Аннотация 2
Введение 5
Глава 1. Аналитический обзор 7
Глава 2. Материал и методика проведения экспериментов 26
Глава 3. Результаты проведённых испытаний 40
Глава 4. Безопасность и экологичность технического объекта 44
Заключение 52
Список используемой литературы 53
Аннотация
В данной работе исследована статическая трещиностойкость стали 45, которая была подвержена процессу наноструктурирования, путём равноканального углового прессованя (РКУП), и получившая в последствие ультрамелкозернистую (УМЗ) структуру. Проведено сравнение УМЗ стали со сталью 45 прошедшей наиболее распространённую термообработку для данной марки стали (закалка + средний отпуск), и имеющая крупнозернистую (КЗ) структуру.
В первой главе. Коротко рассказано о стали 45, о её свойствах и об областях её применения. Приведены, так же описания изменений свойств сталей других марок, с ультрамелкозернистой и нано структурой. И поверхностно рассмотрен применяемый метод наноструктурирования - РКУП.
Во второй главе рассказываются о проведённых испытаниях и о методиках их проведения.
В третей главе мы исследуем безопасность труда при проведении испытаний, и возможность их влияния на экологию.
Четвёртая часть включает в себя результаты всех проведённых испытаний и исследований.
Пояснительная записка содержит: 56 страниц, 23 рисунков, 9 таблиц, 33 источника.
Востребованность какого-либо конструкционного материала (КМ) определяется набором заданных свойств: определённое соотношение между прочностью и пластичностью, вязкость разрушения и др., которые характеризуют так называемую конструкционную прочность.
Металлические материалы имеют оптимальное соотношение прочности и пластичности по сравнению с другими материалами, от части из-за этого так велика доля сплавов и сталей в общем объёме КМ в мировой промышленности, которая превышает 90% [1]
Для дальнейшего развития техники требуется обеспечить промышленность КМ с комплексом высоких физико-механических свойств, осуществить это можно освоив инновационные технологий упрочнения преимущественно железоуглеродистых сплавов [2, 3].
В последние десятилетия повышение прочностных свойств КМ осуществлялось за счёт разработки сплавов с новым фазовым и химическим составом. В настоящее же время в мировой практике популярны новые направления повышения свойств путём получения объемно- наноструктурированных конструкционных материалов за счет формирования ультрамелкозернистой и нанокристаллических структур. Значительный интерес к данным материалам объясняется тем, что их конструкционные и эксплуатационные свойства сильно рознятся со свойствами крупнозернистых аналогов.
Однако существующие технологии, благодаря которым можно добиться ультрамелкозернистой и нанокристаллической структуры, относительно дороги, а в сумме с ценной самого материала делают данную обработку нерентабельной. Поэтому для первичного материала мы выбрали оптимальный по соотношению цены и конструкционной прочности сплав железа и углерода - Сталь 45.
Одним из самых распространённых технологий получения ультрамелкозернистой и нанокристаллических структур является 5
Равноканальное угловое прессование (РКУП). Мы подвергли сталь 45 РКУП и сравнили свойства со Сталь 45 закалка + средний отпуск.
Цель: Определить статическую трещиностойкость стали 45 в
наноструктурированном состоянии с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой с оценкой локального напряженного состояния материала в сравнении со стандартной обработкой стали (закалка + высокий отпуск) с крупнозернистой структурой (КЗ).
Задачи исследования:
• Испытать сталь 45 в двух состояниях на твердость и растяжение при комнатной температуре и -196 0С.
• Разработать методику и дюар для испытаний образцов на К1с в среде жидкого азота.
• Провести испытание статическую трещиностойкость стали 45 в двух состояниях.
• Провести анализ макро- и микроструктуры, фактографический анализ стали 45 в двух состояниях.
• Провести рентгеноструктурный анализ изломов стали 45 в двух состояниях для оценки локального напряженного состояния материала.
• Определить коэффициент статической трещиностойкости стали 45 с УМЗ и с КЗ структурой
1. Статическая трещиностойкость (К1С) стали 45 после стандартной обработки (закалка + высокий отпуск) равна 69 МПа^м, а после РКУП по вышеуказанным режимам - 53 Ml kiwi.
2. Критерии механики разрушения, данные макро- и микрофрактографического анализа, а также критерий hmax/t указываю на то, что статическое разрушение стали 45, как после закалки + высокого отпуска, так и после РКУП произошло в условиях плоской деформации (ПД).
3. Связь глубины пластической зоны под поверхностью изломов в области страгивания трещины со статической трещиностойкостью стали 45, как после закалки + высокого отпуска, так и после РКУП описывается уравнениями
, 1 к*с , 1 к1с
соответственно: hv и hv
у 127Г а£2 У 87Г
