Расчетные характеристики прочности сталей ВКС-9М и 300M

Исследованы механические свойства поковок квадратного (до 350 мм) сечения отечественной стали ВКС-9М, полученной дуплекс процессом: вакуумно-индукционной плавкой и вакуумно-дуговым переплавом. Проведено сравнение механических свойств стали ВКС-9М и американской высокопрочной конструкционной стали 300M по расчетным характеристикам материалов. В понятие «расчетные характеристики материалов» авторы статьи включили все механические свойства материалов, используемые для определения прочности и долговечности конструкций. Эти характеристики включают прочностные показатели при квазистатическом растяжении, сжатии, смятии и срезе, а также прочность при переменных нагрузках и трещиностойкость материала. Корректность сравнения расчетных значений статической прочности сталей ВКС-9М и 300M опирается на тождественность методик испытаний и эквивалентность обработки и представления полученных результатов. Прочностные характеристики определяли по отечественным стандартам, которые в своей основе аналогичны американским. Сложная ситуация возникает при определении прочностных показателей вновь разрабатываемого материала. Новый материал, как правило, создают в лабораторных условиях, производят на опытном оборудовании в малых объемах и, следовательно, статистическая оценка генеральной совокупности свойств на этапе разработки недостоверна. При серийном производстве промышленных полуфабрикатов статистическая оценка их прочностных характеристик становится необходимой. В авиационной промышленности законодательно предписана статистическая оценка расчетных значений прочностных характеристик материала. Нормами летной годности установлены уровни расчетных значений прочностных характеристик с определенной вероятностью неразрушения. Для деталей, разрушение которых может привести к аварии, расчетные значения прочностных характеристик материалов должны быть выбраны такими образом, чтобы обеспечивалась прочность материала с вероятностью 99 % — с 95 %-ным доверительным интервалом (базис «А»). Статистическая оценка статических прочностных характеристик двух плавок стали ВКС-9М по базису «А» установила, что они незначительно превышают свойства стали 300M. Полученные данные позволили предположить, что расчетные значения статических прочностных характеристик стали ВКС-9М будут не ниже расчетных значений для стали 300M. Проведены масштабные усталостные испытания стали ВКС-9М, которые показали, что усталостные характеристики сталей ВКС-9М и 300M практически совпадают, так же, как и массивы их определений. Эквивалентность прочностных показателей сталей ВКС-9М и 300M позволяет заменить американскую сталь 300M на отечественную сталь ВКС-9М.

1. MMPDS-02: Metallic Materials Properties Development and Standardization. Washington, USA: Federal Aviation Administration, 2005. TN 21263DL.

2. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. — Ижевск: ИКИ, 2012. — 872 с.

3. Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории / Межгосударственный авиационный комитет. 2009.

4. Коневский М. Р. О кинетических характеристиках восстановления и возгонки фосфора из расплавов / Металлы. 2017. № 4. С. 89 – 94.

5. Крылов С. А., Маркова Е. С., Щербаков А. И., Якушева Н. А. Металлургические особенности выплавки высокопрочной мартенситностареющей стали ВКС-180-ИД / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4. С. 14 – 20. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-14-20

6. Каблов Д. Е., Сидоров В. В., Мин П. Г., Герасимов В. В., Бондаренко Ю. А. Влияние примесей серы и фосфора на свойства монокристаллов жаропрочного сплава ЖС36-ВИ и разработка эффективных способов его рафинирования / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3. С. 3 – 9. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-3-9

7. Ревтов Н. И., Казачков Е. А., Янг М., Беннет Г. Модифицирование неметаллических включений в непрерывнолитых слитках / Непрерывная разливка стали. — М.: Металлургия, 1989. С. 60 – 66.

8. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Вершков А. В. Редкие металлы и редкоземельные элементы — материалы современных и будущих высоких технологий / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. № 2. Ст. 01. http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.09.2019).

9. Скупов А. А., Пантелеев М. Д., Иода Е. Н., Мовенко Д. А. Эффективность применения редкоземельных металлов для легирования присадочных материалов / Авиационные материалы и технологии. 2017. № 3. С. 14 – 19. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-3-14-19

10. Зайцев А. И., Колдаев А. В., Арутюнян Н. А., Дунаев С. Ф. Принципы создания новых экономнолегированных ферритных сталей с уникальным комплексом свойств / Металлург. 2018. № 6. С. 46 – 52.

11. Щербаков А. И., Крылов С. А., Калицев В. А., Игнатов В. А. Разработка технологии выплавки высокопрочной мартенситностареющей стали ВКС-180-ИД микролегированной РЗМ / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. № 2. С. 14 – 24. http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.09.2019). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-2-4-4

12. Гундобин Н. В., Титов В. И., Пилипенко Л. В. Определение низких содержаний ниобия (0,01 – 0,1 % по массе) в высокопрочных сталях / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. № 6. С. 18 – 23. http://www.viam-works.ru (дата обращения 17.09.2019). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-6-7-7

13. Покровская Н. Г., Маркова Е. С., Шалькевич А. Б. Высокопрочные конструкционные мартенситностареющие стали в авиастроении / Авиационная промышленность. 2014. № 1. С. 24 – 28.

14. Громов В. И., Вознесенская Н. М., Покровская Н. Г., Тонышева О. А. Высокопрочные конструкционные и коррозионностойкие стали ФГУП «ВИАМ» для изделий авиационной техники / Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 159 – 174. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-159-174

15. Пат. 2155820 РФ. Высокопрочная конструкционная сталь / Покровская Н. Г., Беляков Л. Н., Каблов Е. Н. и др.; заявитель и патентообладатель ВИАМ. — № 99110983; заявл. 27.05.99; опубл. 10.09.00.

16. Гриневич А. В., Луценко А. Н., Ерасов В. С., Нужный Г. А. Методика оценки вязкости разрушения в коррозионной среде при длительной статической нагрузке / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 73. № 9. С. 52 – 57.

17. Гриневич А. В., Яковлев Н. О., Скрипачев С. Ю., Нужный Г. А. Коррозионное растрескивание сталей различной прочности в условиях постоянного раскрытия трещины / Деформация и разрушение материалов. 2019. № 1. С. 43 – 48.

18. Furuya Y., Torizuka S., Takeuchi E., BacherHochst M., Kuntz M. Ultrasonic fatigue testing on notched and smooth specimens of ultrafine grained steel / Materials and Design. 2021. Vol. 37. P. 515 – 520.

19. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33