Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ оценка прочности границ зерен МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Волоконский М.В. 1 Мишин В.М. 1
1 Северо-Кавказский федеральный университет,
1. Мишин В.М., Филиппов Г.А. Кинетическая модель замедленного разрушения закаленной стали // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2008. – № 3. – С. 28–33.
2. Мишин В.М. Структурно-механические основы локального разрушения конструкционных сталей: монография. – Пятигорск: Спецпечать, 2006. – 226 с.
3. Мишин В.М., Филиппов Г.А. Критерий и физико-механическая характеристика сопротивления стали замедленному разрушению // Деформация и разрушение материалов. – 2007. – № 3. – С. 37–42.

При замедленном хрупком разрушении (ЗХР) мартенситных сталей трещина зарождается на границе зерна и далее развивается по границам зерен [1]. В связи с этим для решения практических задач необходимо количественное знание прочности границы зерна. В настоящее время единственным методом, позволяющим, на основе результатов испытаний образцов, рассчитать напряжения в зоне зарождения трещины является метод конечных элементов (МКЭ) [2]. В работе используется МКЭ, позволяющий учитывать не только упругие, но и локализованные пластические деформации.

Целью работы является количественная оценка локальной прочности границ зерен мартенситной стали, ослабленной остаточными внутренними микронапряжениями.

Для оценки локальной прочности границ зерен использовали испытания на замедленное хрупкое разрушение (ЗХР) [3]. Особенностью ЗХР является то, что трещина зарождается и далее развивается по границам зерен. Поэтому, пороговое локальное напряжение зарождения микротрещины является характеристикой прочности границы зерна.

Исследовали образцы с надрезом Шарпи из стали 18Х2Н4ВА (0,19 С; 1,5 Cr; 4,1 Ni; 0,2 Si; 0,37 Mn; 0,82 W; 0,003 S, вес. %), выплавленную в открытой индукционной печи. Для получения состояний различающихся уровнем остаточных внутренних микронапряжений при одной и той же структуре, образцы после закалки на мартенсит выдерживали различное время. Испытания на ЗХР проводили нагружением образцов до заданного уровня нагрузки и выдержкой до разрушения. Строили кривые ЗХР в координатах время до зарождения трещины – уровень номинального напряжения.

С помощью метода конечных элементов проведено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния в зоне зарождения трещины на границе зерна. В математическую модель была введена реалогическая кривая зависимости напряжения от деформации образца на растяжение (МРГ-3), находящегося в том же структурном состоянии.

Входные характеристики программы: предел текучести, модуль Юнга, показатель и коэффициент упрочнения определяли из испытаний на растяжение гладких образцов МРГ-3 после аналогичной термообработки. С помощью МКЭ моделировали образец 10×10×40 с надрезом типа Шарпи глубиной 2,00 мм, углом раскрытия надреза 45о радиусом закругления 0,25 мм, нагруженный сосредоточенным изгибом. В результате расчетов методом конечных элементов определяли напряженно-деформированное состояние во всех узлах сетки элементов для дискретных нагрузок, а так же перед концентратором напряжений до и после появления пластической зоны.

Затем кривые замедленного разрушения пересчитывали с помощью МКЭ из координат: «время до зарождения трещины – номинальное напряжение», в координаты: «время до зарождения трещины – локальное напряжение». Выявляли пороговые локальные напряжения ниже уровня которых зарождение трещины не происходит. Полагали, что эти пороговые локальные напряжения для различных состояний мартенситной стали характеризуют прочность границы зерна, ослабленной различными уровнями остаточных внутренних микронапряжений. Были получены зависимости локальной прочности границ зерен мартенситной стали в зависимости от уровня остаточных внутренних микронапряжений.

Таким образом, феноменологические результаты испытаний на замедленное хрупкое разрушение мартенситной стали получили количественные физически обоснованные характеристики. Показано, что пороговое локальное напряжение σ11порог характеризует локальную прочность границы зерна мартенситной стали. Впервые установлена количественная зависимость прочности границы зерна мартенситной стали 18Х2Н4ВА от уровня остаточных внутренних микронапряжений после закалки и различного времени отдыха.


Библиографическая ссылка

Волоконский М.В., Мишин В.М. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ оценка прочности границ зерен МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 3. – С. 98-99;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=31548 (дата обращения: 18.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252