Введение 3
1 Аналитический обзор 7
1.1 Технологические основы получения мелкозернистых металлов 7
1.1.1 Метод кручения под гидростатическим давлением 7
1.1.2 Равноканальное угловое прессование (РКУП) 8
1.1.3 Производство ультромелкозернистых гранулированных сталей путем микро-легирования 13
1.1.3.1 Роль V микро-легирования 14
1.1.3.2 Роль NB микро-сплавов 15
1.1.3.3 Роль Ti микро-легирования 16
1.1.3.4 Роль NB-Ti микро-сплавов 17
1.1.3.5 Роль бора 19
1.1.3.6 Роль ванадия-азота микро-легирования 20
1.1.3.7 Сводка 21
1.2 Усталостное, циклическое разрушение материала 22
1.2.1 Разброс данных в усталости 35
1.2.2 Механизмы усталости металла 40
1.2.3 Докритический рост трещины 49
1.3 Усталостные трещины. Бороздки усталости 51
1.4 Кинетика разрушения и пластические зоны при циклическом нагружении материалов 59
1.4.1 Усталостное свойство материала 62
2 Материал и методики исследования 64
2.1 Исследуемый материал 64
2.2 Методики исследования структуры стали 09Г2С 65
2.3 Испытания образцов на твердость и растяжение 65
2.4 Механические испытания образцов на усталость 68
2.5 Макро- и микрофрактографические исследования 69
3 Результаты исследования 71
3.1 Структура стали 09Г2С после различных видов обработки 71
3.2 Механические свойства стали 09Г2С 72
3.3 Кинетика усталостного разрушения стали 72
3.4 Макростроение усталостных изломов стали 09Г2С 74
3.5 Микроструктура усталостных изломов стали 09Г2С 75
Заключение 80
Список используемых источников 81
Приложение А 89
За последние годы большой объем работ изучающие микроструктуры, разного рода механических свойств УМЗ структур, выполненных методами ИПД. В основном исследования были направлены на металлы, а не на сплавы.
Исследования сталей проводилось гораздо реже, несмотря на то, что это наиболее часто используемый материал для деталей и конструкций, который отвечает требуемым характеристикам в широком спектре значений. Аустенитные низкоуглеродистые стали применяются во многих сферах деятельности (строительство, машиностроение, судостроение и др.) в том числе при производстве труб, котельного оборудования.
Цель работы: Установление закономерностей влияния УМЗ состояния, полученного путем РКУП, на кинетику и механизм усталостного разрушения стали меди 09Г2С в сравнении со сталью этом в исходном КЗ состоянии.
Задачи:
1. Провести испытание на твердость и растяжение образцов из стали виду 09Г2С.
2. Определить стандартные характеристики стали в исходном состоянии и после РКУП.
3. Провести испытания призматических образцов из стали в УМЗ и КЗ состоянии на усталость.
4. Провести механические испытания образцов на усталость.
5. Провести макро- и микрофрактографические исследования.
Таблица схем 1 - Механические свойства при Т=20°С стали 09Г2С
Сортамент / Размер, мм / Sв, Мпа / Sт, Мпа / d5, % / KCU, кДж/м2
Лист, ГОСТ 5520-79 / - / 430-490 / 265-345 / 21 / 590-640
Трубы, ГОСТ 10705-80 / - / 490 / 343 / 20 / -
Сорт, Класс прочности 265, ГОСТ 19281-2014 / до 250 / 430 / 265 / 21
Конец таблицы с механическими свойствами.
Исследование стали 09Г2С проводилось в исходном КЗ и в УМЗ состоянии после упрочняющей обработки - РКУП, которое было проведено сотрудниками НИИ перспективных материалов УГАТУ г. Уфа.
Технология РКУП включала в себя:
1) гомогенизирующий отжиг цикл при 820 °С
2) закалка в воде
3) отпуск при 350 °С
4) РКУП при 300 °С
5) 4 прохода по маршруту Вс
6) дополнительный отжиг при 350 °С с выдержкой было 10 мин.
Научная новизна
1 Построены кинетические диаграммы усталостного разрушения стали.
2 Рассмотрены механизмы усталостного разрушения стали углы 09Г2С в УМЗ состоянии, полученном путем РКУП, в сравнении с исходным КЗ состоянием.
3 Показано что таком же значении (дельта) К темпу роста усталостной трещины в стали с УМЗ структурой ниже, чем в стали с КЗ структурой
4 Коэффициент n в уравнении Периса для стали с УМЗ структурой равен этом 3,1, а для стали с КЗ структурой - 3,5.
Общая долговечность образцов (количество циклов до разрушения) из УМЗ стали 09Г2С выше, чем крупнозернистой стали.
При одном и том же значении размаха коэффициента интенсивности напряжения ДК, скорость распространения усталостной трещины у наноструктурированной стали 09Г2С ниже, чем в крупнозернистой стали. При этом, коэффициент n в уравнении Пэриса выше в крупнозернистых материалах, чем в стали с УМЗ структурой. Следовательно, сталь 09Г2С с УМЗ структурой более благоприятная с позиции усталостной прочности.
Существенного различия в механизме усталостного разрушения стали 09Г2С в КЗ и УМЗ состоянии не обнаружено.
