Оценка хрупкости и вязкости металлов при испытании на растяжение

Рассмотрены показатели хрупкости и вязкости металлов, рассчитанные по их механическим свойствам с учетом напряженного состояния, полученным в результате испытания на растяжение цилиндрических гладких и надрезанных образцов из перлитной (16ХСН), мартенситностареющей (03Х11Н10М2Т) и аустенитной (10Х11Н23Т3МР) сталей. Испытания проводили на разрывной машине УЭМ-10ТМ с разверткой диаграмм по деформации в масштабе ~50:1 при скорости деформирования 5 мм/мин. Размеры образцов до и после испытания измеряли с помощью микрометра и компаратора ИЗА-2 с точностью ±10^–3 мм. Испытания на ударный изгиб проводили на маятниковом копре МК15 на тех же цилиндрических надрезанных образцах, которые применяли для построения диаграмм пластичности и вязкости в зависимости от показателя жесткости напряженного состояния по Бриджмену. На основании испытания на растяжение указанных образцов предложены новые показатели хрупкости λ = ε_к/η и вязкости η = (S_к/σ_в) – 1, где ε_к= ln(1/(1 – ψ_к)) — истинная предельная пластичность. Особенность показателя хрупкости λ состоит в том, что он увеличивается с повышением прочности металла, например, за счет предварительной деформации или упрочняющей термической обработки. Однако уменьшение радиуса выточки на образцах, т.е. увеличение жесткости напряженного состояния по Бриджмену, почти не влияет на величину хрупкости λ, но сопровождается корреляционным снижением показателей вязкости η и предельной пластичности ε_к сталей. Приведенные температурные зависимости механических свойств сталей 16ХСН и 03Х11Н10М2Т показали, что аномалии показателей хрупкости λ, наблюдаемые при повышенных температурах испытания, могут быть обусловлены такими структурными превращениями, как увеличение размера зерна у стали 16ХСН или количества остаточного аустенита у стали 03Х11Н10М2Т за счет обратного мартенситного превращения. При этом температурные зависимости показателей вязкости η и хрупкости λ изменяются противоположно.

1. Мешков Ю. Я. Физические основы разрушения стальных конструкций. — Киев: Наукова Думка, 1981. — 238 с.

2. Глинер Р. Е., Пряничников В. А., Катюхин Е. Б. Определение сопротивления металлов деформации при технологическом и эксплуатационном нагружениях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. № 8. С. 55 – 59.

3. Бугров Ю. В. Определение удельной работы пластической деформации при растяжении металлов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 3. С. 66 – 68.

4. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов: учебник для вузов. Изд. 3-е, пераб. и доп. — М.: МИСиС, 1998. — 400 с.

5. Густов Ю. И., Воронина И. В., Аллаттуф Х. Л. Исследование синергетических показателей надежности малоперлитной строительной стали 09Г2ФБ / Вестник МГСУ. 2012. № 7. С. 159 – 162.

6. Болотов А. С., Головин С. В. Современные требования к служебным и технологическим свойствам газонефтепроводных труб большого диаметра / Прогрессивные толстолистовые стали для газонефтепроводных труб большого диаметра и металлоконструкций ответственного назначения: сб. докладов. — М.: Металлургия, 2004. С. 22 – 24.

7. Колмогоров В. Л., Богатов А. А., Мигачев Б. А. и др. Пластичность и разрушение. — М.: Металлургия, 1977. — 336 с.

8. Скуднов В. А., Воробьев И. А., Кутяйкин В. Г., Бугров Ю. В. Исследование высокопрочной стали 16ХСН в различных структурных состояниях и условиях деформирования / МиТОМ. 1985. № 2. С. 32 – 35.

9. Бугров Ю. В., Власов А. П., Скуднов В. А. Механические характеристики упрочненной стали 16ХСН / МиТОМ. 1991. № 5. С. 33 – 36.

10. Бугров Ю. В., Быков А. М., Власов А. П., Пылин Р. И., Скуднов В. А. Влияние низкотемпературной термомеханической обработки на механические свойства и чувствительность к напряженному состоянию стали 03Х11Н10М2Т / Изв. вузов. Черная металлургия. 1986. № 6. С. 96 – 101.

11. Кутяйкин В. Г. Метрологические и структурно-физические аспекты деформирования. — М.: АСМС, 2007. — 484 с.

12. Бугров Ю. В. О методике построения кривых деформационного упрочнения металлов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 8. С. 62 – 64.

13. Никулин С. А., Добаткин С. В., Ханжин В. Г., Рогачев С. О., Чакушин С. А. Влияние субмикрокристаллической структуры и включений на деформацию и разрушение алюминиевых сплавов и титана / МиТОМ. 2009. № 5. С. 8 – 18.

14. Водопьянов В. И., Кондратьев О. В. Влияние концентрации напряжений на прочность и пластичность конструкционных материалов / Проблемы прочности. 1991. № 3. С. 74 – 78.

15. Иванова В. С., Ботвина Л. Р., Маслов Л. И. Прогнозирование вязкости разрушения и других механических свойств с использованием критериев подобия. — В сб.: Усталость и вязкость разрушения металлов. — М.: Наука, 1974. С. 3 – 35.

16. Бугров Ю. В., Быков А. М., Козокин Ю. П. Влияние разупрочняющей термической обработки на механические характеристики мертенситностареющей высокопрочной коррозионностойкой стали / МиТОМ. 1995. № 8. С. 29 – 32.