Развитие деградации и начальные стадии разрушения малоуглеродистой стали

Тип работы:
Реферат
Предмет:
История. Исторические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 539. 3
РАЗВИТИЕ ДЕГРАДАЦИИ И НАЧАЛЬНЫЕ СТАДИИ РАЗРУШЕНИЯ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
© А. Н. Чуканов, А.А. Яковенко
Тульский государственный университет, г. Тула, Россия e-mail: AlexChukanov@yandex. ru, Alexyakovenk@gmail. com
Ключевые слова: малоуглеродистые стали- деградация- пластическая деформация- наводороживание- внутреннее трение- неупругие эффекты.
На основе комплексного анализа неупругих эффектов внутреннего трения (Снука, Снука-Кестера, деструкционно-го эффекта) оценивали развитие деградации и накопление поврежденности в деформируемой малоуглеродистой стали. Аналогичная стадийность процесса выявлена в ходе коррозионного воздействия.
Традиционным методом фиксации дислокационной динамики как во всем объеме, так и в локальных зонах концентрации напряжений является метод внутреннего трения (ВТ) [1]. Температурный спектр ВТ представляет собой комплекс неупругих эффектов (НЭ), отражающих изменение диффузионных и динамических характеристик дефектов, фазового состава, морфологии фаз, перераспределение растворенных и собственных атомов, формирование суб- и микронесплошно-стей. Принципиальное преимущество ВТ — в фиксации перечисленных процессов на самых ранних этапах деградации [2].
Цель исследования: изучение развития деградации и стадийности накопления поврежденности при различных внешних воздействиях.
Объекты исследования: образцы углеродистой стали марки Ст 3 (I = 200 мм, С = 8 мм,) и сплава Ее+0,09%С (I = 70 мм, С = 0,8 мм).
Методика. Образцы стали марки Ст 3 деформировали при комнатной температуре статическим одноосным растяжением, образцы сплава Ее+0,09%С — обжатием при протяжке через фильеры (е = 0… 20%). Строили условные диаграммы деформации (ГОСТ 1497−84). Фиксировали изменение плотности (р) и параметры тонкой структуры: плотность дислокаций, величину микроискажений. Коррозионное воздействие стали Ст 3 имитировали электролитическим насыщением водорода (катодная поляризация в растворе Н2БО4 [3]). Интенсивность воздействия варьировали длительностью насыщения (1. 30 часов) при плотности тока ] = 150 А/м2. Стимулятор — тиомочевина.
Анализировали комплекс параметров неупругих эффектов ВТ, полученных в диапазоне от -100 до 500 °C при низко- (обратный крутильный маятник, /~1 с-1) и среднечастотных (резонансные изгибные колебания / ~ 1−10−3 с-1) измерениях амплитудных и температурных зависимостей ВТ (АЗВТ и ТЗВТ) (ГОСТ 25 156−82). Скорость нагрева 2 град. /мин. Параллельно измеряли модуль нормальной упругости (Е).
Результаты. На ТЗВТ идентифицировали НЭ: во-
дородную релаксацию Снука-Кестера- релаксацию Снука (С и М) — релаксацию Снука-Кестера- а также деструкционный эффект, отражающий дислокационную динамику у дефектов поврежденности (микротрещин) [4]. Оценивали термоактивационные параметры НЭ (фон, высоту, температурное положение, энергию активации: 2'-^, 2−1т, Тт, ДН) в зависимости от предварительной деформации и длительности насыщения.
Стадийность повреждаемости определяли на основе модели Л. Р. Ботвиной [5], описывающей разрушение при одноосном растяжении. Критерием границ отдельных стадии служило отношение текущего напряжения к максимальному а/ашах. Комплексный анализ НЭ ВТ позволил выявить некоторые стадии повреждаемости [5] и развития деградации [2], а также значительно детализировал механизмы процессов, реализующихся на этих стадиях (рис. 1).
I. Стадия микротекучести ((0,35−0,7) ашах. (до 3%). Процесс деформации практически полностью пластический, начинают формироваться полосы Чернова-Людерса. Наблюдается резкий прирост плотности подвижных дислокаций [5]. В твердом растворе уменьшается концентрация атомов внедрения Си N в 3 раза. Они начинают закреплять подвижные дислокации. Растет энергия связи дислокаций с примесными атомами (ДЕсв ~ 4−10−19 Дж). Величина номинальных (фон ВТ) и локализованных (высота деструкционного максимума) микронапряжений растёт (рис. 2). Растет количество субмикронесплошностей.
II. Стадия накопления дефектов ((0,7−0,85) атса. (е = 3… 68%). Рост количества подвижных дислокаций превалирует над процессом их блокировки примесными атомами. В конце стадии наблюдали слабое снижение плотности образца — начало его микроразрыхления. Характер деформации — пластико-дестру-кционный.
III. Стадия слияния дефектов ((0,85−0,97)ашах. (е = 8. 13%). Достигается баланс между увеличением плотности подвижных дислокаций и количеством атомов внедрения. В вершинах микротрещин происходит
сти микротрещин n на стадиях: микротекучести (М), накопления (I), слияния (II) микротрещин и развития макротрещины
(Ш) [5]
О 3,3 13 17 20
?, %
Рис. 2. Влияние предварительной деформации на фон ВТ (1) и высоту деструкционного максимума (2) сплава Бе + 0,09% С
формирование заблокированных дислокационных групп, которые в дальнейшем становятся локализованными зонами концентрации внутренних напряжений (Д2тЛ = 34,310−4). В этих зонах возникают субмикротрещины. К концу II стадии Е падает на 40%.
IV. Стадия локализованного разрушения ((0,97−1) ашах. (е = 13. 1720 %). Величина локальных микроискажений падает (рис. 2). Это связано с рассеянием энергии при образовании дополнительных поверхностей — макротрещин. Деформация в подавляющей части деструкционная. Она локализуется в узкой области концентраций напряжений продвижения магистральной трещины, что приводит к окончательному разрушению [6]. Полученные результаты хорошо согласуются с данными других исследователей [3−6].
Аналогичную стадийность изменения параметров максимумов ВТ фиксировали при измерениях ТЗВТ образцов, подвергнутых коррозионному воздействию в ходе наводороживания [3]. Это позволяет говорить о схожих механизмах накопления поврежденности и позволяет использовать параметры деструкционного НЭ для прогнозирования поврежденности в малоуглеродистой стали вне зависимости от физической природы формирующих её процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чуканов А. Н. Физико-механические закономерности формирования предельного состояния и развития локального разрушения в металлических материалах: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Тула: ТулГУ, 2001. 39 с.
2. Чуканов А. Н., Яковенко А А. Развитие деградации и начальные стадии повреждаемости малоуглеродистой стали при деформировании // Изв. ТулГУ. Сер. Естеств. науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. № 1. С. 13−20.
3. Сергеев Н. Н. Механические свойства и внутреннее трение высокопрочных сталей в коррозионных средах: дис. … д-ра техн. наук. Самара, 1996. 463 с.
4. Левин Д М., Чуканов А. Н., Муравлева Л. В. Исследование повреждаемости трубных сталей по эффектам неупругой релаксации // Вестн. Тамб. ун-та. Сер. Естеств. и техн. науки. Тамбов, 1998. Т. 3. Вып. 3. С. 315−318.
5. Жаркова Н. А., БотвинаЛ.Р., Тютин М. Р. Стадийность накопления повреждений в низкоуглеродистой стали в условиях одноосного растяжения // Металлы. 2007. № 3. С. 64−71.
6. Рыбакова Л. М. Механические свойства и деструкция пластически деформированного материала // Вестн. машиностроения. 1993. № 3. С. 32−37.
БЛАГОДАРНОСТИ: При поддержке гранта ректора Тульского государственного университета № Грр-03. 2010 г.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Chukanov A.N., Yakovenko A.A. Evolution of degradation and the earlier stages of damage in low-carbon steel.
On the basis of the integrated analysis of anelastic effects of internal friction (Snoek, Snoek-Kester, decrtuction effect) of evolution of degradation and damage in low-carbon steels was estimated. The mechanisms of evolution of degradation and the earlier stages of damage were revealed.
Key words: low-carbon steels- deformation- degradation- damage- internal friction- anelastic effects.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой