CC BY
3СЕКЦИЯ 3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
DOI: 10.24412^-37269-2024-1-196-198
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗЛОМОВ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ В НАНОСТРУКТУРНОМ СОСТОЯНИИ, ПОДВЕРГНУТЫХ ИСПЫТАНИЯМ НА УДАРНЫЙ ИЗГИБ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Борисова М.З.
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск
bormaria@yandex .щ
Рассмотрены особенности формирования изломов образцов низколегированной стали 09Г2С после равноканального углового прессования при различных температурах испытания. Показана роль измельчения структурных составляющих, образующихся при тёплом равнока-нальном угловом прессовании. Определены особенности микромеханизмов роста трещин за счет образования сколов.
Для обеспечения работоспособности техники в условиях холодного климата необходимо изучить влияние различных факторов на хладостойкость сталей. Одним из параметров для оценки хладостойкости матералов является ударная вязкость. Так как ударная вязкость является структурночувствительной характеристикой, то на её значения в большей степени влияют размер зерна, количество и распределение включений, а также состояние границ зерен. Испытания на ударный изгиб дают возможность спрогнозировать поведение материала в процессе эксплуатации при низких температурах. Вязко-хрупкий переход (ВХП) в стали 09Г2С в крупнозернистом состянии происходит в области отрицательных температур (около -40 °С) [1]. Структурные изменения, вносимые при интенсивной пластической деформации, смещают температуру ВХП.
Для исследования влияния структуры на ударную вязкость стали 09Г2С была проведена интенсивная пластическая деформация (ИПД) методом равноканального углового прессования (РКУП). РКУП стали 09Г2С проходило по маршруту А, в 2 цикла при 400 °С. Испытания на ударный изгиб проводились на маятниковом копре «Amsler RKP-450» при температурах: +20, -20 и -60 °С (рис. 1).
Рис. 1. Ударная вязкость стальных образцов после РКУП при различных температурах испытания
Известно, что РКУП приводит к увеличению прочностных характеристик материала [2-4], но при этом, также, наблюдается значительное снижение пластичности, что негативно сказывается на способности материала сопротивляться разрушению под действием ударной нагрузки. По фрактограммам, снятым при большом увеличении, можно судить о количестве и форме включений, характере микроструктуры, качестве термообработки и механизме разрушения. Исследования микрорельефа поверхностей излома, проведенные с использованием растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7800F (рис. 2-3) показали, что для образцов после РКУП характерно разрушение по механизму скола с образованием ручьистого микрорельефа.
Рис. 3. Микрорельев образцов стали 09Г2С после теплого РКУП, испытанных на ударный изгиб при 20 °С (а), -20 °С и -60 °С(в)
Напряженно-деформированное состояние стали после РКУП приводит к преждевременному разрушению, которое возникает еще до исчерпания полного ресурса вязкости материала в результате ускоренного зарождения и распространения микротрещин скола. Разрушение стали происходит по механизму скола с образованием ручьистого микрорельефа при всех температурах испытания. РКУП привел к смене основного механизма разрушения на хрупкое внутризеренное, а значит, несмотря на высокие прочностные характеристика сразу после РКУП, необходима последующая термообработка материала, позволяющая сохранить высокую прочность материала с одновременным повышением значений ударной вязкости. Способность к хрупкому разрушению чувствительна к локальным особенностям микроструктуры, например, к дисперсности карбидов и их локализации. Рассеяние значений ударной вязкости контролируется также дефектами и дисперсностью составляющих микроструктуры. Но также некоторое количество предварительной пластической деформации необходимо для зарождения хрупкого скола.
Таким образом, несмотря на положительное влияние интенсивной пластической деформации на прочность и твердость металлических материалов, напряженно-деформированное состояние сразу после ИПД приводит к смещению ВХП в зону положительных температур, что негативно сказывается на возможности практического применения таких материалов.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (научная тема FWRS-2024-0036) с использованием научного оборудования ЦКП ФИЦЯНЦ СО РАН.
Литература
1. Никулин С.А., Рогачев С.О., Белов В.А и др. Структура и свойства сталей для конструкции устройства локализации расплава атомных реакторов // Известия высших учеьных заведений. Черная металлургия. 2023; 666(3), С. 356-366.
2. Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.В. и др. Механизм ударного разрушения стали 10 после равноканального углового прессования в интервале вязко-хрупкого перехода //50 Международный симпозиум «Актуальные проблемы прочности»: материалы конференции, Витебск, 2010. Ч. 1. С. 43-46.
3. Валиев Р.З., Клевцов Г.В., Клевцова Н.А., Кушнаренко В.М., Ганеев А.В. Конструктивная прочность и коррозионная стойкость наноструктурированной стали 10 // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2014;57(6), С. 66-70.
4. Корзников А.В., Сергеев С.Н., Сафаров И.М. и др. Влияние волокнистой ультрамелкозернистой структуры на температуру хрупко-вязкого перехода низкоуглеродистой стали 12ГБА// Актуальные проблемы прочности: 54 Международная конференция. - Екатеринбург, 2013. С. 149.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1-198-201
РАЗРАБОТКА ЗАМАСЛИВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОБРАБОТКИ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ КОМПОЗИТОВ
Васильева А.А.
ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск [email protected]
В статье приведены результаты экспериментальных исследований по разработке наномодифицированных замасливателей для изготовления базальтовых прямых и трощенных ровингов для армирования композитов методом пультрузии. Подтверждена возможность и техническая эффективность применения наномодификаторов в составах замасливателей. Модифицирование поверхности базальтовых волокон на основе наномодифицированного за-масливателя оказывает положительное влияние на технологические и прочностные свойства конечных композитов. При введении углеродных наномодификаторов с массовой концентрацией 0,005% (по мас.) в состав замасливателя наблюдается повышение физико-механических показателей композитов: прочность при поперечном срезе на 30%, прочность при сжатии на 20,4%, прочность при трехточечном изгибе на 34,7%.
Интерес мирового научного сообщества в области изучения поверхностной обработки базальтового волокна поскольку оно относительно легко обрабатывается и стоит дешевле, чем углеродные и другие волокна при этом является не токсичным. Базальтовые волокна имеют схожую со стеклянными волокнами структуру при этом обладают высокими показателями: механической прочности, износостойкости, термической стабильности и химической стойкости [1], но в то же время в отдельных случаях уступают по этим показателям дорогим волокнам из S-стекла [2-5].
Одним из важных факторов, определяющим механические свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ), армированных волокнистым наполнителем, является величина адгезионной прочности. Значительный интерес со стороны ведущих лабораторий по изучению свойств ПКМ представляет разработка методов поверхностной модификации армирующих наполнителей перед изготовлением ПКМ. Величина адгезионной прочности в значительной степени определяется особыми химически активными функциональными группами способными образовывать прочные связи с полимерной матрицей. Среди работ, направленных на улучшение межфазного взаимодействия наблюдаются несколько подходов к улучшению поверхности раздела «волокно-матрица»: введение модификаторов непосредственно в шихту [6], из которой получают базальтовые волокна; нанесение покрытия (замасливателем, аппретом) [7-10] на готовые волокна; химическая, термическая или плазменная обработка и/или осаждение функциональных групп на поверхность базальтовых волокон [11] и добавление микро- и нанонаполнителей непосредственно в матрицу. Слабое взаимодействие в межфазной границе раздела «волокно-матрица» приводит к отслоению волокна, хрупкому или пластичному разрушению. По этой причине разработка методов поверхностной модификации базальтовых волокон является весьма перспективным способом повышения адгезионной прочности соединения «волокно-матрица».
