Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

Shikhovtsov A.A. 1 1
1 North-Caucasus Federal University

Замедленное хрупкое разрушение (ЗХР) высокопрочных сталей и стальных деталей является наиболее опасным видом хрупкого разрушения. Особая опасность этого вида хрупкого разрушения связана с тем, что при разрушении деталей отсутствуют признаки пластической деформации. При замедленном хрупком разрушении зарождение и развитие микротрещины происходит по границам зерен мартенситной стали или стали содержащей мартенсит [1]. Физическая природа замедленного хрупкого разрушения изучена в ряде работ [1–2]. Авторами, ранее был разработан критерий замедленного хрупкого разрушения высокопрочных сталей [3]. Полагали, что применение критерия замедленного хрупкого разрушения возможно не только к образцам, но и к деталям. С помощью метода конечных элементов – метода математического моделирования напряженно-деформированного состояния в зоне зарождения микротрещины существует возможность прогнозирования пороговых нагрузок для детали с концентраторами напряжений [4].

Целью работы является разработка метода оценки системы пороговых нагрузок для детали на основе применения метода конечных элементов (МКЭ) по результатам экспериментального определения пороговых локальных напряжений при испытании стандартных образов на ЗХР.

Исследовали сталь 18Х2Н4ВА (0,19 С; 1,5 Cr; 4,1 Ni; 0,2 Si; 0,37 Mn; 0,82 W; 0,003 S, вес. %). Термическую обработку проводили по режиму: нагрев до 1000 °С, выдержка 10 мин, закалка в воде. Испытания на замедленное разрушение проводили по методике [3].

Предлагаемая методика заключается в следующем:

1. Из аварийной детали вырезаются «ударные» образцы тип 4 с надрезом Шарпи.

2. Образцы помещаются в ампулы из кварцевого стекла и вакуумируются.

3. Проводится термообработка образцов по режиму аналогичному режиму термообработки детали.

4. Проводятся испытания образцов на замедленное разрушение.

5. Определяется значение характеристики замедленного хрупкого разрушения стали – пороговое локальное напряжение.

6. Осуществляется расчет аварийной детали методом конечных элементов на ЭВМ при шаговом увеличении системы нагрузок, т.е. рассчитываются тензоры напряжений во всех узлах решетки МКЭ.

7. Определяются места и уровень максимальных локальных растягивающих напряжений при шаговом увеличении системы приложенных нагрузок к детали.

8. Устанавливается соответствие системы приложенных нагрузок к детали, для момента соответствия достижения порогового локального напряжения при замедленном разрушении образцов.

9. Определяется система пороговых нагрузок для детали, соответствующая достижению в зоне локального разрушения уровня порогового локального напряжения.

В результате, представляется возможным установить путем расчета с помощью метода конечных элементов систему пороговых нагрузок, ниже уровня которой замедленное разрушение не реализуется для данного структурного состояния стали.

Таким образом, разработан метод оценки системы пороговых нагрузок при замедленном разрушении детали на основе применения компьютерного метода конечных элементов и результатов экспериментального определения пороговых локальных напряжений при испытании стандартных образов на замедленное хрупкое разрушение.