МЕХАНИЗМЫ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С УМЗ СТРУКТУРОЙ

Введение 3
1. Аналитический обзор 7
1.1 Схема формирования УМЗ структуры в металлических
материалах 7
1.2 Структура и свойства УМЗ материалов 23
1.3 Кинетика и механизмы усталостного разрушения материалов ... 32
1.4 Влияние УМЗ состояния на усталостную прочность
металлических материалов 37
2. Материалы и методы проведения экспериментальных исследований ... 44
2.1 Исследуемые материалы 44
2.2 Исследование микроструктуры образцов 46
2.3 Испытания на твердость 49
2.4 Статическое растяжение 50
2.5 Усталостные испытания 52
2.6 Исследование изломов 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
Сталь 45 55
Сталь 09Г2С 59
ВТ6 62
Список используемых источников 65

Купить

В настоящее время для повышения свойств материала или для получения свойств не характерных для материала в обычном состоянии его подвергают интенсивной пластической деформации. В результате этой обработки, за счёт больших степеней деформации, формируется сильно фрагментированная и разориентированная структура. При этом, сам материал остаётся преимущественно беспористым и приобретает размер зерна около 100 нм.
Данный тип обработок является весьма интересным с технологической точки зрения: материалы, с заурядными в исходном состоянии свойствами, прошедшие какую-либо обработку интенсивной пластической деформацией, способны приобретать повышенные прочностные, физико-химические и механические характеристики. Например, использование таких материалов при производстве металлоконструкций позволит снизить вес изделия за счёт повышения прочности её составных элементов.
Существует множество методов интенсивной пластической деформации: кручение под квазигидростатическим (или под высоким) давлением (КГД (или КВД)), равноканальное угловое прессование (РКУП), динамическое канально-угловое прессование (ДКУП), всестороннюю изотермическую ковку (ВИК), винтовая экструзия, ротационной ковки (РК), мультиосевой деформации (МД). Из всего вышеперечисленного наиболее применяемым и распространённым является метод равноканального углового прессования, данный метод позволяет получать однородную равновесную УМЗ структуру с высокими углами разориентации границ зёрен. Размеры получаемых РКУП заготовок могут достигать 60 мм в диаметре и длиной до 200 мм даже для труднодеформируемых материалов, таких как титан.
Данных фактор обуславливает интерес к разработке перспективных режимов РКУП для различных материалов. В данной работе исследуется влияние различных режимов РКУП, разработанных и осуществлённых в УГАТУ, на такие материалы, как ВТ6, сталь 45, сталь 09Г2С.
Целью данного исследования являлось определение влияния УМЗ структуры, полученной РКУП, на кинетику и механизмы усталостного разрушения сплавов ВТ6, сталь 45, сталь 09Г2С.
Задачи исследования:
1 Изучение влияния режимов РКУП на усталостные свойства материалов;
2 Проведение усталостных испытаний материалов в исходном состоянии и после РКУП;
3 Проведение анализа усталостных испытаний и исследование кинетики и механизмов разрушения образца;
4 Изучение влияния определённого режима РКУП на кинетику и механизмы разрушения.
Объект исследования
КЗ и УМЗ материалы различными типами кристаллической решётки (сталь 09Г2С, углеродистую сталь 45 ОЦК решетка, титановый сплав ВТ6 ГПУ решетка).
Предмет исследования
Кинетика и механизмы усталостного разрушения материалов разного типа.
В основе диссертации лежит анализ работ, подробно описывающих различные методы ИПД и их влияние на структуру и свойства материалов.
Актуальность работы
Востребованность какого-либо конструкционного материала (КМ) обуславливается наличием у него комплекса прочностных и эксплуатационных свойств: предел прочности, предел текучести,
«определённое соотношение между прочностью и пластичностью, вязкость разрушения и др., которые характеризуют так называемую конструкционную прочность» [66]. Интенсивная пластическая деформация (ИПД) является одним из способов, который позволяет получать совокупность необходимых эксплуатационных свойств в металлических конструкционных материалах.
Одной из важнейших характеристик конструкционных материалов является предел усталости. Данная величина характеризует долговечность деталей и элементов конструкций, которые работают в условиях циклического нагружения. Влияние УМЗ структуры на предел усталости неоднозначно, в некоторых работах авторы указывают на повышение предела усталости, а для каких-то материалов, обработка РКУП привела к снижению усталостных характеристик по сравнению с стандартно обработанными сплавами.
Свойства УМЗ материалов как правило можно регулировать двумя факторами: режим ИПД, и режим последующей термообработки.
Соответственно, регулируя эти два параметра можно получить оптимальную совокупность необходимых свойств в различных материалах.
Важнейшими задачами в вышеперечисленных сферах являются снижение веса и уменьшение габаритов изделий в конструкциях. Значительное повышение механических свойств материала, путём равноканального углового прессования (РКУП), позволят конструкторам выполнить эти задачи.
Известно, что после РКУП значительно повышается твёрдость, предел прочности и предел текучести материала, однако снижается пластичность. В связи с этим, некоторые эксплуатационные свойства, такие как сопротивление усталости, как правило, снижаются. Из-за этого область применения УМЗ и наноструктурированных материалов сужается. Анализ результатов исследовании кинетики т механизмов усталостного разрушения УМЗ материалов позволит разрабатывать оптимальные маршруты РКУП, неправленые на повышение комплекса свойств материала, в том числе и пластичность.

Купить