Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф
Виявлено, що ударна в’язкість ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф зростає з ростом температури випробувань з 20 до 375°C. Це пов’язано зі збільшенням пластичності, що сприяє підвищенню тріщиностійкості матеріалу при 375°C. Тому цю сталь можна використовувати за високотемпературних умов. Выявлено, что уда...
Saved in:
| Published in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137184 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, В. Гліха, А.П. Сорочак // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 4. — С. 118-121. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-137184 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Марущак, П.О. Біщак, Р.Т. Гліха, В. Сорочак, А.П. 2018-06-17T08:18:07Z 2018-06-17T08:18:07Z 2010 Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, В. Гліха, А.П. Сорочак // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 4. — С. 118-121. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137184 670.191.33 Виявлено, що ударна в’язкість ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф зростає з ростом температури випробувань з 20 до 375°C. Це пов’язано зі збільшенням пластичності, що сприяє підвищенню тріщиностійкості матеріалу при 375°C. Тому цю сталь можна використовувати за високотемпературних умов. Выявлено, что ударная вязкость феррито-перлитной стали 25Х1М1Ф возрастает с повышением температуры испытаний с 20 до 375°C. Рост ударной вязкости связан с увеличением пластичности и динамической трещиностойкости материала при 375°C. Этот результат подтверждает возможность использования стали в высокотемпературных условиях. It is observed that in 25Х1М1Ф ferrite-pearlite steel the impact toughness increases with the growth of testing temperature from 20 to 375°C. The growth of impact toughness is attributed to the increased plasticity and dynamic crack growth resistance of 25Х1М1Ф steel 375°C. This result proves the possibility of using 25Х1М1Ф steel for high-temperature applications. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Наука – виробництву Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф Влияние температуры на ударную вязкость и динамическую трещиностойкость стали 25Х1М1Ф The influence of temperature on impact toughness and dynamic crack growth resistance of 25Х1М1Ф steel Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф |
| spellingShingle |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф Марущак, П.О. Біщак, Р.Т. Гліха, В. Сорочак, А.П. Наука – виробництву |
| title_short |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф |
| title_full |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф |
| title_fullStr |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф |
| title_full_unstemmed |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф |
| title_sort |
вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25х1м1ф |
| author |
Марущак, П.О. Біщак, Р.Т. Гліха, В. Сорочак, А.П. |
| author_facet |
Марущак, П.О. Біщак, Р.Т. Гліха, В. Сорочак, А.П. |
| topic |
Наука – виробництву |
| topic_facet |
Наука – виробництву |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Влияние температуры на ударную вязкость и динамическую трещиностойкость стали 25Х1М1Ф The influence of temperature on impact toughness and dynamic crack growth resistance of 25Х1М1Ф steel |
| description |
Виявлено, що ударна в’язкість ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф зростає з ростом температури випробувань з 20 до 375°C. Це пов’язано зі збільшенням пластичності, що сприяє підвищенню тріщиностійкості матеріалу при 375°C. Тому цю сталь можна використовувати за високотемпературних умов.
Выявлено, что ударная вязкость феррито-перлитной стали 25Х1М1Ф возрастает с повышением температуры испытаний с 20 до 375°C. Рост ударной вязкости связан с увеличением пластичности и динамической трещиностойкости материала при 375°C. Этот результат подтверждает возможность использования стали в высокотемпературных условиях.
It is observed that in 25Х1М1Ф ferrite-pearlite steel the impact toughness increases with the growth of testing temperature from 20 to 375°C. The growth of impact toughness is attributed to the increased plasticity and dynamic crack growth resistance of 25Х1М1Ф steel 375°C. This result proves the possibility of using 25Х1М1Ф steel for high-temperature applications.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/137184 |
| citation_txt |
Вплив температури на ударну в’язкість та динамічну тріщиностійкість сталі 25Х1М1Ф / П.О. Марущак, Р.Т. Біщак, В. Гліха, А.П. Сорочак // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2010. — Т. 46, № 4. — С. 118-121. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT maruŝakpo vplivtemperaturinaudarnuvâzkístʹtadinamíčnutríŝinostíikístʹstalí25h1m1f AT bíŝakrt vplivtemperaturinaudarnuvâzkístʹtadinamíčnutríŝinostíikístʹstalí25h1m1f AT glíhav vplivtemperaturinaudarnuvâzkístʹtadinamíčnutríŝinostíikístʹstalí25h1m1f AT soročakap vplivtemperaturinaudarnuvâzkístʹtadinamíčnutríŝinostíikístʹstalí25h1m1f AT maruŝakpo vliânietemperaturynaudarnuûvâzkostʹidinamičeskuûtreŝinostoikostʹstali25h1m1f AT bíŝakrt vliânietemperaturynaudarnuûvâzkostʹidinamičeskuûtreŝinostoikostʹstali25h1m1f AT glíhav vliânietemperaturynaudarnuûvâzkostʹidinamičeskuûtreŝinostoikostʹstali25h1m1f AT soročakap vliânietemperaturynaudarnuûvâzkostʹidinamičeskuûtreŝinostoikostʹstali25h1m1f AT maruŝakpo theinfluenceoftemperatureonimpacttoughnessanddynamiccrackgrowthresistanceof25h1m1fsteel AT bíŝakrt theinfluenceoftemperatureonimpacttoughnessanddynamiccrackgrowthresistanceof25h1m1fsteel AT glíhav theinfluenceoftemperatureonimpacttoughnessanddynamiccrackgrowthresistanceof25h1m1fsteel AT soročakap theinfluenceoftemperatureonimpacttoughnessanddynamiccrackgrowthresistanceof25h1m1fsteel |
| first_indexed |
2025-11-25T20:35:34Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:35:34Z |
| _version_ |
1850523917609861120 |
| fulltext |
118
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2010. – ¹ 4. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 670.191.33
ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА УДАРНУ В’ЯЗКІСТЬ
ТА ДИНАМІЧНУ ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ СТАЛІ 25Х1М1Ф
П. О. МАРУЩАК 1, Р. Т. БІЩАК 1, В. ГЛІХА 2, А. П. СОРОЧАК 1
1 Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя;
2 Маріборський університет, Словенія
Виявлено, що ударна в’язкість ферито-перлітної сталі 25Х1М1Ф зростає з ростом
температури випробувань з 20 до 375°C. Це пов’язано зі збільшенням пластичності,
що сприяє підвищенню тріщиностійкості матеріалу при 375°C. Тому цю сталь мож-
на використовувати за високотемпературних умов.
Ключові слова: ролики МБЛЗ, ударна в’язкість, динамічна тріщиностійкість,
температура.
Однією з найінформативніших характеристик механічних властивостей є ударна
в’язкість, за якою можна експрес-діагностувати вплив експлуатаційних факторів на
утримувальну здатність та структурний стан матеріалу [1–3]. Роботоздатність конст-
рукцій за високотемпературних умов оцінюють, як правило, за результатами випроб
зразків при кімнатній або пониженій температурах [4–6]. Це зумовлено максималь-
ною крихкістю сталей і сплавів за таких умов та складністю експериментів при під-
вищеній та високій температурах [6, 7].
Водночас умови експлуатації конструкцій металургійного обладнання передба-
чають також можливість динамічних перевантажень у широкому температурному
інтервалі, а літературні дані про високотемпературні залежності ударної в’язкості є
обмежені і неоднозначні. Здебільшого із підвищенням температури випроб вона зрос-
тає, проте частка енергії зародження і поширення тріщини може відрізнятись [2]. Нижче
досліджено вплив температур 20…600°С на ударну в’язкість сталі 25Х1М1Ф.
Методика досліджень. Ударну в’язкість визначали на зразках розмірами 10×10×
×55 mm із V-подібним надрізом радіусом 0,25±0,025 mm. Їх випробовували на копрі
RKP-300 з енергією удару 300 J та реєстрацією діаграми навантаження в координатах
зусилля удару–час та зусилля удару–прогин зразка [8]. Схему вирізання і форму зраз-
ків Шарпі вибирали з умов моделювання поширення тріщини в ролику МБЛЗ впро-
довж експлуатації. Під час роботи втомні тріщини зароджуються на поверхні ролика
і розвиваються в радіальному напрямку.
Ударну в’язкість визначали за формулою
KСV = A/F, (1)
де А – робота руйнування зразка; F – площа його поперечного перерізу в місці
надрізу.
Програма керування та записування інформації ударних випробувань “VUHI-
CHARPY” дає можливість визначати складники енергії руйнування зразка з допомо-
гою перетворення залежності навантаження–час (Р–t) у залежність навантаження–
переміщення (Р–s). Загальну роботу ударного руйнування матеріалу А розглядали як
роботу зародження Аі та поширення тріщини Ар [9]:
i pA A А= + . (2)
Контактна особа: П. О. МАРУЩАК, e-mail: Maruschak@tu.edu.te.ua
mailto:Maruschak@tu.edu.te.ua
119
Динамічну тріщиностійкість обчислювали за формулою
( )
2 i
id
AJ
В W a
=
−
, (3)
де В – ширина зразка; W – його висота; а – довжина надрізу.
Результати досліджень. Сталь 25Х1М1Ф мала типову ферито-перлітну струк-
туру з зернами фериту розміром 20…30 μm та перліту 30…40 μm. Попередні елек-
тронно-мікроскопічні дослідження показали, що зернам фериту властива незначна
кількість хаотично розташованих дислокацій. В їх тілі та на межах виявлено карбідні
частки округлої та еліпсоїдоподібної форми. Середня товщина пластин цементиту
0,05 μm, а міжпластинчата відстань 0,13 μm [10].
Характеристики матеріалу за ударного навантаження впродовж зародження та
поширення тріщини аналізували за формою діаграми навантажування. Ділянку неста-
більного крихкого руйнування виявлено лише при 20°С. Максимальну пластичність
сталі спостерігали при 375°С, що спричинило зростання енергоємності руйнування
матеріалу під час зародження і поширення тріщини. При 600°С діаграма навантажу-
вання за формою подібна до попередньої, проте розташована дещо нижче по осі ор-
динат (рис. 1а). Значення максимального прогину зразка Δl375 = 20 mm найбільше
при 375°С, при 20°С – Δl20 = 15 mm та при 600°С – Δl600 = 17 mm (рис. 1b).
Рис. 1. Крива деформування (а) та енергії руйнування (b) зразків
при 20 (1); 375 (2) та 600°С (3).
Fig. 1. Curve of deformation (a) and fracture energy (b) of specimens
at 20 (1); 375 (2) and 600°С (3).
Проаналізовано вплив температури на енергоємність зародження і поширення
тріщини за ударного руйнування. Виявлено, що порівняно із значеннями складників
енергії, одержаними при 20°С, енергія зародження тріщини при 375°С зростає у 1,6
рази, а при 600°С – у 1,2 рази. Зменшення інтенсивності її зростання при 600°С зу-
мовлено зниженням тримкої здатності матеріалу, розвитком тріщин розшарування та
множинним пошкодженням матеріалу.
Виявлено, що зростання ударної в’язкості матеріалу у діапазоні 20…600°С су-
проводжується пропорційним збільшенням динамічної тріщиностійкості (рис. 2а, b).
Це свідчить про те, що енергоємність руйнування матеріалу зростає не лише на стадії
зародження тріщини, а й під час її поширення (рис. 2b). Порівнюючи значення енергії
поширення тріщини у температурному діапазоні 20...600°С, виявили, що при 375°С
енергоємність руйнування зростає у 1,9 рази, а при 600°С – у 1,1 рази порівняно із
енерговитратами руйнування зразка при 20°С. Зниження енергоємності руйнування
сталі 25Х1М1Ф з підвищенням температури випроб з 375 до 600°С пов’язане із тим,
що високі температури спричиняють певну релаксацію напружень внаслідок інтен-
сивного пластичного деформування, яке дещо притуплює вершину тріщини та змен-
шує швидкість її росту [11, 12].
120
Рис. 2. Залежність роботи зародження тріщини (1) та повної роботи руйнування (2)
від температури (а) та зв’язок ударної в’язкості із динамічною тріщиностійкістю
матеріалу у діапазоні температур 20…600°С (b).
Fig. 2. Dependence of crack initiation work (1) and complete fracture work (2) on temperature
(a) and relation of impact toughness and dynamic crack growth resistance of material
in the temperature range from 20 to 600°С (b).
Робота руйнування металу за ударного навантаження залежить від його пластич-
ності та пропорційна деформованому об’єму зразка, оскільки криві зміни деформова-
ного об’єму та ударної в’язкості залежно від температури подібні [12, 13]. Пластичні-
ший матеріал деформується об’ємніше та має вищу ударну в’язкість (рис. 3).
Рис. 3. Залежність ударної в’язкості сталі
25Х1М1Ф від умовної границі текучості
при 600 (1); 375 (2) та 20°С (3).
Рис. 3. Dependence of impact toughness
of 25Х1М1Ф steel on conditional yield stress
at 600 (1); 375 (2) and 20°С (3).
Для дослідженого діапазону температур найбільшу тримку здатність та ударну
в’язкість сталь 25Х1М1Ф має при 375°С. Це свідчить про її високу пластичність і трі-
щиностійкість. Зі зростанням температури випроб до 600°С пластичне деформування
інтенсифікується, тримкість знижується, поверхня зламу формується у вигляді де-
формованих ямок відриву. При 20°С сталь руйнується за механізмом квазісколюван-
ня, що зумовлює низьку ударну в’язкість матеріалу.
ВИСНОВКИ
Встановлено залежність між енергетичними параметрами динамічного деформу-
вання та руйнування при температурах випробувань 20…600°С. Проаналізовано діа-
грами навантажування зразка Шарпі. Досліджено зародження та поширення тріщини
за вказаних умов, виявлено зв’язок між ударною в’язкістю та динамічною тріщино-
тривкістю сталі 25Х1М1Ф.
РЕЗЮМЕ. Выявлено, что ударная вязкость феррито-перлитной стали 25Х1М1Ф
возрастает с повышением температуры испытаний с 20 до 375°C. Рост ударной вязкости
связан с увеличением пластичности и динамической трещиностойкости материала при
375°C. Этот результат подтверждает возможность использования стали в высокотемпера-
турных условиях.
121
SUMMARY. It is observed that in 25Х1М1Ф ferrite-pearlite steel the impact toughness
increases with the growth of testing temperature from 20 to 375°C. The growth of impact tough-
ness is attributed to the increased plasticity and dynamic crack growth resistance of 25Х1М1Ф
steel 375°C. This result proves the possibility of using 25Х1М1Ф steel for high-temperature
applications.
Роботу фінансовано за кошти Україно-словенського проекту (0109U005184)
та за державним замовленням (0109U007705).
1. Експлуатаційна деградація сталі Х52 магістрального газопроводу / Г. Ґабетта, Г. М. Ники-
форчин, Е. Лунарська та ін. // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2008. – 44, № 1. – P. 88–99.
(In-service degradation of gas trunk pipeline X52 steel / G. Gabetta, H. M. Nykyforchyn,
Е. Lunarska et all. // Materials Science. – 2008. – 44, № 1. – P. 104–119.)
2. Мікроструктура та мікромеханізми руйнування матеріалів роликів машин безперерв-
ного лиття заготовок / П. В. Ясній, П. О. Марущак, В. Б. Гладьо та ін. // Зб. наук.
праць. Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. – 2007.
– 7. – С. 705–714.
3. Бида Г. В., Камардин В. М. Физическое обоснование контроля ударной вязкости про-
ката из малоуглеродистых и низколегированных сталей // Дефектоскопия. – 1995.
– № 10. – С. 3–31.
4. Dunder M., Aračič S., and Samardžič I. Impact energy analysis of HSLA specimens after
simulated welding thermal cycle // Metalurgija. – 2008. – 47, № 2. – P. 87–91.
5. Маслюк В. М. Оценка стали массового производства ответственного назначения по ха-
рактеристикам ударной вязкости // Металлург. – 2006. – № 6. – С. 54–56.
6. Марущак П. О., Ясній О. П. Оцінка тримкої здатності матеріалу за двопараметричним
критерієм руйнування // Обробка матеріалів тиском. – 2008. – 19, № 1. – C. 154–158.
7. Investigation of secondary phases effect on 2205 DSS fracture toughness / I. Calliari, E. Ra-
mous, G. Rebuffi, G. Straffelini // La Metallurgia Italiana. – 2008. – P. 5–8.
8. Pučko B., Gliha V. Charpy toughness of vibrated microstructures // Metalurgija. – 2005.
– 44, № 2. – P. 1103–106.
9. Вплив мікроструктури на динамічну в’язкість руйнування сталі з наплавленим захис-
ним шаром / Д. Я. Баран, В. Б. Гладьо, П. О. Марущак та ін. // Вісник Житомир. держ.
технол. ун-ту. – 2007. – № 1 (40). – С. 7–14.
10. Взаємозв’язок мікродислокаційних параметрів і твердості пластично деформованих
теплотривких сталей / П. В. Ясній, П. О. Марущак, В. Б. Гладьо, Д. Я. Баран // Фіз.-
хім. механіка матеріалів. – 2008. – № 2. – С. 41–45.
(P. V. Yasnil, P. O. Marushchak, V. B. Hlad'o, and D. Ya. Baran, Correlation of the Micro-
dislocation Parameters with the Hardness of Plastically Deformed Heat-Resistant Steels
// Materials Science. – 2008. – 44, № 2. – P. 194–200.)
11. Tauscher S. The correlation of fracture toughness with Charpy V-notch impact test data
// Technical Report ARLCB-TR-81012. – 1981. – P. 72.
12. Ясній П. В., Марущак П. О. Ролики МБЛЗ: Деградація і тріщиностійкість матеріалів.
– Тернопіль, Джура, 2009. – 232 с.
13. Ясній П. В., Гладьо В. Б., Марущак П. О. Стійкість теплостійких сталей до динамічно-
го руйнування за наявності концентраторів напружень // Вісник Терноп. держ. техн.
ун-ту. – 2007. – 12, № 4. – С. 7–12.
Одержано 22.01.2010
|