Ударная вязкость и механизм разрушения упрочненной стали при низкой температуре

Цель работы — исследование влияния интенсивной пластической деформации (ИПД) на ударную вязкость и механизм разрушения конструкционной низкоуглеродистой стали Ст3сп в диапазоне температуры испытания 293 – 213 К. Рассмотрены вопросы деформационной обработки заготовок из стали Ст3сп методом ИПД по схеме равноканального углового прессовании (РКУП). Представлены результаты низкотемпературных испытаний ударным изгибом образцов Шарпи из стали в различных состояниях. В результате РКУП в 16 проходов ударная вязкость снизилась в ~1,3 раза. Показано, что зависимости ударной вязкости от температуры для стали в состоянии поставки и стали, подвергнутой РКУП, отличаются. Проведено фрактографическое исследование механизмов разрушения данной стали в состояниях поставки и после обработки РКУП при температуре испытания 293 – 213 К. Результаты этих исследований показали, что для исходной стали разрушение с образованием зон вязкого и хрупкого разрушений при 293 К переходит в хрупкое при 213 К последовательным расширением области хрупкого разрушения при понижении температуры, а для упрочненной стали область смешанного разрушения появляется в локальной области при 233 К и распространяется на все поперечное сечение образца при 213 К. Микроструктура, сформированная в результате РКУП в 16 проходов, в рассмотренном интервале температур до 213 К исключает чисто хрупкое разрушение и приводит к смешанному характеру разрушения.

1. Солнцев Ю. П. Хладостойкие стали и сплавы: Учебник для вузов. — СПб.: Химиздат, 2005. — 480 с.

2. Бриджмен П. В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1955. — 444 с.

3. Сегал В. М., Резников В. И., Копылов В. И. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. — Минск: Наука и техника, 1994. — 231 с.

4. Валиев Р. З., Александров И. В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. — М.: Академкнига, 2007. — 398 с.

5. Zhu Y. T., Jiang H., Huang J., et al. A new route to bulk nanostructured metals / Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. P. 1559 – 1562.

6. Сэстри Ш. М. Л., Добаткин С. В., Сидорова С. В. Формирование субмикрокристаллической структуры в стали 10Г2ФТ при холодном равноканальном угловом прессовании и последующем нагреве / Металлы. 2004. № 2. С. 28 – 35.

7. Лотков А. И., Гришков В. Н., Дударев Е. Ф. и др. Формирование ультрамелкозернистого состояния, мартенситные превращения и неупругие свойства никелида титана после «abc»-прессования / Вопросы материаловедения. 2008. № 1(53). С. 161 – 165.

8. Stolyarov V. V. Features of deformation behavior at rolling and tension under current in TiNi alloy / Reviews on Advanced Materials Science. 2010. Vol. 25. P. 194 – 202.

9. Li L., Virta J. Ultrahigh strength steel wires processed by severe plastic deformation for ultrafine grained microstructure / Materials Science and Technology. 2011. Vol. 27. N 5. P. 845 – 862.

10. Maier G. G., Astafurova E. G., Maier H. J., et al. Annealing behavior of ultrafine grained structure in low-carbon steel produced by equal channel angular pressing / Materials Science and Engineering A — Structural Materials Properties Microstructure and Processing. 2013. Vol. 581. N 1. P. 104 – 107.

11. Яковлева С. П., Махарова С. Н., Борисова М. З. Структура, свойства и особенности разрушения низколегированной стали в субмикрокристаллическом состоянии / Металлы. 2006. № 4. С. 71 – 78.

12. Ботвина Л. Р., Тютин М. Р., Левин В. П. и др. Особенности статического, ударного и усталостного разрушения стали 06МБФ с субмикрокристаллической структурой / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 1. С. 43 – 49.

13. Клевцов Г. В., Валиев Р. З., Рааб Г. И. и др. Механизм ударного разрушения стали 10 с субмикрокристаллической структурой в интервале вязко-хрупкого перехода / Деформация и разрушение материалов. 2011. № 8. С. 9 – 13.

14. Клевцов Г. В., Валиев Р. З., Клевцова Н. А. и др. Прочность и механизм разрушения нелегированной среднеуглеродистой стали с ультрамелкозернистой структурой при однократных видах нагружения / Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 10. С. 1061 – 1069. DOI: 10.1134/S0015323018100078.

15. Прогрессивные машиностроительные технологии. Т. 1. / Под ред. А. В. Киричека. — М.: Издательский дом «Спектр», 2012. С. 230 – 262.

16. Иванов А. М., Сыромятникова А. С., Петрова Н. Д. Упрочнение интенсивной пластической деформацией и разрушение конструкционной стали / Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 3. С. 39 – 42.