Тема: Статическая трещиностойкость и механизм разрушения стали 09Г2С с ультрамелкозернистой структурой

История человечества неизменно показывает, что любой цивилизации свойственна особенность постоянно развиваться и стремиться ко всё новым и новым вершинам. Но всегда прогресс требует наличия за спиной определённой базы, наработок и теорий. Нередки в истории случаи, когда человеческая мысль настолько опережала технологию, что идея так и оставалась нереализованной на протяжении многих лет.
В течение нескольких веков ученые и исследователи нарабатывали определённый багаж в области материаловедения, а в последние десятилетия перед ними встал вопрос о том, что делать дальше. Полученное множество сталей и металлических сплавов не всегда способно удовлетворить потребности быстроразвивающейся науки, а открыть некий новый неизвестный ранее металл или сплав очень проблематично в связи достаточной изученностью данной области. Решение вопроса нашлось не в поиске чего-то нового, а в изменении свойств уже известных материалов.
Одним из предлагаемых вариантов является уменьшение размеров зёрен в сталях и сплавах путём интенсивного пластического деформирования (ИПД). Измельчение структуры влечёт за собой изменение механических и прочностных характеристик материала. На данный момент существует несколько различных способом получения металлов и сплавов с ультрамелкозернистой структурой с применением ИПД:
• Кручение под высоким давлением
• Всесторонняя ковка
• Равноканальное угловое прессование
• «abc» деформация
• Многократная прокатка
• Винтовая экструзия
В настоящее время учёные во всём мире нарабатывают «багаж», который впоследствии позволит решить ту или иную научно-техническую задачу. Работа ведётся и в Соединённых штатах Америки [1], и в Японии [2, 4], и в России [3], и в Европе [5].
Поиск и изучение научных трудов определили особое направление развития науки в России. От мирового оно отличается большим уделением внимания таким отраслям, как аэрокосмическая и нефтегазохимическая промышленность. Важность данных направлений для политики и экономики страны сложно недооценить, поэтому наработка базы данных по режимам ИПД и получаемым свойствам и характеристикам материалов можно отнести к перспективным направлениям научной деятельности.
Целью данной работы является определение зависимости воздействия УМЗ структуры после РКУП на статическую трещиностойкость и механизм разрушения стали 09Г2С и сравнительный анализ полученного наноструктурированного материала с исходным образцом с крупнозернистой структурой.
Задачами исследования являются:
1. Экспериментальное исследование твердости на твердомере, растяжения образцов на универсальной испытательной машине и определение базовых параметров стали в исходном КЗ состоянии и после РКУП при комнатной температуре и при минус 196 °С.
2. Проведение испытания на трещиностойкость (К1с) призматических образцов из стали в УМЗ и КЗ состояниях с использованием схемы трехточечного изгиба при температуре -196 °С.
3. Проведение макрофрактографии путём визуального осмотра или с применением оптических средств контроля и микрофрактографии структуры изломов образцов из стали в УМЗ и КЗ состояниях с использованием растрового электронного микроскопа.
4. Выполнение сравнительного анализа статической трещиностойкости (К1с) и механизмов статического разрушения стали 09Г2С в УМЗ и КЗ состояниях.
Купить

Статическая трещиностойкость (К1с) стали 09Г2С в исходном состоянии равна (28 ± 1) МПа*м1/2, а после РКУП - (58 ± 1) МПа*м1/2.
Статическое разрушение при температуре -196 °С стали 09Г2С в КЗ состоянии произошло по механизму скола, а в УМЗ состоянии - по механизму квазискола.
Разрушение образцов в исходном состоянии было хрупким и происходило по механизму скола. Это видно по структуре излома:
1) поверхность излома блестящая
2) разрушение интеркристаллитное (межзёренное)
3) отсутствуют скосы и зоны среза от пластической деформации
4) отсутствует утяжка материала около излома
Разрушение образцов с УМЗ структурой после РКУП также было хрупким, но происходило по механизму квазискола. Это видно по структуре излома:
1) излом розеточный
2) разрушение интеркристаллитное (межзёренное)
3) присутствуют признаки пластической деформации
4) отсутствует утяжка материала около излома
По сравнению с исходным КЗ состоянием обработка стали путём РКУП с последующей термической обработкой предоставляет преимущества в виде повышения твёрдости, увеличения коэффициента трещиностойкости, а также в виде увеличения энергоёмкости процесса разрушения, что влечёт повышение надёжности деталей и возможность их эксплуатации в более экстремальных условиях.
Купить