранов по критерию усталостной повреждаемости - В сб Расчет и конструирование подъемно-транспортных средств. Тула ТулПИ, 1988 С. 87 -92

7. Дронов В С Использование аппарата механики разрушения для выявления причин аварии башенного крана,// Изв ТулГУ Сер, Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 1 - Тула: Изд-во ТулГУ, 1997. С 65 - 74. 8 Сальников В Г, Стеценко П.И, Дронов В С., Ануфриев В И Причины разрушения стрелоподъемного механизма башенного крана // Безопасность труда в промышленности 1998, № 7. С 12 - 14

9. Дронов В С, Дубенский Г Г., Троицкий И В. Механика разрушения Тула Изд-во ТулГУ, 1999,272 с.

10 Дронов В.С , Сальников В Г Структурная схема шарнирного узла козлового крана и его долговечность // Автоматизация и современные технологии 2001, № 8 С.8-11.

11. Сорокин П А , Дронов В.С , Селиверстов Г В. Метод оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов // Изв ТулГУ. Сер Подъемно-транспортные машины и оборудование Вып 3 - Тула. Изд-во ТулГУ, 2001. С 164-166

12 Чуканов А Н , Дронов В.С, Дубенский Г Г, Беляев В В - В сб * Релаксационные свойства стали Ст. 3, отработавшей нормативный ресурс в металлоконструкциях грузоподъемных кранов // Взаимодействие дефектов и неупругие явления в твердых телах. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. С.179 13. Ануфриев В И, Стеиенко П.И, Дронов В С, Сальников В.Г Анализ условий работы элементов конструкций козлового крана КК-20-32 // Безопасность труда в промышленности 2001, № 10. С 32 - 34.

14 Селиверстов Г В , Сорокин П.А., Дронов В.С Контроль накопления усталостной повреждаемости по изменению оптических свойств поверхности металлов // Тяжелое машиностроение 2003, № 8 С. 8 - 10.

15 Дронов В С. Усталостная повреждаемость металлов малыми трещинами // Изв ТулГУ Серия Материаловедение Вып 4 Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. С. 65 -78

16. Папинов А В , Дронов В С., Сальников В Г Расчетные параметры циклического нагружения подрельсовых балок мостовых перегружателей // Автоматизация и современные технологии 2003, №10. С 4-8.

17. Дронов В.С. Методика исследования усталости к трещиностойкости металлов при испытании на изгиб с вращением // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение Вып. 4. Тула Изд-во ТулГУ, 2003. С. 223 - 229.

18 Сальников В Г, Дронов В С, Папинов А В. Оценка долговечности подрель-совой балки мостового перегружателя Н Автоматизация и современные технологии. 2004, № 4. С. 10 -12

19 Дронов В С, Головин С А Ограниченная долговечность и трещиностой-кость сталей высокой и средней прочности // Материаловедение. 2004, № 12 С 41-47

20. Дронов В С Сопротивление усталости сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение Вып 5 Тула Изд-во ТулГУ, 2004 С 165 -177

21 Дронов В С Влияние условий испытаний на форму и разрывы кривой усталости среднеуглеродистои конструкционной стали II Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение Вып 5 Тула Изд-во ТулГУ, 2004 С 178- 185.

22 Дронов В С. Ограниченная долговечность и чувствительность к концентрации напряжений сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ Сер Иодъ-емно-транспортные машины и оборудование. Вып 5 Тула Изд-во ТулГУ, 2004 С 228-235.

23. Папинов А.В , Дронов В С Кинетика роста трещин и разрушение в сварных конструкциях // Изв ТулГУ Сер Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып 5. Тула Изд-во ТулГУ, 2004 С. 235-243.

24 Дронов В С, Головин С А Усталостная долговечность углеродистых и легированных сталей. / Прочность и разрушение материалов и конструкций - М РАЕ, 2005. С 98-101

25. Дронов В.С, Ануфриев С В., Романов А А Критические параметры усталостного разрушения высокопрочной аустенитно-мартенситной стали // Изв ТулГУ Сер Подъемно-транспортные машины и оборудование Вып 6 Тула: Изд-во ТулГУ, 2005 С 183-191

26. Дронов В С Сопротивление усталостному разрушению высокопрочных сталей в широком диапазоне нагружений // Сб. научн тр XVI Петербургские чтения по проблемам прочности. Санкт-Петербург, 2006 СПб, 2006. С 202-203 27 Дронов В.С., Ботвина Л.Р., Блинов В М и др. Кинетика малых усталостных трещин в широком диапазоне циклов нагружения // Металлы 2006, № 5 С 112 -122.

28 Дронов B.C., Головин С А Усталосгные свойства проката из стали 08X14АН4МДБ // Производство проката. 2006, № 11. С 35-39.

29 Дронов В С., Селиверстов Г.В Кинетика развития усталостной повреждаемости в малоуглеродистой стали // Изв ТулГУ Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 7 Тула Изд-во ТулГУ, 2006 С 207 - 212

30. Ануфриев C.B., Дронов В С , Маркова Г В Влияние режимов термообработки на характеристики динамического разрушения стали 10Г2ФБЮ / Сб "Deformation & Fracture of Materials - DFM 2006" - Москва- Intercontact Nauka, 2006, С 341-343.

31 Ануфриев C.B , Дронов В С О повышении работоспособности металлоконструкций башенных кранов // Тяжелое машиностроение 2007, №1, С. 40-43 32. Ануфриев В.И , Дронов В С , Ануфриев С В Диагностирование усталостной поврежденности подрельсовых балок мостовых перегружателей // Тяжелое машиностроение 2008, №4 С 37-38.

33 Дронов В С. Струкгурная поврежденность пластических зон феррито-перлитных и аустенито-мартенситных сталей при циклических нагрузках // Сб. научи тр IV Евразийской научн - практ. конф "Прочность неоднородных структур ПРОСТ-2008"/ M : МИСиС 2008-С 59-60.

34. Патент РФ К» 2170923. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций / Сорокин П.А, Селиверстов Г.В , Дронов В С , Григорьев AB// ФИПС, 2001

Список цитируемой литературы 1 Одинг И А, Гуревич С Е Исследование чувствительности к надрезу некоторых сортов стали при циклических нагружениях // Вестник машиностроения 1959, №1 С 30-35

2. Механика разрушения и прочность металлов- Справочное пособие В 4х т. /Под общей ред. Панасюка В В. Т. 4 - Киев Наук думка 1990 - 680 с

Изд лиц, ЛР № 020300 от 12 02 97 Подписано в печать 11 09 08 Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л 2,7 Уч-изд л 2,35 Тираж 100 экз Заказ .<

Тульский государственный университет 300600, г Тула, проел Ленина, 92

Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600, г Тула, ул Болдина, 151

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Нелокализованные повреждения при циклических нагрузках в сталях различных структурных состояний

1.2. Пластическая зона и кинетика развития усталостного разрушения

1.3. Усталость сталей при сверхвысоком числе циклов

1.4. Задачи исследования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Обоснование и выбор материалов

2.2. Составы исследуемых сталей и их механические свойства

2.3. Методики исследований

2.3.1. Оборудование и образцы, методы испытаний и обработки результатов

2.3.2. Регистрация изменения механического состояния в связи с развитием усталостной поврежденности

2.3.3. Определения периода зарождения и скорости роста больших и малых усталостных трещин

2.3.4. Структурные методы

Циклическая пластическая деформация является главным фактором усталостного разрушения в металлах. Подчеркивая роль пластической циклической деформации, обобщенно по этому поводу высказались на конференции по гигацикловой усталости Р. Lukás и L. Kunz [118]: "Without repeated plastic deformation there would be no fatigue." ' Неупругое поведение металлов и сплавов в виде пластической деформации является одним из многосторонних проявлений в проблеме усталости. Развитие микропластической деформации приводит к изменению физико-механических свойств в нагруженном макрообъеме, возникновению усталостных трещин в локальных областях и, наконец, к распространению трещин в зоне циклической пластической деформации, имеющей место в вершине трещины.

По природе микропластическая деформация локализована. Ее развитие зависит от условий нагружения, определяемых амплитудой и числом циклов, и структурного состояния сплава. В силу структурной неоднородности имеет место как нелокализованная, так и локализованная циклическая макропла-стическая деформация. Нелокализованная - присуща всему напрягаемому объему материала и является интегральной среднестатистической характеристикой поврежденности. С увеличением числа циклов нагружения происходит концентрация деформаций в наиболее напряженных структурных объемах и наиболее благоприятно ориентированных силовому воздействию. В таких локальных областях формируется сильнодеформированная пластическая зона, в которой зарождаются усталостные микротрещины. При определенной плотности микротрещин и их объединения в структуре материала образуются макротрещины, т. е. локализованные разрушения, охватывающие несколько элементов структуры. Особенно интенсивно указанные процессы протекают в окрестности концентраторов напряжений, где с первых циклов нагружения образуется циклическая пластическая зона. Без повторяющейся пластической деформации не было бы усталости.

С минимальным размером длины образовавшейся макротрещины принято разделение процесса усталостного разрушения: на период зарождения трещины и период распространения трещины, включающий рост трещины до критической длины и стадию долома. Развитие макротрещины контролируется параметрами механики разрушения и происходит через процессы в пластической зоне перед вершиной трещины. Скорость роста трещины регулируется пластической зоной, формирующейся в структуре материала. Это положение является основой выбора структурных состояний материалов, отвечающим заданным требованиям живучести.

К настоящему времени экспериментально установлено проявление нестабильности процессов усталости, связанных с развитием циклической пластической деформации в зависимости от уровня нагружения и числа циклов. Нестабильность формально выражается в форме нарушения монотонности кривой усталости перегибами и ступеньками на кривой при испытаниях, как гладких образцов, так и образцов с концентрацией напряжений. По физической сути такая нестабильность связана с изменением механизмов зарождения или распространения усталостных трещин, или того и другого вместе. Существует достаточно много гипотез появления разрывов монотонности кривой усталости, также как разнообразие материалов, их условий производства, обработки, испытаний и др. Несомненным является влияние состава и структурного состояния материалов, условий развития циклической микро- и макро-пластической деформации, а так же структурных перестроек и фазовых превращений в процессе усталости. Значительный вклад в исследования нестабильности усталостных процессов и влияния циклической пластической деформации на развитие разрушения внесли такие ученые, , как B.C. Иванова, В.Т. Трощенко, В.И. Шабалин, JI.P. Ботвина, H.A. Махутов, В.Ф. Терентьев, В.В. Панасюк, А. Puskär, С.А. Головин, A.B. Гурьев, Т. Yokobori, М. Klesnil, Р. Lukas, K.J. Miller, Y. Murakami и другие.

Опыт эксплуатации большинства тяжело нагруженных изделий современной техники, испытывающих действия циклических напряжений и рассчитанных на ограниченный срок службы, свидетельствует о преждевременном исчерпании их ресурса из-за появления трещин и разрушений. Поэтому V выбор сталей для этих изделий должен удовлетворять таким параметрам надежности как ограниченная долговечность и трещиностойкость, на основе данных о зарождении трещин и кинетике их роста.

В настоящее время значительно возрос интерес к усталостным процессам при напряжениях в области предела усталости и ниже, что связано с обнаружением комплекса отличающихся свойств при высоком и сверхвысоком числе циклов до разрушения. Такие свойства, как исключительная чувствительность к структурным включениям, локальность пластической деформации у включений, различие свойств отдельных фаз, вызывающие зарождение усталостных трещин под внешней поверхностью, исключительно важны в исследовании для создания материалов с сопротивлением усталости при сверхвысокой долговечности.

В последнее десятилетие ведется разработка и промышленное внедрение высокопрочных азотосодержащих сталей аустенитного и аустенитно-мартенситного классов, в которых частичная или полная замена легирующих элементов никеля и хрома азотом, а также микролегирования позволяет сократить расход легирующих материалов и получить экономию за счет низкой стоимости азота. При хорошей информативности о структуре и свойствах этих сталей, сведения о способности сопротивлению механической усталости недостаточны.

Учитывая, что режимы термической обработки высокопрочных сталей дают возможность создания широкого спектра структур, обладающих различными сочетаниями прочности и пластичности, необходимы исследования процессов усталости при различных режимах нагружения умереннолегиро-ванных углеродистых сталей, имеющих широкую область использования, и перспективных азотосодержащих хромоникелевых сталей, с целью выбора структур с наилучшими показателями трещиностойкости и живучести.

Целью работы является установление влияния структуры конструкционных сталей на масштаб локальной циклической деформации, приводящей к зарождению и развитию усталостных трещин, и путей повышения перегрузочной способности конструкций в условиях ограниченной и сверхвысокой долговечности.

В работе использованы комплексные исследования механических свойств сталей при статических и циклических нагружениях, оптический, фрактографический и магнитный методы анализа структурной поврежден но-сти, критерии предельных состояний механики разрушения. На этой базе рассмотрены прикладные вопросы прогнозирования локализованной усталостной поврежденности и ресурса стальных конструкций грузоподъемных машин.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Для сталей с различной структурной неоднородностью, включающих феррито-перлитные с мягкой матрицей и твердыми составляющими, аусте-нито-мартенситные с твердой матрицей и пластичными прослойками, а также мартенситные с жесткими структурами, получены регрессионные кривые усталости в широком диапазоне амплитуд напряжений устанавливающие зависимости числа циклов до образования трещин и до разрушения от масштабов циклических пластических деформаций и степени гетерогенности структур.

2. Установлены: монотонный характер роста пластической слабодефор-мированной макрозоны в феррито-перлитных малоуглеродистых сталях в условиях асимметричных циклов и плосконапряженного состояния, сопровождающийся утяжкой поперечного сечения, и негомогенный характер упрочнения сильнодеформированной микрозоны у вершины продвигающейся трещины.

3. Механизмом формирования пластической микрозоны в аустенито-мартенситных сталях является образование ориентированного мартенсита деформации перед вершиной растущей трещины в условиях плоскодеформиро-ванного состояния.

4. Механизмы зарождения и развития трещин в стали аустенито мартенситного класса на сверхвысокой базе (>-10 циклов) проявляются в двух формах: посредством развития микропластических деформаций на включениях и слиянием пор на мартенситных субграницах.

5. Получены кинетические зависимости скорости роста трещин в областях 5-10"10.Ю"8 м/цикл. в аустенито-мартенситных и 10"8.10"4 м/цикл. в мартенситных высокопрочных сталях от амплитуд коэффициента интенсивности напряжений для нагружений. Определены показатели живучести высокопрочных сталей с трещиной в зоне многоцикловой усталости. Оба диапазона изменения скорости роста трещин описываются зависимостями одного типа и соответствуют стабильному участку кинетической диаграммы усталостного разрушения.

6. Предложена обобщенная кривая усталости, на которой выделены критические напряжения, отвечающие сменам механизмов зарождения и развития трещин, определяемым в зависимости от масштаба циклической пластической деформации, структурного и напряженного состояний сталей (ферри-то-перлитных, мартенситных и аустенито-мартенситных).

7. Установлено, что при средних перегрузках наибольшей долговечностью обладают азотосодержащие аустенито-мартенситные стали (для стали 08Х14АН4МДБ закалка от 1050 °С с отпуском при 400 °С). Для промышленных изделий, требующих высокую перегрузочную способность, рекомендуется сталь 30ХН2МФА изотермической закалки от 860 °С с отпуском при 300 °С, удовлетворяющая показателям ограниченной долговечности и трещино-стойкости.

8. Разработаны и апробированы методики технического диагностирования интенсивно нагруженных металлоконструкций и расчетные оценки остаточного ресурса конструкций, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей, основными предельными состояниями которых являются накопленная усталостная поврежденность и развитие усталостных трещин критической величины.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обеспечивается комплексным использованием современных методов исследований и оборудования, стандартных и оригинальных методик, согласо ванностью результатов лабораторных и эксплуатационных испытаний с учетом статистических и компьютерных методов обработки данных, а также согласованность результатов с работами и выводами отечественных и зарубежных авторов.

Практическая значимость работы

Проведенные исследования нашли практическое использование:

- для выбора составов и термической обработки высокопрочных сталей по показателям ограниченной долговечности и трещиностойкости при высоких уровнях перегрузки (ГУП КБ приборостроения, г. Тула, заключение об использовании от 22.01.2004);

- для выбора режима отпуска закаленной аустенито-мартенситной стали 08Х14АН4МДБ, отвечающего наилучшему сопротивлению усталости (ИМЕТ РАН, г. Москва);

- при разработке способа диагностики стальных конструкций по накопленной макропластической деформации локальных участков поверхности (патент РФ №2170923, ООШ21/88, С01В11/30);

- при выполнении экспертных работ и технического диагностирования металлоконструкций грузоподъемных кранов по показателям живучести (НИИ промышленной и экологической безопасности ЮРГТУ, г. Новочеркасск, заключение об использовании от 16.05.2008).

- в учебном процессе для студентов подготовки бакалавров, специалистов, магистров и аспирантов по курсам дисциплин «Физика прочности и пластичности» «Проблемы качества и материаловедение, экспертиза и причины отказов» (спец. 150702), «Конструкционная прочность» (спец. 190100), для которых подготовлено и издано учебное пособие («Механика разрушения», Тула, ТулГУ, 1999. - 273 с.)

Основные положения, выносимые на защиту:

- регрессионные зависимости долговечности сталей основных структурных классов от уровня приложенных амплитуд номинальных напряжений, с учетом влияния масштабов развития циклических пластических деформаций и их влияние на условия зарождения и роста трещин;

- закономерности развития структурной поврежденности в пластических зонах у надрезов и перед фронтом развивающейся трещины для сталей фер-рито-перлитных и аустенито-мартенситных структур;

- механизмы зарождения разрушения в аустенито-мартенситной стали с упрочнением дисперсными карбонитридными включениями на сверхвысокой базе испытаний;

- кинетические зависимости роста усталостных трещин в высокопрочных сталях мартенситного и аустенито-мартенситного классов и показатели долговечности до зарождения трещин и живучести с трещиной высокопрочных сталей;

- выбор составов и режимов термической обработки высокопрочных сталей по показателям долговечности до разрушения, трещиностойкости и перегрузочной способности;

- разработанную методологию оценки предельного состояния и остаточного ресурса интенсивно нагруженных металлоконструкций, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Работа выполнена в Тульском государственном университете в соответствии с тематическим планом НИР, координируемым Министерством общего и профессионального образования РФ (темы № 57-91 и 35-01), а также в рамках Договора о содружестве с ИМЕТ им. A.A. Байкова РАН при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 03-01-00653-а, № 06-01-00753-а).

11

Основные выводы 1. Определены стадийность и влияние механизмов зарождения и развития усталостных трещин в структурно-неоднородных конструкционных сталях на их долговечность:

• в аустенито-мартенситных сталях мартенсит, являющейся твердой матричной основой сплава, обеспечивает прочностные свойства стали (о0 2 «1300 МПа). Умереннномягкие прослойки и отдельные области аустенита способствуют релаксации напряжений и торможению трещин, что обеспечивает низкую чувствительность сталей к концентрации напряжений и высокую долговечность;

• в феррито-перлитных сталях с мягкой матрицей, представленной ансамблем ферритных зерен, основные процессы накопления повреждений происходят при относительно низких напряжениях (с02=265 МПа). Упрочняющей составляющей этих сталей (перлиту) свойственно растрескивание на стадии распространения трещины. Это вызывает снижение числа циклов до зарождения трещин и живучести с трещиной.

• умереннолегиро ванные среднеуглеродистые стали со структурой низ-коотпущенного мартенсита при высокой перегрузочной способности (до 4) обладают высокой чувствительностью к надрезу, поэтому их долговечность на стадиях зарождения трещин и распространения примерно на два порядка ниже аустенито-мартенситных сталей.

2. По изменению рельефа поверхности образцов низкопрочной ферри-то-перлитной стали при асимметричных циклах и плосконапряженном состоянии обнаружены два уровня пластической деформации: макроуровень, обусловленный развитием деформации Чернова-Людерса, и микроуровень, связанный с образованием и развитием полос скольжения в феррите. С развитием макрозоны наблюдается поперечная утяжка, распространяющаяся от вершины надреза, где формируется сильнодеформированная циклическая микрозона. Установлен зоне сложный негомогенный характер упрочнения в этой и размеры микрозоны. Зарожденная трещина растет последовательными скачками с чередованием сдвига и разрыва связей поврежденной микрозоны.

3. В пластической зоне высокопрочной аустенито-мартенситной стали при симметричных циклах, развитию трещины предшествуют аккомодационные фазовые перестройки с у —> а превращением. В зоне надреза и перед вершиной трещины образуется ориентированный в направлении максимального нормального напряжения мартенсит деформации. При малоцикловом нагружения и плосконапряженном состоянии фазовые перестройки в пластической зоне перед вершиной трещины являются основным процессом, определяющим разрушение поперек мартенситных реек. При многоцикловом разрушении процесс протекает в основном по субграницам и границам зерен.

4. Получены кинетические зависимости скорости роста трещин в областях 5-10"10.10"8м/цикл. в аустенито-мартенситных и 10"8.10"4м/цикл. в мартенситных высокопрочных сталях от амплитуд коэффициента интенсивности напряжений для нагружений. Определены показатели живучести высокопрочных сталей с трещиной в зоне многоцикловой усталости. Обнаружено образование малых усталостных трещин в области ниже нормированного предела выносливости для аустенито-мартенситных сталей и установлен размер максимальной неразвивающейся трещины на нормированной базе определения предела выносливости - 0,3 мм.

5. Сформулированы условия развития усталостного разрушения при сверхвысоком числе циклов для аустенито-мартенситной стали, которые осуществляется посредством слияния микроповреждений по субграницам мартенсита и образования областей разрушения у дисперсных выделений крупных карбонитридов. Предложена модель подповерхностного зарождение трещин, объясняющая разрушение на основе влияния локальности напряжений и декогезии границ дисперсных включений с матрицей.

6. Предложена обобщенная кривая усталости, на которой выделены критические напряжения, отвечающие сменам механизмов зарождения и развития трещин, определяемым в зависимости от масштаба циклической пластической деформации, структурного и напряженного состояний сталей (фер-рито-перлитных, мартенситных и аустенито-мартенситных);

7. Выполнено сравнение изменения характеристик статической прочности отпущенной стали 08Х14АН4МДБ и критических параметров усталостного разрушения: длины трещины и числа циклов до разрушения. Наибольшей усталостной долговечности отвечает температура отпуска 400 °С в то время как оптимальному соотношению характеристик статической прочности соответствует температура отпуска 500 °С. Для циклически нагруженных деталей общего машиностроения рекомендуется режим отпуска 400 °С.

8. Установлены корреляционные зависимости эффективного коэффициента и коэффициента чувствительности к концентрации напряжений для широкого диапазона ограниченной долговечности и пределов выносливости. Снижение чувствительности к концентрации напряжений с увеличением амплитуды напряжений зависит от процессов локализованного повреждения в зонах пластичности у вершины надреза и величин амплитуд напряжений.

9. Получены и обобщены данные о развитии структурной поврежденности в сталях различных химических составов и структурных состояний, осуществляемой через пластические зоны различными механизмами, проявления которых определены амплитудами напряжений. Это позволило сформулировать основные положения диагностирования технического состояния объектов допускающих эксплуатацию с трещинами на стадии живучести стальной конструкции с развивающейся усталостной трещиной.

10. Исследования нагруженности и напряженно-деформированных состояний элементов конструкций грузоподъемных кранов в сочетании с положениями механики разрушения и экспертизы зон структурных разрушений позволили выяснить причины и создать методику прогнозирования характера разрушения металлоконструкций в случаях отсутствия достоверных исходных данных. На этой основе получены данные о характере, последовательности и продолжительности процессов разрушения, а также оценки разрушающих нагрузок, коэффициентов запаса и ресурса работы.

11. Скорости роста усталостных трещин в конструкциях из сталей СтЗ и Г

09Г2С (2,3-10" .7-10 м/цикл.) находятся в пределах стабильного участка кинетической диаграммы усталостного разрушения, а живучесть балочных конструкций с усталостными трещинами характеризуется устойчивостью развития. Это позволило рекомендовать увеличение межремонтных сроков за счет допуска длин трещин в верхних поясных сварных швах подрельсовых балок до безопасных величин. Эффективность такого допуска по показателю живучести в условиях эксплуатации выше, чем при многократных повторных ремонтах, а среднее снижение трудозатрат на единицу техники составляет 28 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа посвящена актуальной проблеме прикладного материаловедения - повышению ресурса работы стальных деталей машин и конструкций. Обоснованный выбор материалов и режимов термической обработки позволяет повысить эксплуатационную долговечность в широком диапазоне циклических нагрузок в стандартных и экстремальных условиях работы. Основой для решения таких задач явилось комплексное исследование влияния структурных состояний на кинетику локализованного усталостного разрушет ния конструкционных сталей, что составляет основную цель данной работы.

1. Афанасьев H.H. Статистическая теория усталостной прочности материалов. Киев: Изд-во АН УССР, 1953.- 105с.

2. Трощенко В.Т. К вопросу о неоднородности протекания деформаций в поликристаллах // ФММ. 1963. Т. 5, вып. 3. С. 1060 1069.

3. Головин С.А., Пушкар А. Микропластичность и усталость металлов. М.: Металлургия, 1980 - 240 с.

4. Гурьев A.B. Неупругость, пластическая деформация и разрушение металлов, рассматриваемые с позиций структурно-неоднородного деформируемого твердого тела // Металловедение и прочность материалов. Волгоград: Труды ВПИ, вып. X, 1979. С. 26 42.

5. Рыбалко Ф.П. Распределение неоднородностей пластической деформации //Изв. Вузов. Физика. 1958, № 6, С. 79 84; 1959, №1. С. 6 - 14.

6. Гурьев A.B., Митин В.Я. Особенности развития локальных микронеоднородных деформаций и накопление усталостных повреждений в углеродистых сталях // Пробл. прочности. 1978, № 11. С. 19-23.

7. Kiesnil М., Lukas Р. Fatigue softening and hardening of annealed low-carbon steel //Journal of the Iron and Steel Institute. 1967. July. - P. 746-749.

8. Коцаньда С. Усталостное разрушение металлов. Пер. с польск. М.: Металлургия, 1976. 456 с.

9. Белугина Е.А., Попов С.И., Худякова H.A. Неоднородность распределения остаточных микродеформаций при циклическом деформировании //Пробл. прочности. 1982, № 7. С. 24 36.

10. Иванова B.C. Усталостное разрушение металлов. М.: Металлургиз-дат, 1963.-272 с.

11. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов.- М.: Металлургия, 1975. 456 с.

12. Терентьев В.Ф. Стадийность процесса усталостного разрушения металлических материалов // Металлы. 1996, № 6. С. 14 20.

13. Гурьев A.B. Исследование инкубационного периода усталости металлов // Изв. вузов. Физика. 1960. Т. 30, № 3. С. 170 171.

14. Гурьев A.B., Столяров Г.Ю. О развитии микропластической деформации в процессе усталости малоуглеродистой стали // Металловедение и прочность металлов. Волгоград: Труды ВПИ, 1968. С. 56 - 65.

15. Иванова В. С, Терентьев В. Ф., Пойда В. Г. Особенности накопления деформации при циклическом нагружении малоуглеродистых сталей // ФММ. 1970. Т. 30, № 3. С. 836-842.

16. Ivanova V. S., Terentjev V. F, Poida V. G. The relation between the yielding and fatigue at the low carbon steel // Int. J. of Fracture Mech. 1972. № 8. P. 237-238.

17. Дронов B.C., Харитонов Н.И. К вопросу кинетики циклического деформирования круговым изгибом // Технология машиностроения. Сер. Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТНИТИ-ТПИ, вып. 9. 1970. С. 181- 186.

18. Kiesnil М., Lukas P. Fatigue softening and hardening of annealed low-carbon steel // J. Iron and Steel Institute, 1967, v. 105, July. P. 746 749.

19. Assadi D.V., Stephens R.I. Comparison of the French Damage Line with Cyclic Induced Changes in the Yield Behaviour of Low Carbon Steel // Metallurgie 1970. V. 81, № 487, p. 169 172.

20. Харитонов И.И., Никольский H.H., Дронов B.C. Исследование кинетики накопления микропластических деформаций при циклическом нагружении среднеуглеродистой стали // Пробл. прочности. 1972, № 9. С. 14-17.

21. Schenck Н., Schmidtmann Т., Kettler Н. Einfluß einer Verformungsalterung auf die Vorgänge bei Wechselbeanspruchung von Stahl // Archiv für das Eisenhüttenwesen. 1960. H. 31. № 11. S. 659 669.

22. Гурьев А.В., Савкин А.Н. Изменение упругих свойств в процессе усталости стали // Металловедение и прочность металлов. Волгоград: Труды ВПИ, вып. VI, 1974. С. 35 - 41.

23. Архипов И.К., Головин И.С., Головин С.А., Зиннинг Х.-Р. Влияние микропластичности на внутреннее трение при росте усталостных трещин в пористой стали // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 178 185.

24. Vincent A., Fougéres R. Fatigue and Internal Damping // Mechanical Spectroscopy Q"1 2001 with Applications to Materials Science / Editors R. Schaller, G. Fantozzi and G. Gremaud. Trans Tech Publications LTD Switzerland, Germany, UK, USA. P. 595-614.

25. Ботвина JI.P. Кинетика разрушения конструкционных материалов. -М.: Наука. 1989.-230 с.

26. Либеров Ю.П., Гуревич С.Е. О влиянии скорости нагружения на соотношение характеристик статической и циклической прочности // Усталость и вязкость разрушения металлов. М.: Наука, 1974. С. 230 238.

27. Wilson D.V., Tromans J.K. Effects of strain ageing on fatigue damage in low-carbon steel // Acta metallurgica. 1970. V. 18, № 11. P. 1197 1208.

28. Klesnil M., Lukás P. Unava kovovych materiálov píi mechanickém narnáháni. Praha: Academia, 1975. -300 s.

29. Frost N.T., Marsh K.J., Pook L.P. Metal Fatigue. Oxford, Clarendon Press, 1999.-499 p.

30. Горицкий B.M., Терентьев В.Ф. Структура и усталостное разрушение металлов.- М.: Металлургия, 1980, 208 с.

31. Mintz В., Wilson D.V. Strain ageing during the fatigue of carbon steels // Acta metallurgica. 1965. Vol. 13, N 9. P. 947- 956.

32. Herlescu T. e. a. Contribution a L'étude du Phénoméne de Fatique par le Mesurage de la variation des Constantes Physico-Mécaniques // Revue Roumaine des Sciences Techn., s. Metallurgie, 1967. V.12, N 2, p. 269-284.

33. Botho H. Änderung mechanischer Werkstoffeigenschaften bei schwingender Beanspruchung und ihr Zusammenhang mit dem Schädigungsverlauf // IfL-Mitteilungen, 1968. H. 8. S. 277 288.

34. Brindley B. J. The effect of dynamic strain ageing on the ductile fracture process in mild steel // Acta metallurgica. 1970. V. 18, № 3. P. 325 329.

35. Терентьев В.Ф. Усталость металлических металлов. M.: Наука, 2003.-254 с.

36. Шабалин В.И. Влияние термической обработки на деформационное упрочнение и выносливость стали: Тез. докл. VI совещания по усталости (Москва, ИМЕТ АН СССР 19-22 июня 1972 г.) М.: 1972. С. 15 -17.

37. Саррак В.И., Суворова С.О. Взаимодействие углерода с дефектами в мартенсите // ФММ, 1968. Т. 26, № 1. С. 147- 156.

38. Саррак В.И., Филиппов Г.А. В кн.: Проблемы металловедения и физики металлов. М., Металлургия, 1973. Т. 2. С. 134- 140.

39. Саррак В.И., Филиппов Г.А. Хрупкость мартенсита // МиТОМ. 1978, №4. С. 21-26.

40. Мишин В.М., Саррак В.И. Оценка влияния внутренних микронапряжений на прочность стали 18Х2Н4ВА с помощью критерия растягивающих напряжений // Пробл. прочности. 1986. № 4.- С. 57 62.

41. Мишин В.М., Филиппов Г.А. Физико-механическая характеристика сопротивления стали замедленному разрушению // Сб. научн.тр.Ш Евразийской научн.- практ конф. "Прочность неоднородных структур. ПРОСТ-2006" / М. МИСиС. -М., 2006,- С 188.

42. Мишин В.М., Филиппов Г.А. Критерий и фзико-механическая характеристика сопротивления стали замедленному разрушению // Деформация и разрушение материалов. 2007. № 3. С. 37-42.

43. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985.-216 с.

44. Механика разрушения и прочность металлов: Справочное пособие: В 4хт. /Под общей ред. Панасюка В.В. Т. 4 Киев: Наукова думка. 1990 - 680 с.

45. Швецов В.В., Симонов Ю.Н., Митрохович H.H. Влияние закалки и отпуска на циклическую трещиностойкость мартенситно-стареющих сталей // МиТОМ. 2004, № 9. С. 28 31.

46. Перкас М.Д. Структура, свойства и область применения высокопрочных мартенситно-стареющих сталей //МиТОМ. 1985, № 5. С. 23 33.

47. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1982. - 184 с.

48. Костина М.В., Банных O.A., Блинов В.М. Особенности сталей, легированных азотом // МиТОМ. 2000, № 12. С. 3 6.

49. Шпайдель М.О: Новые азотосодержащие аустенитные нержавеющие стали с высокими прочностью и пластичностью // МиТОМ. 2005, № 11. С. 9-13.

50. Блинов В.М., Банных O.A., Костина М.В. и др. Влияние термической обработки на структуру и свойства азотосодержащей аустенито-мартенситной стали 08Х14АН4МДБ // Металлы. 2004, № 6. С 73 84.

51. Этерашвили Т.В. Изучение усталостных процессов в аустенитных сталях, происходящих в пластической зоне перед вершиной микротрещины // Физика металлов и металловедение. 2006. Т. 101, Вып. 2. С. 200 205.

52. Сагарадзе В.В., Уваров А.И., Печеркина H.J1. и др. Структура и механические свойства толстолистовой азотосодержащей аустенитной стали 04Х20Н6Г11АМ2БФ // ФММ. 2006. Т. 102, Вып. 2. С. 250 256.

53. Иванова B.C., Ботвина JI.P., Сапрыкин Ю.В. и др. Структурные изменения под поверхностью разрушения образцов из стали Х18Н9Т // ФММ. 1975. Т. 39, вып. 6. С. 1251—1256.

54. Иванова B.C., Ботвина JI.P., Сапрыкин Ю.В. О связи фрактографи-ческих особенностей разрушения стали Х18Н9Т со структурными изменениями // Пробл. прочности. 1976. N 6. С. 34—36.

55. Ботвина J1.P., Клевцов Г.В., Козлов П.М. и др. Связь фазовых превращений в аустенитных сталях с размахом коэффициента интенсивности напряжений // ФММ. 1982. Т. 54, Вып. 3. С. 507 511.

56. French Н. Fatigue and the hardening of steels // Trans. ASTM. 1933.V. 21. P. 899-946.

57. Иванова B.C., Терентьев В.Ф., Пойда В.Г. и др. К вопросу о критической повреждаемости на линии Френча при циклическом нагру-жении // Изв. АН СССР. Металлы. 1973. № 1. С. 128 134.

58. Романив О.Н., Андрусив В.Н., Борсукевич В.И. Трещинообразова-ние при усталости металлов // ФХММ. 1988. Т. 24, № 1. С. 3 21.

59. Niendorf Т., Canadinc D., Maier HJ. et. с. On the fatigue behavior of ul-trafine-grained interstitial-free steel // Int. J. Mat. Res. Zeitschrift fur Metallkunde. 2006. 97. № 10. P. 1328-1336.

60. Кудрявцев П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. -М.: Машиностроение, 1982. 171 с.

61. Трощенко В.Т. Нелокализованное усталостное повреждение металлов и сплавов // Deformation & Fracture of Materials DFM2006 / Book of articles, ed. by Yu. K. Kovneristiy et. al. - Moscow: Interkontakt Nauka, 2006, V. 1, p. 5- 13.

62. Yokobori Т., Тапака M., Hayakawa H. et. с. Fatigue crack propagation behaviour of mild steel and high strength steels // Rep. Res. Inst. Strength and Fract. Mater. TohokuUniv. 1967. Vol. 3, № 2. P. 39 -71.

63. Yokobori Т., Kiyoshi S., Yaguchi H. Observations of microscopic plastic zone and slip band zone at the tip of fatigue crack // Ibid. 1973. Vol. 9, № 1.P. 1-10.

64. Ando K., Ogura N., Nishioka T. Effect of grain size on fatigue fracture toughness and plastic zone size atten ding fatigue crack growth // Proc. II Intern. Conf. Mech. Behav. Mater. Boston (Mass.), 1976. P. 533 537.

65. Ботвина JI. Р., Клевцов Г.В. Кинетика развития зон пластической деформации при усталостном разрушении // ФХММ. 1981. № 1. С. 39 44.

66. Клевцов Г.В., Ботвина JI.P. Микро- и макрозона пластической деформации как критерии предельного состояния материала при разрушении // Пробл. прочности. 1984. № 1. С. 77 82.

67. Klevtsova N.A., Klevtsov G.V., Frolova О.А. Local stress state at the crack tip and martensitic transformation in plastic zones // Прочность и разрушение материалов и конструкций. М.: РАЕ, 2005. С. 61 - 64.

68. Херцберг Р. В. Деформация и механика разрушения конструкционных материалов / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989. - 575 с.

69. Klevtsov G.Y. Botvina L.R. Klevtsova N.A. Plastic zones formation under différent types of loading conditions // ISIJ International. 1996. -V. 36.-№2.-P. 215-221.

70. Романив O.H., Ткач A.H. Микромеханическое моделирование вязкости разрушения металлов и сплавов // ФХММ. 1977. № 5. С. 5 22.

71. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М.: Металлургия, 1979. - 176 с.

72. Панасюк В.В., Осташ О.П., Костык Е.М. Зарождение усталостных трещин у концентраторов напряжений // ФХММ. 1985. № 6. С. 3 10.

73. Панасюк В.В., Осташ О.П., Костык Е.М. О связи характеристик циклической трещиностойкости материалов на стадии зарождения и роста трещин // ФХММ. 1986. № 6. С. 46 52.

74. Осташ О.П., Панасюк В.В. К теории зарождения и роста усталостных трещин // ФХММ. 1988, № 1. С. 13 - 21.

75. Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Пер. с яп. Киев: Наук, думка, 1978. - 352 с.

76. Taylor D., Wang G. The validation of some methods of notch fatigue analesis // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2000. Y. 23, №1. P 387-394.

77. Владимиров В.И., Лукаш П. Модель зарождения усталостной трещины на интрузиях устойчивой полосы скольжения // Пробл. прочности. 1982. № 1.С. 73-74.

78. Ботвина Л.Р., Клевцов Г.В., Маркочев В.М., Бобринский А.П. О корреляции размера циклической зоны пластической деформации и скорости усталостного разрушения стали 15Х2МФА при низких температурах // Пробл. прочности. 1982. N 7. С. 27-30.

79. Романив О.Н. Структурная механика разрушения новое перспективное направление // ФХММ. 1981. № 4. С. 28 - 45.

80. Романив О.Н. Структурная концепция порогов усталости конструкционных сплавов // ФХММ. 1986. № 1. С. 106 116.

81. Романив О.Н., Ткач А.Н., Симинькович В.Н. Влияние внутренних микронапряжений в мартенсите на припороговый рост усталостных трещин//ФХММ. 1982. № 6. С. 49 55.

82. Романив О.Н., Шур Е.А., Ткач А.Н. и др. Кинетика и механизм роста усталостной трещины в железе // ФХММ. 1981. № 1. С. 57 66.

83. Романив О.Н., Шур Е.А., Симинькович В.Н. и др. Трещиностойкость перлитных эвтектоидных сталей // ФХММ. 1983. № 2. С. 37 45.

84. Bathias С., Pelloux R.M. Fatigue crack propagation in martensitic and austenitic steels // Ibid.- 1973, № 5. P. 1265-1273.

85. Жаркова Н.А., Ботвина J1.P., Тютин М.Р. Стадийность накопления повреждений в низкоуглеродистой стали в условиях одноосного растяжения // Металлы. 2007. №3. С 64-71.

86. Опарина И.Б., Ботвина JI.P. Кумулятивные кривые распределения числа дефектов по размерам на различных стадиях накопления повреждений в условиях усталости и ползучести // ДАН. 2003. Т.389. №5. С.624—627.

87. Опарина И.Б., Тютин М.Р. Структурные уровни пластической деформации и разрушения в условиях усталости // Металлы. 2004. № 4. С 93 84.

88. Гурьев А.В., Кондратьев О.В. Особенности хода кривой усталости в связи с асимметрией циклического нагружения // Металловедение и прочность металлов. Волгоград: Труды ВПИ, вып. X, 1979. С. 3 - 8.

89. Осташ О.П. Определение периода зарождения усталостной макротрещины у концентраторов напряжений // ФХММ. 1990. № 4. С. 55 60.

90. Миллер К. Дж. Усталость металлов прошлое, настоящее и будущее // Завод, лаб. 1994. Т. 60, № 3. С. 31 - 44.

91. Ботвина JT.P. Некоторые актуальные проблемы усталости конструкционных материалов // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. С. 16 78.

92. Miller K.J. The behavior of short fatigue cracks and their initiation. Pt. II A general summary // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 1987. V. 10, №2. P 93113.

93. Murakami Y., Endo M. Effects of defects, inclusions and inhomogenei-ties on fatigue strength // Fatigue. 1994. V. 16, April. P. 163 182.

94. Newman J.C., Wu X.R. et all. Small-crack growth and fatigue life predictions for high- strength aluminum alloys. Part II // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 2000. V.23, №4. P. 59 72.

95. El Haddad M.H., Topper Т.Н., Smith K.N. Prediction of non-propagating cracks // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 1979. V.l 1, №'3. P. 573 584.

96. Smith R.A., Miller K.J. Prediction of fatigue regimes in notched components // Int. J. Mech. Sci., 1978. V.20. P. 201 206.

97. El Haddad M.H., Dowling N.E., Topper Т.Н., Smith K.N. Integral applications for short fatigue cracks at notches. // Int. J. Fract., 1980. V.16. P. 12 15.

98. Hammouda M.M., Miller K.J. Prediction of fatigue lifetime of notched members // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct. 1979. V. 2, №4. P 377 385.

99. Taylor D. Euromech colloquium on short fatigue cracks // Fatigue Eng. Mater. Struct. 1982. V. 5, №4. P 305 310.

100. Kitagawa H., Takahashi S. Applicability of fracture mechanics to very small cracks or the cracks in the early stage. In: Proc. 2nd Int. Conf. Mech. Behav. Mater. Boston, 1976. P. 627 631.

101. Коновалов JI.B., Петрова И.М. Особенности циклической прочности конструкционных сталей в области длительной долговечности // Вестник машиностроения, 1998, № 9. С. 3-10.

102. Яковлева Т.Ю., Матохнюк Л.Е. Прогнозирование характеристик сопротивления усталости металлов при различных частотах нагружения // Пробл. прочности. 2004. № 4. С. 145 155.

103. Махутов Н.А. Усталость металлов в широком диапазоне числа циклов // Завод, лаб. 2004. Т. 70, № 4. С. 37-41.

104. Ботвина Л.Р. Гигацикловая усталость новая проблема физики и механики разрушения // Завод, лаб. 2004. Т. 70, № 4. С. 59 - 61.

105. Bathias С. Designing components against gigacycle fatigue / In: Proceedings of the Internat. Conf. on Fatigue in the Very High Cycle Regime, Vienna, Austria. (Eds. S. Stanzl-Tschegg and H. Mayer). 2001. P. 97 -109.

106. Furuya Y, Matsuoka S., Abe T. e. a. Effect ofFreguency on Giga-Cycle Fatigue Properties for low temperature tempered SNCM 439 Steel // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. A. 2002. V. 68, № 667. P. 477 483.

107. Murakami Y. Mechanism of Fatigue Failure in ultralong Life Regime / In: Proceedings of the Internet. Conf. on Fatigue in the Very High Cycle Regime, Vienna, Austria. (Eds. S. Stanzl-Tschegg and H. Mayer). 2001. P. 12-21.

108. Shiozawa K., Lu L, Ishihara S. S-N curve characteristics and subsurface crack initiation behavior in ultra-long life fatigue of a high carbon-chromium bearing steel // Fatigue and Fract. Eng. Mater, and Struct. 2001. V. 24, № 12. P. 781 790.

109. Furuya Y., Matsuoka S. The Effect of Modified ausforming on Giga -Cycle Fatigue Properties in Si - Mn Steels // J. Iron and Steel Inst. Jap. - 2003. - Vol. 89, № 10.-P. 1082-1089.

110. Терентьев В.Ф. Зарождение усталостных трещин в высокопрочных сталях при гигацикловой усталости // Deformation & Fracture of Materials -DFM2006 / Book of articles, ed. by Yu. K. Kovneristiy et. al. Moscow: Interkontakt Nauka, 2006, V. 1, p. 307 - 310.

111. Lukas P., Kunz L. Specific features of high-cycle and ultra-high-cycle fatigue // In: Proceedings of the Internat. Conf. on Fatigue in the Very High Cycle Regime, Vienna, Austria. (Eds. S. Stanzl-Tschegg and H. Mayer). 2001. P. 23-33.

112. Биргер И.А. Детерминированные и статистические модели усталостной прочности // Пробл. прочности. 1982, № 4. С. 24 28.

113. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность: Справочник М.: Машиностроение,1985. - 224 с.

114. Шабалин В.И. О разрыве в кривых усталости дуралюмина // Докл. АН СССР. 1958. Т 122, №4. с. 600-604.

115. Терентьев В. Ф., Биллы М. К вопросу о построении полной кривой усталости. Сообщ. 1 и 2 // Пробл. прочности. 1972. № 6. С. 12 22.

116. Терентьев В. Ф., Биллы М. К вопросу о построении полной кривой усталости. Сообщ. 3 // Пробл. прочности. 1973. № 2. С. 27 31.

117. Захарова Т.П. Об оценке минимальных пределов выносливости на основе представлений о двух механизмах усталостного повреждения металлов // Машиноведение. 1974, № 6. С. 53 60.

118. Ботвина JI.P., Романовская А.В. Влияние смены механизма на характер статистических распределений // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 3,- Тула. 2002. С. 202 205.

119. Евсеев В.В. О раздельной обработке результатов испытаний в области мало- и многоцикловой усталости // Пробл. прочности. 1983, № 6. С. 25 -26.

120. Иванова B.C. Межзеренный и внутризеренный характер разрушения армко-железа при усталости // ДАН СССР, 1957. Т. 114, №3 - С. 537-540.

121. Виноградова Н.В., Паршин A.M., Петкова А.П., Яковицкая М.В. Структурные аспекты работоспособности и надежности конструкционных материалов // Вопросы материаловедения. 2005, № 2 (42). С. 213 220.

122. Chai G. On the formation of subsurface non-defect fatigue crack origin in "fish eye" / In: Proceedings of the Third International Conference on Very High Cycle Faligue (VHCF-3), Ritsumeikan University, Kusatsu, Japan. 2004. P. 24 31.

123. Попов А.А., Попова JI.E. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. М.: Металлургия, 1986. -458с.

124. Легирование машиностроительной стали. Б.Б.Винокур, Б.Н. Бей-ницович, А.Л. Геллер, М.Э. Натансон. М.Металлургия. 1997. - 200с.

125. Одинг И.А., Гуревич С.Е. Исследование чувствительности к надрезу некоторых сортов стали при циклических нагружениях // Вестник машиностроения. 1959, № 1. С. 30 35.

126. Ботвина JI.P., Маслов Л.И. К вопросу о разрыве кривых усталости // ФММ. 1972. Т. 34, вып. 4. С. 886-889.

127. Маслов Л.И., Шебатинов М.П., Филимонов Г.Н. Структурная чувствительность стали при знакопеременном нагружении // МиТОМ. 1978, № 4. С. 18-20.

128. Школьник Л.М. Методика усталостных испытаний: Справочник. М.: Металлургия, 1978. 302 с.

129. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.— Введ. 01.07.86.

130. Kori Toshinori, Sigemi Sasaki. The Micro Plastic Stress-Strain Hysteresis Loops of Steel during the Fatigue Process. "Trans. JSME', 1963, 29, № 209, 681-688.

131. Sasaki S., Matsimura M. Dynamic Strain Amplitude During Fatigue Process of Mild Steel due to Rotary bending. "Дзайрё, J. Soc. Mater., Sci. Japan", 1969, 18, № 190,p.637.

132. Дронов B.C., Харитонов Н.И. К вопросу кинетики циклического деформирования круговым изгибом // Технология машиностроения. Сер. Исследования в области пластичности и обработки металлов давлением. Тула: ТНИТИ-ТПИ, вып. 9. 1970. С. 181- 186.

133. Дронов B.C. Методика исследования усталости и трещиностойко-сти при испытании на изгиб с вращением // Известия ТулГУ. Серия " Материаловедение". Выпуск 4. Тула 2003. С. 223 - 229.

134. Маслов Л.И., Беженов А.И. Термоактивационный анализ процесса! усталостного разрушения / Циклическая вязкость разрушения металлов и сплавов. М.: Наука. 1981. С. 71 - 79.

135. Молчанов Л.Н. Регистрация деформации и нагревания образцов при испытании с перенапряжением на машинах НУ // Завод, лаб.- 1966. Т. 32, № 1. С. 108-109.

136. Рыжаков Ю.И., Дронов B.C. К методике измерения температуры вращающегося образца при испытании на усталость // Завод, лаб., 1972.- Т. 38, № 4. С. 484.

137. Криштал М.А., Драпкин Б.М. Установка для одновременного определения модуля упругости, сдвига и декремента колебаний в широком интервале температур // Завод, лаб. 1965. Т.31, № 11. С. 1391 1393.

138. Головин С.А. Аналитические возможности метода внутреннего трения при изучении усталости металлов // Изв. ТулГУ. Сер. Материаловедение. 2004. Вып. 5. С. 61 70.

139. Дронов B.C., Никольский H.H. О влиянии динамического деформационного старения на кинетику усталостного разрушения конструкционной стали // Вопросы металловедения и физики металлов. Тула: изд-во ТПИ,- 1974. С. 101 - 105.

140. Нейбер Г. Концентрации напряжений. / Пер. с нем. И.Н. Лебедева. М.: Гостехиздат, 1947, 204 с.

141. Серенсен C.B., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. Руководство и справочное пособие. Изд. 3-е. Под ред. C.B. Серенсена. -М.: Машиностроение, 1975. -488с.

142. Евсеев В.В. Методика ускоренных испытаний на усталость // Пробл. прочности. 1983, № 7. С. 17-19.

143. Гринберг Е.М., Архангельский С.И., Тихонова И.В. Дисперсия свойств как мера структурной неоднородности сплавов // Завод, лаб. 1996, № 10. С. 15-19.

144. Захарова Т.П. Модели усталостного разрушения при сложном на-гружении / Механическая усталость металлов. Киев: Наукова думка, 1983. -440 с.

145. Дронов B.C. Сопротивление усталости сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5.- Тула. 2004. С. 165- 177.

146. Дронов B.C., Головин С.А. Усталостная долговечность углеродистых и легированных сталей // Прочность и разрушение материалов и конструкций.-М.: РАЕ, 2005. С. 98-101.

147. Кольский Г. Волны напряжений в твердых телах. Пер. с англ. B.C. Ленского. М.: Изд. И.Л. 1955.

148. Williams T.R.F., Abdlilla J.A. Fatigue Limit and the Discontinuity in S/N Fatigue Curve of Steels // The Engineer. 1964. V. 218. № 5666. Aug. 28. P. 380-382.

149. Воронков В. Е., Москвитин В.В. Вращение предварительно изогнутого упруго-пластического стержня //Механика твердого тела. 1966. № 6. С. 147-149.

150. Дронов B.C., Харитонов А.Н. Развитие циклических деформаций в стали при испытаниях с перегрузками // Вопросы металловедения и физики металлов. Тула, изд-во ТПИ, 1972.- С. 192 198.

151. Дронов B.C. Влияние условий испытаний на форму кривой усталости среднеуглеродистой стали // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5,- Тула. 2004. С. 178- 185.

152. РД 50-345-82 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагру-жении. Введен 01.01.83.

153. Гудков A.A. Трещиностойкость стали. M.: Металлургия, 1989. -376 с.

154. Ярема С.Я. Исследования роста усталостных трещин и кинетические диаграммы усталостного разрушения // ФХММ. 1977, № 4. С. 3-23.

155. Кудрявцев П.И. Метод исследования кинетики развития усталостных трещин // Завод, лаб. 1968. № 1. С. 88 90.

156. Ботвина Л.Р., Коган И.С., Лимарь Л.В. Метод оценки скорости роста малых усталостных трещин в образцах с надрезами // Завод, лаб. 1984. №12. С. 59-61.

157. Анохин A.A., Георгиев М.Н., Козлов В.Н. О ^распространяющих -ся малых трещинах при циклическом нагружении // ФХММ. 1988, № 6. С. 2529.

158. Кудрявцев П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины. -М.: Машиностроение, 1982. 171 с.

159. Дронов B.C., Ботвина Л.Р., Блинов В.М. и др. Кинетика развития малых усталостных трещин в стали при циклическом нагружении // Металлы. 2006. №5. С. 112-122.

160. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. -М.: Машиностроение, 1979. 134 с.

161. Уманский я.с., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. -М.: Металлургия, 1982.-632 с.

162. Русаков A.A. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. -480 с.

163. Yoder G.R., Cooley L.A., Crooker T.W. 50-fold difference in region II fatigue crack propagation resistance of titanium alloys. A grain size effect // Trans. ASME. J. Eng. Mater. And Technol. 1979. Vol. 101, № 1. P. 86 - 90.

164. Финкель В.М. Физика разрушения M.: Металлургия, 1970 - 332 с.

165. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М.: Металлургия, 1984. - 280 с.

166. Красовский Ф.Я. Механизмы распространения трещин усталости в металлах // Пробл. прочности. 1980, № 10. С. 65 72.

167. De los Rios E.R., Hussain J.M., Miller K.J. A micro-mechanics analysis for short fatigue crack growth // Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 1985. V.8, Ж I. P. 49-63.

168. Клевцов Г.В. Пластические зоны и диагностика разрушения металлических материалов. М.: МИСИС, 1999. - 112 с.

169. Механическая усталость в статистическом аспекте. М.: Наука, 1969.- 171 с.

170. Glinka G., Newport A. Universal features of elastic notch tip stress fields // Int. J. Fatigue. 1987. 9, № 3. p. 143-150.

171. Glinka G., Ott W., Nowack H. Elastoplastic plane strain analysis of stresses and strains at the notch root // Trans. ASME: J. Eng. Mater, and Tech-nol.- 1988. 110, № 3. - P. 195 - 204.

172. Циклические деформации и усталость металлов. В 2-х т. Т.1. Малоцикловая и многоцикловая усталость металлов / Трощенко В.Т., Хамаза JI.A., Покровский В.В. и др. Под ред. Трощенко В.Т. Киев: Наук, думка, 1985.-216с.

173. Трощенко В.Т., Покровский В.В., Каплуненко В.Г. Влияние размеров образцов на характеристики циклической трещиностойкости теплоустойчивых сталей. Сообщение 1 // Пробл. прочности. 1986, № 4. С. 3 9. Сообщение 2. 1986, № 6. С. 13 - 18.

174. Махутов Н.А., Матвиенко Ю.Г., Черняков С.В. Методологический единый подход к расчетному анализу стадий зарождения и роста трещин малоцикловой усталости // ФХММ. 1993, № 2. С. 7 12.

175. Матвиенко Ю.Г. Анализ условий зарождения трещин малоцикловой усталости у концентратора напряжений // ФХММ. 1990, № 6. С. 75 80.

176. Панин C.B. Деформация и разрушение на мезоуровне поверхностно упрочненных материалов // Физическая мезомеханика. 2005, т.8, № 3, С. 31 -47.

177. Дронов B.C., Харитонов H.H. О форме и разрывах кривой усталости средиеуглеродиетой конструкционной стали// Тула, ТПИ, 1982, ВИНИТИ, № 1026-83 деп.- 15 с.

178. Шабалин В.И. Влияние частоты перемен нагружений на выносливость дуралюмина. Завод, лаб. 1962, № 7. С. 855 857.

179. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. О форме кривой усталости малоуглеродистой стали. ДАН СССР, 1966, т. 166, № 4, с. 843-846.

180. Шабалина В.Н. Кинетика распространения усталостных трещин и долговечность алюминиевых сплавов при частотах 120 380 Гц // Дис. на со-иск. учен. степ. канд. техн. наук. ИПП АН УССР, 1981

181. Андреев JI.C., Белкин A.M., Дронов B.C. Исследование ограниченной долговечности высокопрочных конструкционных сталей // Проблемы прочности. 1982. - № 6,- С. 30 - 32.

182. Андреев JI.C., Дронов B.C., Белкин A.M., Гаврилов М.П. Исследование кинетики разрушения высокопрочной конструкционной стали 35ХН2МФА // Пробл. прочности. 1983, № 8. С. 38 40.

183. Дронов B.C., Головин С.А. Ограниченная долговечность и трещи-ностойкость сталей высокой и средней прочности // Материаловедение. -2004, № 12. С. 41 -47.

184. Дронов B.C. Сопротивление усталости сталей высокой и средней прочности // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. С. 165 177.

185. Панасюк В.В., Осташ О.П., Костык Е.М. Зарождение усталостных трещин у концентраторов напряжений // ФХММ. 1986, № 6. - С. 3 - 10

186. Тютин М.Р. Кинетика множественного разрушения сталей при статическом и циклическом нагружении: Автореф. дис. . канд. тех. Наук.-М.,2006. 27 с.

187. Романив О.Н., Гладкий я.Н., Зима Ю.В. Влияние структурных факторов на кинетику трещин усталости в конструкционных сталях // ФХММ. 1978, № 2. С. 3 -15.

188. Дронов B.C., Головин С.А. Влияние прокатки на усталостные свойства стали 08Х14АН4МДБ // Производство проката. 2006, № 11. С. 36 — 39.

189. Дронов B.C., Ануфриев С.В., Романов А.А. Критические параметры усталостного разрушения высокопрочной аустенитно-мартенситной стали // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 6 Тула: Изд-во ТулГУ, 2005, - С. 183 - 191.

190. Терентьев В.Ф.К вопросу о пределе выносливости металлических материалов // МиТОМ. 2004, № 6. С. 22-28.

191. Murakami Y. Mechanism of fatigue failure in ultralong life regime / In: Proceedings of the Internat. Conf. on Fatigue in the Very High Cycle Regime, Vienna, Austria. (Eds. S. Stanzl-Tschegg and H. Mayer). 2001. P. 11-22.

192. Хейвуд Р.Б. Проектирование с учетом усталости. Пер. с англ./ Под ред. И.Ф. Образцова. М.: Машиностроение, 1969. - 504 с.

193. Трощенко В.Т. Усталость и неупругость металлов. Киев: Наук, думка, 1971.-268 с.

194. Романив О.Н., Деев Н.А., Сорокивский И.С. О связи некоторых характеристик кратковременных испытаний с пределом усталости закаленных сталей // ФХММ. 1973, № 3. - С. 54-59.

195. Романив О.Н. Некоторые вопросы прочности и механики, разрушения термически и термомеханически обработанных высокопрочных сталей: Автореф. Дис. . .д-ра техн. наук. — Львов, 1979. 50 с.

196. Высокопрочная сталь. Пер. с англ. Под ред. Л.К. Гордиенко. -М.: Металлургия, 1965. 256 с.

197. Botvina L.R. On phenomenon of discontinuity in fatigue curve / In: Proceedings of the Internat. Conf. on Fatigue in the Very High Cycle Regime, Vienna, Austria. (Eds. S. Stanzl-Tschegg and H. Mayer). 2001. P. 119-126.

198. Дронов B.C. Усталостная повреждаемость металлов малыми трещинами // Изв. ТулГУ. Серия Материаловедение. Вып. 4. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2003.-С. 65 -78.

199. Серенсен C.B., Шнейдерович P.M., Махутов H.A. и др. Поля деформаций при малоцикловом нагружении. М.: Наука, 1979. - 277 с.

200. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. - 272 с.

201. Махутов H.A., Москвичев В.В., Козлов А.Г., Цыплюк А.Н. Расчеты на трещиностойкость и эффекты пластического деформирования при наличии коротких трещин // Завод, лаб. 1990. № 3. С. 48 56.

202. Селиверстов Г.В., Сорокин П.А., Дронов B.C. Контроль накопления усталостной повреждаемости по изменению оптических свойств поверхности металлов // Тяжелое машиностроение. 2003, № 8. С. 8 10.

203. Сорокин П.А., Дронов B.C. , Селиверстов Г.В. Метод оценки остаточного ресурса несущих металлоконструкций грузоподъемных кранов // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 3 -Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. С. 164 - 166.

204. Красовский Ф.Я. Механизмы распространения трещин усталости в металлах // Пробл. прочности. 1980, № 10. С. 65 - 72.

205. Терентьев В.Ф. Усталостная прочность металлов и сплавов. М.: Интермет Инжиниринг, 2002. - 288 с.

206. Патент № 2170923 РФ, G 01 N 21/88, G 01 В 11/30. Способ диагностики работоспособности металлоконструкций / П.А. Сорокин, B.C. Дронов, Г.В. Селиверстов, A.B. Григорьев. 2001. Бюл. № 20.

207. Czoboly Е., Radon J.C. Size of plastic zone in the notched bars. // In Proc. 2nd Int.Conf.Mech. Behav. Mater., Boston, Mass., 1976, S.l.P. 1017-1021.

208. Махутов H.A., Алымов B.T., Бармас В.Ю. Инженерные методы оценки и продления ресурса сложных технических систем по критериям механики разрушения // Завод, лаб. 1997, т.63, №6, с. 45 51.

209. Матвиенко Ю.Г. Детерминированный анализ безопасности, живучести и остаточного ресурса по критериям механики трещин // Завод, лаб. 1997, т.63, N6. с.53 58.

210. Лепихин A.M. Риск-анализ конструкций потенциально опасных объектов на основе вероятностных моделей механики разрушения: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Новосибирск. 2000. - 36 с.

211. Лепихин A.M., Махутов H.A., Москвичев В.В., Афонин C.B. Вероятное моделирование докритического роста трещин и оценка ресурса конструкций // Проблемы машиностроения и надежности машин. 1999, N 5. с. 117V- 124.

212. Соколов С.А. Методологические основы прогнозирования долговечности металлических конструкций грузоподъемных машин: Автореф. дис. . докт. техн. наук. Санкт-Петербург, 1995. - 32 с.

213. Манжула К.П. Теория и методы расчета сопротивления усталости металлических конструкций грузоподъемных машин. Автореф. дис. . докт. техн. наук. Санкт-Петербург, 1998. - 32 с.

214. Диагностирование грузоподъемных машин. Под ред. В.И. Се-раштана, Ю.С. Огаря. - М.: Машиностроение, 1992. - 192с.

215. Сорокин П.А. Неразрушающий контроль состояния элементов металлоконструкций оптическим рефлектометрическим методом // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 2 Тула: Изд-во ТулГУ, 1999. С. 230 - 237.

216. Дронов B.C. Использование аппарата механики разрушения для выявления причин аварии башенного крана // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 1 Тула: Изд-во ТулГУ, 1997. С. 65 - 74.

217. Махутов H.A. Сопротивление элементов конструкций хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 1973. - 368 с.

218. Ануфриев В.И., Стеценко П.И., Дронов B.C. и др. Анализ условий работы элементов конструкций козлового крана КК-20-32 // Безопасность труда в промышленности. 2001, № 10. С.32 34.

219. Дронов B.C., Сальников В.Г. Структурная схема шарнирного узла козлового крана и его долговечность // Автоматизация и современные технологии. 2001, № 8. С. 8 11.

220. Котельников B.C., Зарецкий A.A., Анисимов B.C. Остаточный ресурс грузоподъемных кранов // Безопасность труда в промышленности. 1998, №2. С. 2-5.

221. Коротких Ю.Г., Городов Г.Ф., Панов В.А. и др. Оценка выработанного и прогноз остаточного ресурса крановых конструкций с учетом усталостных повреждений // Безопасность труда в промышленности. 2002, № 12. С. 27-29.

222. Махутов H.A., Гаденин М.М., Ахметханов P.C. и др. Механические испытания в задачах технического регулирования // Завод, лаб. 2007, т.73, № 1. С. 68-74.

223. Абрамович И.И. Мостовые грейферные перегружатели в России // Подъемно-транспортное дело. 2003, № 3. С. 14 16.

224. Дронов B.C., Чуканов А.Н. Эксплуатационные повреждения и ремонтопригодность ездовых балок мостовых перегружателей // Изв. ТулГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. Вып. 2 Тула: Изд-во ТулГУ, 1999. С. 251 -256.

225. Папинов A.B., Дронов B.C., Сальников В.Г. Расчетные параметры циклического нагружения подрельсовых балок мостовых перегружателей // Автоматизация и современные технологии. 2003, № 10. С. 4 8.

226. Патрикеев А.Б. Некоторые закономерности усталостных повреждений сварных подкрановых балок // Пробл. прочности. 1983, № 7. С. 19 24.

227. Сальников В.Г., Дронов B.C., Папинов A.B. Оценка долговечности подрельсовой балки мостового перегружателя // Автоматизация и современные технологии. 2004, № 4. С. 10 -12.

228. Трещиностойкость строительных металлических конструкций // Сб. ЦНИИпроектметалконструкция. -М.: 1986. 207 с.

229. Ларионов В.В., Баско Е.М., Скляднев А.И. и др. Вопросы эксплуатации стальных подкрановых балок с усталостными трещинами // Промышленное строительство. 1986, № 12. С. 36 37.

230. Дронов B.C., Дубенский Г.Г., Троицкий И.В. Механика разрушения. Тула: Изд-во ТулГУ, 1999, - 272 с.

231. Гурьев A.B., Карпов А.П. Роль микропластических деформаций в формировании частотной зависимости циклической прочности конструкционных материалов//Пробл. прочности. 1986, № 4. С. 24-27.

232. Гурьев A.B., Богданов Е.П. Закономерности перехода микропластической деформации в макропластическую для структурно-неоднородных материалов //Пробл. прочности. 1986, № 6. С. 35-41.

233. РД 24-112-5Р Руководящий документ по оценке остаточного ресурса кранов мостового типа // ОАО ВНИИПТМАШ, М.: 2002, 19 с.

234. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: В 2-х томах. Т.2: Пер. с англ. / Под ред. Ю. Мураками. М.: Мир, 1990. - 1016 с.

235. КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ПРИБОРОСТРОЕНИЯinstrument design bureau ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ1я, 300001, Тула, Щегловская засека. Тел. (0872) 41-0068. Факс (0872) 42-6139. E-mait:kbkedr@tula.net www.shipunov.comот .1. УТВЕРЖДАЮ:

236. Полученные в работе результаты имеют практическое значение и исполь-юваны на нашем предприятии при разработке образцов новой техники, совер ненствования их технических характеристик (ГМ-94, МО. 1.16).

237. Начальник технологического отделения 6 у Д.Мельников

238. Начальник отдела 62, к.т.н. ^ ^^ В.Н.Андреев

239. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ346411, г.Новочеркасск, Ростовской обл., ул.Просвещения,132 Тел./факс: (86352) 55410,55285,55273