CC BY
23
УДК 539.385.016.3.01
I. О. ВАКУЛЕНКО, М. А. ГРИЩЕНКО (ДПТ), О. М. ПЕРКОВ (1ЧМ НАНУ)
ВПЛИВ ДИСПЕРСНОСТ1 СТРУКТУРНИХ СКЛАДОВИХ ВУГЛЕЦЕВОÏ СТАЛ1 НА ОП1Р РУЙНУВАННЮ
Розглянута залежнiсть коефщента iнтенсивностi напружень, мiцностi при btomî i ударно1 в'язкосл ввд po3Mipy зерна аустенiту, po3Mipy феритного промiжка перлiту вуглецево1 стал1.
Рассмотрена зависимость коэффициента интенсивности напряжений, усталостной прочности и ударной вязкости от размера зерна аустенита, размера ферритного промежутка перлита углеродистой стали.
The observed questions of estimate stress intensity coefficient, strength of fatique and toughness behavior is considered to be result of a directional variation in the grain size of austenite and size of ferrite pearlite in carbon steel.
Незалежно вщ морфологи структурних складових вуглецево! стат, тдвищення !х дис-персносп супроводжуеться збiльшенням мщ-ностних властивостей ^ як наслiдок цього, шд-вищуеться опiр метала процесам руйнування. Враховуючи, що мiцностi властивостi стал вiд розмiру основного структурного елемента шд-порядковуються залежностi типу Холла-Петча, можна вважати, що це обумовлено визначеним сшввщношенням мiж параметрами указаного рiвняння, якi в свою чергу зв'язаш з характером структурних змш в металi пiд час навантажен-ня. Пiдтверджують це експериментальнi даш [1, 2], з яких витшае, що aj та Ку (постшш
р1вняння Холла-Петча: о = а^ + Ку
2 2 ) ■
де й, X - розмiр зерна фериту, або вiдстань мiж карбiдними частками) зв'язанi на тшьки з умовами зародження та розповсюдження пластично! деформацii, умовами навантаження, а й з попереднiми структурними перетвореннями, наприклад, при полiморфних перетвореннях сталi
Метою роботи е аналiз опору процесу руйнування вуглецевоi сталi в залежностi вiд структурних параметрiв та умов навантаження.
Матерiалом для дослiджень була сталь з ю-лькiстю вуглецю 0,55 та 0,65 %. Дисперсшсть структурних складових досягали за рахунок використання рiзноманiтних термiчних та тер-момехашчних обробок. Властивостi визначали при статичних, циклiчних та динамiчних ви-пробуваннях. Розмiр структурних складових визначали використовуючи методики кiлькiсноi металографii [3].
Анатз вiдомих експериментальних даних [4-6] свщчить, що межа мiцностi при втомi (ст_1) зi збiльшенням розмiру зерна аустенiту
( dA ) знижуеться. Найбшьш часпше наведена
залежшсть виконуеться для низьковуглецевих сталей, коли структурно вшьний ферит утво-рюе безперервну область та його об'емна част-ка значно перебшьшуе перлита колони. Це обумовлюе спадкоемний вплив аустештно1 структуры на утворення фсритнсн складовсн.
н а
мм jsii • ® • ® * •
ÎÎII Ко H ®
б
MM - • •
3001 • • •
îson
Дж в в
Ч\1 0,3 % * а •
0.1 © • • s
211
d. , лжи
Рис. 1. Залежшсть ст_1 (а), коефщента iнтенсивностi напружень при руйнуванш метала (б) та ударноi' в'язкосп руйнування (в) вiд йА
вуглецевих сталей з вмютом вуглецю (1 - 0,55; 2 - 0,65 %)
Однак, наведений вплив аустешту починае перекручуватись зi збiльшенням об'емноi част-ки перлiтноi складово1', або у випадках коли зростае роль процеав структурних перетво-
рень, як1 мають м1сце в стал1, наприклад при збшьшенш швидкосн охолодження. В цьому випадку вплив аустештно! фази на величину ст_1 повинен знижуватись. Дшсно, для досл1-джуваних сталей з 0,55 та 0,65 % С будова залежносп меж1 мщносн при втом1 вщ показала практично повну вщсутшсть зв'язку м1ж наведеними характеристиками (рис. 1). Под1б-ний результат отримано для коефщента штен-сивносн напружень при руйнуванш стал1 (К1С) . Обумовлено це декшькома факторами,
основш з яких - порушення безпереривносн структурно вшьного фериту та, при викорис-танш примусового охолодження, подр1бнюва-ностю перл1ту, яю додатково вуалюють вплив аустештно! структури. З шшого боку, за раху-нок того, що в аустент обов'язково е град1ент концентрацн по перетину зерна, як вуглецю так 1 легуючих елеменнв, який неодмшно проявля-еться при збшьшенш швидкосн навантаження при випробуваннях, або при зниженш темпера-тури, нема шчого незвичайного що ударна в'язюсть (ан) шюструе достатньо однозначну залежшсть вщ ёА (рис. 1).
° 1 н
мм 4110
«к. И
мм' 37511
ЛИН] а«>
Дж
мм
{1,1
0,1
V2 а
•
\ в 1 © а
• • б
•
•
в
©
• ©
•э
• ©
тер залежност1 в1д одних 1 тих структурних па-раметр1в металу.
Враховуючи, що в середньо- та високовуг-лецевих сталях основним структурним елемен-том е м1жкарбщна вщстань в перлггнш колонн, можна очшувати юнування залежносп вивчае-мих характеристик вщ X. Будова залежносп ст_1, К1С, та ан вщ X, показала юнування достатньо однозначного зв'язку для ст_1, так К1С , в той час як для ан коефщент кореляцн мае значно низью значення (рис. 2).
Сумюний анал1з характеру залежносп ст_1 { К1С вщ структурних параметр1в указуе на мо-жливють юнування зв'язку м1ж ними. Дшсно, шсля парного нанесення значень ст_1 проти К1С для однакових структурних параметр1в, можна говорити, що юнуе прямопропорцшний зв'язок з достатньо високим значенням коефщ1-ента кореляцп (рис. 3).
а „
и
300
200
3000
4500
А",
*я
Рис. 2. Залежшсть ст_1 (а), К1С (б) та ан (в) вщ X
для вуглецевих сталей з вмютом вуглецю (1 - 0,55; 2 - 0,65 %)
На пщстав1 отриманих результат можна вважати, що характеристики металу, яю визна-чеш при р1зних умовах навантаження (статичш та динам1чш) повинш показувати р1зний харак-
Рис. 3. Взаемозв'язок ст_1 та К1С для стал1 з 0,65 % С
На пщстав1 анал1зу залежносп ст_1 та К1С вщ X можна вважати, що наведеш характеристики зв'язаш з процесами зародження та розпо-всюдження трщини при вщносно низьких швидкостях деформування. Бшьше цього, як показано в [2, 7] диспергування перл1тно! колонн високовуглецево! стал1 супроводжуеться не ильки зростанням мщностних властивостей але 1 спроможнютю металу до пластично! дефор-мацн. Обумовлено це юнуванням залежносп параметр1в деформацшного змщнення вщ дис-персносп перл1ту. Враховуючи, що параметри деформацшного змщнення шюструють темп накопичення дефекнв кристал1чно! будови при поодинному збшьшенш ступеня пластично! деформацп, прискорення релаксацшних проце-
ciB в дрiбнодисперсному перлiтi e пояснення за рахунок яких чинникiв досягаеться пiдвищення плаcтичноcтi металу та збшьшення та K1C .
В протилежшсть i K1C залежшсть ан достатньо добре описуеться вщ dA . Обумовлено це, як показано рашш, збiльшенням впливу концентрацшно1 неоднорiдноcтi ауcтенiту при умовах пщвищення швидкоcтi навантаження металу при випробуваннях (при визначеннi ан швидюсть навантаження приблизно в 102 бшьше шж при визначеннi ст_1 та K1C ).
На пiдcтавi аналiзу отриманих експеримен-тальних даних, результата шших робiт [2, 4-7], можна вважати, що використовуючи тшьки один або два параметри неможливо наблизи-тись до реальних умов експлуатацн виробiв. З урахуванням пiдвищення вимог щодо умов екcплуатацiï машин та агрегапв стае в край не-обхiдним розробити комплексний показник, який дозволить одночасно урахувати вплив структурного стану металу, умов навантаження на характеристики надшносп готових виробiв.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. Бабич В. К. Деформационное старение стали / В. К. Бабич, Ю. П. Гуль, И. Е. Долженков. - М.: Металлургия, 1972. - 320 с.
2. Вакуленко И. А. Структура и свойства углеродистой стали при знакопеременном деформировании. - Д.: Gaudeamus, 2003, - 94 с.
3. Салтыков С. А. Стереометрическая металогра-фия. - М.: Металлургиздат, 1958. - 446 с.
4. Терентьев В. Ф. Влияние размера зерна на сопротивление усталости металов. / В. Ф. Терентьев, В. Г. Пойда // В кн.: Усталость и вязкость разрушения металов. - М.: Наука, 1974. с. 109141.
5. Иванова В. С. Современные представления о природе усталостного разрушения и новые направления исследований. В кн.: Усталость металлов и сплавов. - М.: Наука, 1971. С. 3-14.
6. Трощенко В. Г. Усталость и неупругость металлов. - К.: Наук. думка, 1971. - 267 с.
7. Пирогов В. А. Влияние структурных параметров на деформируемость углеродистых сталей / В. А. Пирогов, В. П. Фетисов, И. А. Вакуленко. Сталь, 1986, № 10. С.73-76.
Надшшла до редакцп 14.01.2008.
