Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока
Рассмотрена возможность оценки низкотемпературного упрочнения сталей при наличии концентрации напряжений с помощью используемых в инженерной практике коэффициентов конструкционной прочности. Предложена модифицированная система коэффициентов конструкционной прочности, позволяющая учитывать влияние...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48075 |
| 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: | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока / В.А. Стржало, Л.С. Новрудский // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 40-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859624883504283648 |
|---|---|
| author | Стрижало, В.А. Новогрудский, Л.С. |
| author_facet | Стрижало, В.А. Новогрудский, Л.С. |
| citation_txt | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока / В.А. Стржало, Л.С. Новрудский // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 40-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Рассмотрена возможность оценки низкотемпературного упрочнения сталей при наличии
концентрации напряжений с помощью используемых в инженерной практике коэффициентов
конструкционной прочности. Предложена модифицированная система коэффициентов
конструкционной прочности, позволяющая учитывать влияние отдельных факторов (криогенной
температуры, концентрации напряжений, действия импульсов электрического тока)
либо их комбинации на работоспособность сталей при неоднородном напряженном состоянии.
Розглянуто можливість оцінки низькотемпературного зміцнення сталей за
наявності концентрації напружень за допомогою коефіцієнтів конструкційної
міцності, що використовуються в інженерній практиці. Запропоновано
модифіковану систему коефіцієнтів конструкційної міцності, що дозволяє
враховувати вплив окремих факторів (кріогенної температури, концентрації
напружень, дії імпульсів електричного струму) або їх комбінації на працездатність
сталей в умовах неоднорідного напруженого стану.
We analyze the possibility of evaluation of low -tem perature hardening of steels under stress concentration conditions using the structural strength factors conventionally used in en gineering calculations. We propose a modified system o f structural strength factors, which makes possible to take into account the effects of various factors (cryogenic tem perature, stress concentration, action of electric current pulses) or their combination on operability of steels in the complex stressed state.
|
| first_indexed | 2025-11-29T10:07:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.4
Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного
напряженного состояния и действия импульсов электрического
тока
В. А . С т р и ж а л о , Л . С . Н о в о гр у д с к и й
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Рассмотрена возможность оценки низкотемпературного упрочнения сталей при наличии
концентрации напряжений с помощью используемых в инженерной практике коэффициен
тов конструкционной прочности. Предложена модифицированная система коэффициентов
конструкционной прочности, позволяющая учитывать влияние отдельных факторов (крио
генной температуры, концентрации напряжений, действия импульсов электрического тока)
либо их комбинации на работоспособность сталей при неоднородном напряженном состоя
нии.
Ключевые слова: ко н ц ен тр ац и я н ап р яж ен и й , кр и о ген н ая тем п ер ату р а ,
им пульсы электрического тока, коэф ф ициент конструкционной прочности.
В ведение. П овы ш ение прочности м еталлических материалов при охлаж
ден ии м ож ет являться основанием для сниж ения м еталлоем кости таких
изделий, эксплуатирую щ ихся в области низких и криогенны х температур,
как ем кости для транспортировани я и хранения сж иж енны х газов, эн ергети
ческие устройства с криогенны м охлаж дением , сверхпроводящ ие электро
м агнитны е систем ы и др. [1 -3 ]. К ак правило, для изготовления подобны х
устройств использую т м атериалы , которы е не им ею т порога хладн олом
кости в интервале рабочих температур. Однако наличие конструктивны х или
технологических концентраторов напряж ений м ож ет сущ ественно изменить
(снизить) их сопротивление пластическом у деф орм ированию при низких
тем пературах. С клон ность м атериалов к хрупком у разруш ен ию оцениваю т
по результатам испы таний на растяж ение при низких тем пературах образцов
с надрезам и. В общ ем случае благодаря таком у подходу мож но вы делить три
основны х эф ф екта: концентрацию напряж ений у верш ины надреза по отно
ш ению к ном инальны м напряж ениям вне его; локализацию пластического
течения с повы ш енной скоростью деф орм ирования в зоне верш ины надреза;
возникновение слож ного (объем ное или плоское в зависи м ости от соотно
ш ения разм еров образца в надрезе и вне его) деф орм ированного состояния,
сум м арное действие которых, а такж е свойства м атериала и определяю т
степень его охрупчивания при дан ной температуре. П ри криогенны х тем п е
ратурах более ранн ем у исчерпанию пластичн ости в плоскости н адреза спо
собствует такж е действие им пульсов электрического тока [4].
П ри одноосном растяж ении работоспособность м атериалов реком енду
ю т оценивать на основе анализа тем пературны х зависи м остей коэф ф ициен
тов конструкционной прочности [5, 6]:
( 1)
© В. А. СТРИЖАЛО, Л. С. НОВОГРУДСКИЙ, 2007
40 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
Низкотемпературное упрочнение сталей
г д е о в , о ^ - п р е д е л ы п р о ч н о с т и м а т е р и а л а и о б р а з ц а с н а д р е з о м с о о т в е т
с т в е н н о ; о т - у с л о в н ы й п р е д е л т е к у ч е с т и п р и т е м п е р а т у р е э к с п л у а т а ц и и ;
293 293
о в , о т - х а р а к т е р и с т и к и м а т е р и а л а п р и т е м п е р а т у р е 2 9 3 К .
П о д о б н ы й п о д х о д , о с н о в а н н ы й н а р а с с м о т р е н и и т е м п е р а т у р н ы х з а в и
с и м о с т е й к о э ф ф и ц и е н т о в к о н с т р у к ц и о н н о й п р о ч н о с т и , и б ы л и с п о л ь з о в а н
п р и и з у ч е н и и п р о ч н о с т и ц и л и н д р и ч е с к и х о б р а з ц о в с н а д р е з о м п р и в о з д е й
с т в и и и м п у л ь с о в э л е к т р и ч е с к о г о т о к а в д и а п а з о н е т е м п е р а т у р 2 9 3 . . . 4 , 2 К .
М е т о д и к а и с с л е д о в а н и я . О б ъ е к т о м и с с л е д о в а н и я с л у ж и л и с т а л и , о т л и
ч а ю щ и е с я с в о й с т в а м и : х о л о д о п л а с т и ч н а я с т а л ь с о с т а б и л ь н о й в и с с л е д у
е м о м и н т е р в а л е т е м п е р а т у р а у с т е н и т н о й с т р у к т у р о й 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 и э к о
н о м н о л е г и р о в а н н а я с т а л ь О Н 9 , с к л о н н а я п р и н и з к и х т е м п е р а т у р а х к х р у п
к о м у р а з р у ш е н и ю . И с п ы т а н и я п р и т е м п е р а т у р а х 2 9 3 , 7 7 и 4 , 2 К п р о в о д и л и
н а г л а д к и х ц и л и н д р и ч е с к и х о б р а з ц а х с д и а м е т р о м р а б о ч е й ч а с т и 4 м м и
ц и л и н д р и ч е с к и х о б р а з ц а х с к о л ь ц е в ы м н а д р е з о м р а з л и ч н о й о с т р о т ы . Р а д и у с
в в е р ш и н е н а д р е з а р с о с т а в л я л : 0 , 0 2 ; 0 , 1 0 и 0 ,2 5 п р и д и а м е т р е в н а и м е н ь
ш е м с е ч е н и и о б р а з ц а 4 м м . К о э ф ф и ц и е н т ы к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й т а к и х
о б р а з ц о в р а с с ч и т ы в а л и с п о м о щ ь ю и н т е р п о л я ц и о н н о й ф о р м у л ы Н е й б е р а [7 ]
с и с п о л ь з о в а н и е м м е т о д и к и , п р и в е д е н н о й в [ 8]:
а а - 1 +
( К а у - 1) ( К у - 1)
( К а у - 1 )2( К у - 1)2
З д е с ь К о и К ( - к о э ф ф и ц и е н т ы к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й д л я о б р а з ц о в
с г л у б о к и м и м е л к и м н а д р е з о м ,
К а у — ^ ( а 0 !г0 + 1, 5) ( л /( а0 /г0 + 1 ) + 1 ) ;
К гу — 1 + 2л /г0 / г0 >
г д е N — 2 + а0 / г 0 + д /а0 / г 0 + 1 ; а0 - р а д и у с н а и м е н ь ш е г о с е ч е н и я о б р а з
ц а , а 0 — 2 м м ; г0 - г л у б и н а н а д р е з а , г0 — 1 м м ; Г0 - р а д и у с к р и в и з н ы в
о с н о в а н и и т е о р е т и ч е с к о й г и п е р б о л ы в в е р ш и н е н а д р е з а .
З н а ч е н и я Г0 о п р е д е л я л и п о и з л о ж е н н о м у в [ 9 ] м е т о д у п у т е м п е р е с ч е т а
з н а ч е н и й р а д и у с а к р и в и з н ы р ф а к т и ч е с к и п р я м о л и н е й н о г о п р о ф и л я с
з а к р у г л е н и е м у о с н о в а н и я . Р а с с ч и т а н н ы е т а к и м о б р а з о м в е л и ч и н ы т е о р е т и
ч е с к и х к о э ф ф и ц и е н т о в к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й д л я и с п о л ь з у е м ы х п а р а
м е т р о в н а д р е з о в п р и в е д е н ы в т а б л . 1.
Ч а с т ь о б р а з ц о в и с п ы т ы в а л и п р и д е й с т в и и и м п у л ь с о в э л е к т р и ч е с к о г о
т о к а ( И Э Т ) . Н а п р а в л е н и е д е й с т в и я И Э Т а м п л и т у д о й 2 ,8 к А и д л и т е л ь н о с т ь ю
_2
1 0 с б ы л о о р и е н т и р о в а н о в д о л ь о с и о б р а з ц а . Д л я п о л у ч е н и я с о п о с т а
в и м ы х р е з у л ь т а т о в И Э Т п р о п у с к а л и п р и о п р е д е л е н н ы х у р о в н я х н а г р у з к и Р,
н и ж н е е з н а ч е н и е к о т о р о й у с т а н а в л и в а л и и с х о д я и з у с л о в и я д о с т и ж е н и я
м а т е р и а л о м п р е д е л а т е к у ч е с т и :
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 41
В. А. Стрижало, Л. С. Новогрудский
2
а = 0 , 6 а 0,2 и л и Р = 0 , 1 5 я й 0 а 0,2 - д л я о б р а з ц о в б е з н а д р е з а ;
а = 0 , 6 а 0 2 / и л и Р = 0 , 1 5 л й 2 а 0 2 / а а - д л я о б р а з ц о в с к о л ь ц е в ы м
н а д р е з о м ,
г д е й 0 - н а ч а л ь н ы й д и а м е т р р а б о ч е й ч а с т и о б р а з ц а б е з н а д р е з а ; й н -
н а ч а л ь н ы й д и а м е т р в н а и м е н ь ш е м с е ч е н и и о б р а з ц а с н а д р е з о м .
Т а б л и ц а 1
Теоретические коэф ф ициенты концентрации напряж ений а а
цилиндрических образцов с кольцевы м надрезом
р, мм 70, мм К аа У Кг‘у а а
0 , 0 2 0,0175 10,69 16,10 9,16
0 , 1 0 0,0877 4,81 7,75 4,32
0,25 0,2190 3,10 5,27 2 , 8 8
А н а л и з р е з у л ь т а т о в и с п ы т а н и й . Р е з у л ь т а т ы и с п ы т а н и й о б р а з ц о в с
н а д р е з о м с т а л е й 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 и О Н 9 б е з в о з д е й с т в и я э л е к т р и ч е с к о г о т о к а
п р е д с т а в л е н ы в т а б л . 2 . К а к с л е д у е т и з п р и в е д е н н ы х д а н н ы х , з н а ч е н и я
м а к с и м а л ь н ы х н о м и н а л ь н ы х н а п р я ж е н и й п е р е д р а з р у ш е н и е м о б р а з ц о в с
н а д р е з о м д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 м о н о т о н н о в о з р а с т а ю т с п о н и ж е н и е м
т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й о т 2 9 3 д о 4 , 2 К , д л я с т а л и О Н 9 п р и а а = 9 ,1 6 - в
и н т е р в а л е т е м п е р а т у р 2 9 3 д о 7 7 К . Д л я э т о й с т а л и п р и а а = 9 ,1 6 и о х л а ж д е
н и и о т 7 7 д о 4 , 2 К и х з н а ч е н и я у м е н ь ш а ю т с я н а 2 8 5 М П а . З н а ч е н и я э ф ф е к
т и в н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й а д л я д а н н о й с т а л и в
и н т е р в а л е т е м п е р а т у р 2 9 3 . . . 7 7 К и з м е н я ю т с я н е с у щ е с т в е н н о , с д а л ь н е й ш и м
п о н и ж е н и е м т е м п е р а т у р ы д о 4 , 2 К о н и у м е н ь ш а ю т с я , п р и ч е м н а и б о л е е с и л ь
н о д л я о б р а з ц о в с м а к с и м а л ь н о о с т р ы м н а д р е з о м . Д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6
в е л и ч и н а а п р а к т и ч е с к и н е з а в и с и т о т т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й п р и в с е х
р а с с м о т р е н н ы х у р о в н я х к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й .
В р а б о т е [6] д о в о л ь н о у б е д и т е л ь н о п о к а з а н о , ч т о э ф ф е к т и в н ы й к о э ф ф и
ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й а и к о э ф ф и ц и е н т а ' н е д а ю т п о л н о й
и н ф о р м а ц и и о р а б о т о с п о с о б н о с т и м а т е р и а л о в в о б л а с т и к р и о г е н н ы х т е м п е
р а т у р п р и н а л и ч и и к о н ц е н т р а т о р о в н а п р я ж е н и й . Р а в н ы е з н а ч е н и я э т и х к о э ф
ф и ц и е н т о в д л я р а з л и ч н ы х м е т а л л о в и с п л а в о в н и в к о е й м е р е н е с в и д е т е л ь
с т в у ю т о б и х о д и н а к о в о й с к л о н н о с т и к х р у п к о м у р а з р у ш е н и ю : а - х а р а к
т е р и з у е т “ . .. т о л ь к о и з м е н е н и е с р е д н е г о н а п р я ж е н и я р а з р у ш е н и я п р и н а л и
ч и и к о н ц е н т р а т о р а н а п р я ж е н и й . . . ; а ' - п о к а з ы в а е т , н е п р и в о д и т л и к о н ц е н т
р а ц и я н а п р я ж е н и й к р а з р у ш е н и ю п р и н а п р я ж е н и я х н и ж е о п а с н о г о ( а ' < 1) ,
е с л и н е т ( а ' > 1 ) , т о к а к о в и м е е т с я з а п а с п р о ч н о с т и ” [6] . Д л я б о л е е п о л н о й
о ц е н к и р а б о т о с п о с о б н о с т и к о н с т р у к ц и о н н ы х м а т е р и а л о в п р и к р и о г е н н ы х
т е м п е р а т у р а х в [ 6] п р е д л а г а е т с я в в е с т и с л е д у ю щ и е к о э ф ф и ц и е н т ы : К 1 -
п о к а з ы в а ю щ и й , к а к и з м е н я е т с я с р е д н е е н а п р я ж е н и е р а з р у ш е н и я п р и т е м п е
р а т у р е э к с п л у а т а ц и и п о с р а в н е н и ю с о с р е д н и м н а п р я ж е н и е м р а з р у ш е н и я
п р и к о м н а т н о й ; К 2 - х а р а к т е р и з у ю щ и й з а п а с п р о ч н о с т и п р и т е м п е р а т у р е
э к с п л у а т а ц и и ( К 2 > 1 ) л и б о е г о о т с у т с т в и е ( К 2 < 1). К о э ф ф и ц и е н т ы К 1 и
К 2 п о з в о л я ю т о ц е н и т ь н и з к о т е м п е р а т у р н о е у п р о ч н е н и е м е т а л л а п р и п е р е
42 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4
Низкотемпературное упрочнение сталей
х о д е о т о д н о р о д н о г о н а п р я ж е н н о г о с о с т о я н и я к н е о д н о р о д н о м у , в ы з в а н н о м у
к о н ц е н т р а ц и е й н а п р я ж е н и й . Д а н н ы е о б и з м е н е н и и э т и х к о э ф ф и ц и е н т о в
т а к ж е п р и в е д е н ы в т а б л . 2 . Д л я о б о с н о в а н н о г о у ч е т а , с о б с т в е н н о , н и з к о
т е м п е р а т у р н о г о у п р о ч н е н и я п р и н а л и ч и и к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й н е о б х о
д и м о р а с с м о т р е т ь е щ е о д и н к о э ф ф и ц и е н т К нту = о ^ / о ^ 2 9 3 , г д е о ^ -
м а к с и м а л ь н о е н о м и н а л ь н о е н а п р я ж е н и е п е р е д р а з р у ш е н и е м о б р а з ц а с н а д
р е з о м п р и н и з к о й т е м п е р а т у р е ; о ^293 - т о ж е п р и т е м п е р а т у р е 2 9 3 К ; К нту
х а р а к т е р и з у е т с т е п е н ь и з м е н е н и я м а к с и м а л ь н ы х н о м и н а л ь н ы х н а п р я ж е н и й
п р и п о н и ж е н и и т е м п е р а т у р ы . П р и К нту < 1 н и з к о т е м п е р а т у р н о е у п р о ч н е
н и е о т с у т с т в у е т .
Т а б л и ц а 2
Влияние концентрации напряжений на прочность сталей ОН9 и 03Х20Н16АГ6
в интервале температур 293...4,2 К
Т , К о Л, МПа а а' К 1 К 2
«о = 9,16
293 1430 1,65 1,96 1,65 1,96
1070 1,37 2,64 1,37 2,64
77 1940 1,52 2 , 2 0 2,24 2 , 6 6
2085 1,37 2,14 2,67 5,15
4,2 1655 1,06 1,35 1,91 2,26
2440 1,33 1,69 3,13 6 , 0 2
«о = 4,32
293 1440 1 , 6 6 1,97 1 , 6 6 1,97
1090 1,40 2,69 1,40 2,69
77 2 0 1 0 1,57 2,28 2,32 2,75
2 1 2 0 1,39 2,17 2,72 5,23
4,2 2125 1,36 1,73 2,46 2,91
2495 1,36 1,73 3,20 6,16
«о = 2 , 8 8
293 1400 1,62 1,92 1,62 192
1 1 0 0 1,41 2,72 1,41 2,72
77 2040 1,59 2,32 2,36 2,79
2150 1,41 2 , 2 1 2,76 5,31
4,2 2280 1,46 1,85 2,64 3,12
2600 1,42 181 3,33 6,42
П рим ечание. Здесь и в табл. 3-5 над чертой приведены значения для стали ОН9, под
чертой - для стали 03Х20Н16АГ6.
К а к в и д н о и з р и с . 1 , в е л и ч и н а К нту д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 п р а к т и
ч е с к и н е з а в и с и т о т к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й и р а в н а к о э ф ф и ц и е н т у н и з к о -
т / 293 т
т е м п е р а т у р н о г о у п р о ч н е н и я а в / о в , г д е о в - п р е д е л п р о ч н о с т и п р и т е м
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, N2 4 43
В. А. Стрижало, Л. С. Новогрудский
пературе испы таний м атериала в исходном состоянии. Д ля стали ОН9,
структурно-нестабильной в исследуем ом интервале температур, наблю да
ется иная картина. С пособность этой стали к низкотем пературном у упроч
нению сниж ается с увеличением уровня концентрации напряж ений: при
а а = 9,16 К нту составляет только 63% его значения в случае однородного
напряж енного состояния, в то врем я как при а а = 2,88 К нту достигает
91% аналогичной величины .
О 50 100 150 200 250 T , К
Рис. 1. Влияние охлаждения до 4,2 К на низкотемпературное упрочнение сталей ОН9 (1, 2, 3,
7) и 03Х20Н16АГ6 (4, 5, 6, 8) при наличии концентрации напряжений: 1, 4 - а а = 9,16; 2, 5 -
а а = 4,32; 3, 6 - а а = 2,88; 7, 8 - K нту без концентратора.
П ри прохож дении И Э Т через образец с надрезом при его статическом
растяж ении, как и в случае гладких образцов [10], на диаграм м ах растяж е
ния наблю даю тся скачки нагрузки. А м плитуда последних при рассм отрен
ны х значениях коэф ф ициентов концентрации напряж ений увеличивается с
пониж ением тем пературы испы таний. П ри этом ам плитуда скачка для образ
ца с надрезом всегда м еньш е таковой, реализуем ой на гладком ци ли н дри чес
ком образце равного поперечного сечения. Так, для образца с надрезом из
стали 03Х 20Н 16А Г6 при температуре 4,2 К и значении теоретического коэф
ф ици ента концентрации напряж ений а 0 = 4 ,32 ам плитуда скачка нагрузки
при ном инальном напряж ении 1800 М П а составляет 240 М П а. В то же
врем я на цилиндрическом образце при аналогичной величине напряж ений
скачок нагрузки при действии И Э Т достигает 360 М П а. Такое различие в
амплитудах скачков нагрузки обусловлено объемом м атериала, вовлеченного
в проц есс электропластической деф ормации.
Результаты испы таний образцов с надрезом из сталей О Н 9 и
03Х 20Н 16А Г 6 при воздействи и И Э Т базовы х п арам етров при ведены в
табл. 3. С равнительны й анализ представленны х в табл. 1 и 3 данны х
позволяет заклю чить, что при тем пературах 293 и 77 К воздействие И Э Т не
оказы вает сущ ественного влияния на прочность надрезанны х образцов из
обеих сталей. П ри тем пературе жидкого гелия образцы с надрезом разру
ш аю тся в м ом ент воздействия И Э Т по достиж ении некоторого уровня
44 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4
Низкотемпературное упрочнение сталей
нагрузки, что приводит к ум еньш ению значений о Н апример, для образ
цов сталей 03Х 20Н 16А Г6 и О Н 9 с коэф ф ициентом концентрации нап ря
ж ений 4 ,32 о ^ ум еньш ается соответственно на 9,0 и 6,0% .
Т а б л и ц а 3
Значения максимальных номинальных напряжений, предшествующих разрушению
образцов с надрезом сталей ОН9 и 03Х20Н16АГ6, при воздействии ИЭТ
Т , К о ? , МПа, при а овток 1 о
9,16 4,32 2 , 8 8
293 1370 1365 1395
1065 1 1 0 0 1075
77 1935 2015 2065
2060 2060 2070
4,2 - 2035 -
- 2310 -
Рассм отрим , как изм еняю тся коэф ф ициенты , характеризую щ ие влияние
концентрации напряж ений на прочность м атериалов, при воздействии И Э Т
на примере образцов сталей с радиусом в верш ине кольцевого надреза 0,1 мм
(табл. 4). Д ля стали О Н 9 при тем пературах 293 и 77 К эф ф ективны й
коэф ф ициент концентрации напряж ений практи чески одинаков, при 4,2 К он
несколько ум еньш ается, для стали 03Х 20Н 16А Г6 чувствительность к кон
центрации напряж ений при воздействии И Э Т незначительно пониж ается
при охлаж дении от 293 до 77 К.
Т а б л и ц а 4
Коэффициенты, характеризующие влияние концентрации напряжений (ао = 4,32)
на прочность сталей ОН9 и 03Х20Н16АГ6, при воздействии ИЭТ
в интервале температур 293...4,2 К
Т , К а ток а ток
К
К 1 ток К 2ток К нтуток
293 1,58 1 , 8 8 1,58 1 , 8 8 1 , 0 0
1,42 2,85 1,42 2 , 8 8 1 , 0 0
77 1,60 2,33 2,34 2,77 1,47
1,36 2 , 6 8 2,67 5,35 1 , 8 8
4,2 1,31 2,32 2,36 2,81 1,49
1,29 2,64 3,00 6 , 0 0 2 , 1 0
Примечание а = о н. а ток о вток/ ° втж; а так _= о ̂ к / о 0 ,2 ток; К 1 ток =°Вток/
о 293 . К
°Вток; К 2 ток
= о£ / о2923 ; К то? = о £ / о « 293.“ток / °>2ток “ток/ “ток
Значит, как и в исходном состоянии, при воздействии И Э Т указанны е
стали не обнаруж иваю т склонн ости к хрупком у разруш ению в исследуем ом
интервале температур при а о = 4,32.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 45
В. А. Стрижало, Л. С. Новогрудский
Р а з л и ч и е в в е л и ч и н а х э ф ф е к т и в н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в к о н ц е н т р а ц и и н а
п р я ж е н и й п р и и б е з в о з д е й с т в и я И Э Т п р и р а в н ы х т е м п е р а т у р а х в е с ь м а
н е з н а ч и т е л ь н о ( н е б о л е е ч е м 9 , 5 % ) . Д л я с т а л и О Н 9 п р и в о з д е й с т в и и И Э Т
к о э ф ф и ц и е н т а ' т о к , х а р а к т е р и з у ю щ и й з а п а с п р о ч н о с т и н а д р е з а н н о г о о б р а з
ц а , с п о н и ж е н и е м т е м п е р а т у р ы о т 2 9 3 д о 4 , 2 К у в е л и ч и в а е т с я в 1 ,2 3 р а з а ,
д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 о н п о н и ж а е т с я в 1 ,0 8 р а з а , п р и э т о м п р и в с е х
р а с с м о т р е н н ы х т е м п е р а т у р а х е г о в е л и ч и н а б о л ь ш е д в у х . П р и и с п ы т а н и я х
б е з в о з д е й с т в и я И Э Т к о э ф ф и ц и е н т а ' т а к ж е у м е н ь ш а е т с я с п о н и ж е н и е м
т е м п е р а т у р ы . П р и т е м п е р а т у р е ж и д к о г о г е л и я е г о ч и с л е н н о е з н а ч е н и е н е
в ы ш е д в у х . К о э ф ф и ц и е н т ы К 1ток и К 2ток м о н о т о н н о у в е л и ч и в а ю т с я с
п о н и ж е н и е м т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й д л я о б е и х с т а л е й , п р и ч е м д л я с т а л и
0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 б о л е е и н т е н с и в н о . И х в е л и ч и н ы п р и т е м п е р а т у р е 4 , 2 К
м е н ь ш е с о о т в е т с т в у ю щ и х з н а ч е н и й К 1 и К 2, п о л у ч е н н ы х б е з в о з д е й с т в и я
И Э Т , ч т о у к а з ы в а е т н а о с л а б л е н и е н и з к о т е м п е р а т у р н о г о у п р о ч н е н и я с т а л е й
п р и и з м е н е н и и в и д а н а п р я ж е н н о г о с о с т о я н и я и д е й с т в и и И Э Т . С о б с т в е н н о ,
д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 н и з к о т е м п е р а т у р н о е у п р о ч н е н и е , х а р а к т е р и з у е м о е
з н а ч е н и е м к о э ф ф и ц и е н т а К т ^ у , п р и в о з д е й с т в и и И Э Т т а к ж е п о н и ж а е т с я
п р и в с е х и с с л е д у е м ы х т е м п е р а т у р а х , д л я с т а л и О Н 9 о н о в о з р а с т а е т п р и
т е м п е р а т у р е 7 7 К и л и ш ь п р и Т = 4 , 2 К н е и з м е н я е т с я .
О ц е н и м с т е п е н ь с о в м е с т н о г о в л и я н и я к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й и И Э Т
н а п р о ч н о с т ь д а н н ы х с т а л е й п о р е з у л ь т а т а м а н а л и з а х а р а к т е р а т е м п е р а т у р
н ы х з а в и с и м о с т е й к о э ф ф и ц и е н т о в :
а н а н а н
, _ в ток Д / _ в ток Д Т.Т' 1 _ в ток
а ток ; а 1 ток ; К 1 ток1ток ^ ; К 1ток 293
- в а 0,2 а 293
а н а н
к 1 = в ток . к нту = . в " " ‘
' ^ 9 Т О К Ч 1 Т О К" 2ток 293 ; К 1ток н 293 .
а 0,2 а в
К а к с л е д у е т и з п р и в е д е н н ы х в т а б л . 5 д а н н ы х , э ф ф е к т и в н ы й к о э ф ф и
ц и е н т к о н ц е н т р а ц и и у м е н ь ш а е т с я п о м е р е п о н и ж е н и я т е м п е р а т у р ы д л я
о б е и х с т а л е й . О б р а т н а я з а в и с и м о с т ь о т т е м п е р а т у р ы х а р а к т е р н а д л я к о э ф
ф и ц и е н т а К 1ток, о т р а ж а ю щ е г о т а к ж е с т е п е н ь в л и я н и я о х л а ж д е н и я , т . е . с
п о н и ж е н и е м т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й о т 2 9 3 д о 4 , 2 К в л и я н и е И Э Т и
к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й у с и л и в а е т с я . К о э ф ф и ц и е н т ы ( а '1ток и К 2т о к ) ,
х а р а к т е р и з у ю щ и е с о о т н о ш е н и е п р е д е л о в п р о ч н о с т и н а д р е з а н н ы х о б р а з ц о в
с п р е д е л а м и т е к у ч е с т и п р и р е а л и з у е м о й и к о м н а т н о й т е м п е р а т у р а х , д л я
р а с с м а т р и в а е м ы х с т а л е й и м е ю т р а з л и ч н ы е т е м п е р а т у р н ы е з а в и с и м о с т и .
Т а к , е с л и д л я с т а л и с о с т а б и л ь н ы м а у с т е н и т о м 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 с п о н и ж е н и е м
т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й о т 2 9 3 д о 4 , 2 К з н а ч е н и я а 1 ток м о н о т о н н о у м е н ь
ш а ю т с я в 1 ,7 р а з а , а К ̂ ток у в е л и ч и в а ю т с я в 2 ,1 р а з а , т о д л я с т а л и с
н е с т а б и л ь н о й а у с т е н и т н о й с т р у к т у р о й О Н 9 п р и о х л а ж д е н и и о т 2 9 3 д о 7 7 К
в е л и ч и н а а 1ток в о з р а с т а е т в 1,2 р а з а , с д а л ь н е й ш и м п о н и ж е н и е м т е м п е
р а т у р ы д о 4 , 2 К о н а у м е н ь ш а е т с я в 1 ,4 р а з а , а к о э ф ф и ц и е н т К 2 ток у в е л и
ч и в а е т с я в 1 ,5 р а з а , а з а т е м п р а к т и ч е с к и н е и з м е н я е т с я .
46 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, N 4
Низкотемпературное упрочнение сталей
Т а б л и ц а 5
Коэффициенты, характеризующие влияние концентрации (а а = 4,32) напряжений
и ИЭТ на прочность сталей ОН9 и 03Х20Н16АГ6
Т , к ^1 ток ^1ток к 1К1 ток К1к 2 ток
293 1,58 1,87 1,58 1,87
1,41 2,72 1,41 2,72
77 1,57 2,29 2,33 2,76
1,36 2 , 1 1 2,64 5,09
4,2 1,30 1,65 2,35 2,78
1,26 1,60 2,96 5,70
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4V----- -------J V___ ____ J V___ ____ .
293 К 77 К 4,2 К
б
Рис. 2. Влияние охлаждения до 4,2 К на относительное изменение коэффициентов концент
рации напряжений сталей 03Х20Н16АГ6 (а) и ОН9 (б): 1 - а 1 ток/ а ток; 2 - а { ток/ а 'ток; 3 -
К 'т о А т о к ; 4 - К 2 т о ^ К 2 ток; 5 - < 2кЯ , 2 .
Т а к и м о б р а з о м , х а р а к т е р т е м п е р а т у р н ы х з а в и с и м о с т е й к о э ф ф и ц и е н т о в
к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й , р а с с ч и т ы в а е м ы х т о л ь к о с у ч е т о м в л и я н и я к о н
ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й п р и в о з д е й с т в и и И Э Т , и к о э ф ф и ц и е н т о в , о п р е д е л е н
н ы х с у ч е т о м в л и я н и я к а к к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й , т а к и И Э Т , н е с к о л ь к о
о т л и ч а е т с я , ч т о н а и б о л е е в ы р а ж е н о д л я с т а л и 0 3 Х 2 0 Н 1 6 А Г 6 . А б с о л ю т н ы е
з н а ч е н и я к о э ф ф и ц и е н т о в а т о к , К 1ток д л я о б е и х с т а л е й и К 2ток д л я с т а л и
О Н 9 п р а к т и ч е с к и о д и н а к о в ы в о в с е м и н т е р в а л е н и з к и х т е м п е р а т у р , в т о
в р е м я к а к а ' т о к , х а р а к т е р и з у ю щ и е з а п а с п р о ч н о с т и д л я с р а в н и в а е м ы х с л у
ч а е в , в е с ь м а р а з л и ч а ю т с я . С п о н и ж е н и е м т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й э т о р а з
л и ч и е в о з р а с т а е т и ф а к т и ч е с к и с о о т в е т с т в у е т и з м е н е н и ю п р е д е л а т е к у ч е с т и
м а т е р и а л а п р и в о з д е й с т в и и И Э Т ( а 0 ° ^ / а 02) ( н а р и с . 2 к р и в ы е 5 ) .
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 47
В. А. Стрижало, Л. С. Новогрудский
В ы в о д ы
1. И з используем ы х в инж енерной практике коэф ф ициентов чувстви
тельн ости м атериалов к концентрации напряж ений наиболее показательны м,
позволяю щ им учиты вать как влияние на прочность сталей концентрации
напряж ений, так и воздействия ИЭТ, является коэф ф ициент а '. Однако он не
м ож ет использоваться при вы боре допускаем ы х напряж ений с учетом низко
тем пературного упрочнения, так как не отраж ает влияния температуры .
2. Н изкотемпературное упрочнение м атериалов при неоднородном напря
ж енном состоянии, вы званном концентрацией напряж ений, целесообразно
оценивать с пом ощ ью коэф ф ициента K нту, характеризую щ его изм енение
м аксим альны х ном инальны х напряж ений с пониж ением тем пературы при
данном уровне концентрации напряж ений как без, так и при воздействии
ИЭТ.
3. В оздействие И Э Т приводит к сниж ению величины низкотем ператур
ного упрочнения сталей О Н 9 и 03Х 20Н 16А Г6 при неоднородном нап ря
ж енном состоянии.
4. Запас прочности образцов с кольцевы м концентратором напряж ений
при воздействии И Э Т определяется степенью изм енения предела текучести
м атериала в результате такого действия при соответствую щ ей температуре.
Р е з ю м е
Розглянуто м ож ливість оцінки низькотем пературного зм іцнення сталей за
наявності кон центрац ії напруж ень за допом огою коеф іцієнтів кон струкц ій
н о ї м іцності, щ о використовую ться в інж енерній практиці. Запропоновано
м оди ф іковану систем у коеф іцієнтів кон струкц ійн ої м іцності, щ о дозволяє
враховувати вплив окрем их ф акторів (кріогенної тем ператури , концентрації
напруж ень, д ії ім пульсів електричного струму) або їх ком бінац ії на прац е
здатн ість сталей в ум овах неоднорідного напруж еного стану.
1. Писаренко Г. С., Стрижало В. А. О некоторы х проблем ах н и зкотем пе
ратурного упрочнения м еталлов и его учета в технике низких тем п е
ратур // П рочность м атериалов и конструкций при низких тем п ера
турах. - К иев: Н аук. думка, 1984. - С. 3 - 12.
2. Чечин Э. В. Р асчет кон струкций на прочность с учетом ресурсов плас
тичности и упрочняем ости м атериалов // П роблем ы м аш иностроения и
надеж ности маш ин. - 1999. - № 2. - С. 41 - 52.
3. Mitchell N. M echanical and electrical desing criteria for IT E R m agnets. -
IT E R -JL -M G -1-8-3 , 1990. - 45 p.
4. Стрижало В. А., Новогрудский Л. С., Копанев А. А. В лияние электри
ческого тока на процесс деф орм ирования в зоне кон центратора н ап ря
ж ений // Изв. вузов. Ч ерная м еталлургия. - 1993. - № 8. - С. 44 - 46.
5. Новиков Н. В., Майстренко А. Л., Улъяненко А. П. К онструкционная
прочность при низких тем пературах. - К иев: Н аук. думка, 1978. - 232 с.
48 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4
Низкотемпературное упрочнение сталей
6. Лебедев Д. В. К онструкционная прочность криогенны х сталей. - М.:
М еталлургия, 1976. - 264 с.
7. Neuber H. K erbspannugslehre. - Berlin: Springer-V erlag, 1968. - 29 S.
8. Петерсон P. К оэф ф ициенты концентрации напряж ений: Пер. с англ. -
М .: М ир, 1979. - 302 с.
9. Ужик Г. В. С опротивление отры ву и прочность металлов. - М .: И зд-во
А Н СС С Р, 1950. - 256 с.
10. Прочность м атериалов и конструкций. Р. 4. / В. А. С триж ало, Л. С. Но-
вогрудский, Е. В. В оробьев. П рочность в условиях криогенны х тем п е
ратур. - К иев: А кадем периодика, 2005. - С. 351 - 439.
Поступила 17. 07. 2006
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4 49
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48075 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T10:07:15Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Стрижало, В.А. Новогрудский, Л.С. 2013-08-14T12:48:07Z 2013-08-14T12:48:07Z 2007 Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока / В.А. Стржало, Л.С. Новрудский // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 40-49. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48075 539.4 Рассмотрена возможность оценки низкотемпературного упрочнения сталей при наличии концентрации напряжений с помощью используемых в инженерной практике коэффициентов конструкционной прочности. Предложена модифицированная система коэффициентов конструкционной прочности, позволяющая учитывать влияние отдельных факторов (криогенной температуры, концентрации напряжений, действия импульсов электрического тока) либо их комбинации на работоспособность сталей при неоднородном напряженном состоянии. Розглянуто можливість оцінки низькотемпературного зміцнення сталей за наявності концентрації напружень за допомогою коефіцієнтів конструкційної міцності, що використовуються в інженерній практиці. Запропоновано модифіковану систему коефіцієнтів конструкційної міцності, що дозволяє враховувати вплив окремих факторів (кріогенної температури, концентрації напружень, дії імпульсів електричного струму) або їх комбінації на працездатність сталей в умовах неоднорідного напруженого стану. We analyze the possibility of evaluation of low -tem perature hardening of steels under stress concentration conditions using the structural strength factors conventionally used in en gineering calculations. We propose a modified system o f structural strength factors, which makes possible to take into account the effects of various factors (cryogenic tem perature, stress concentration, action of electric current pulses) or their combination on operability of steels in the complex stressed state. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока Low-temperature hardening of steels under conditions of complex stressed state and action of electric current pulses Article published earlier |
| spellingShingle | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока Стрижало, В.А. Новогрудский, Л.С. Научно-технический раздел |
| title | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| title_alt | Low-temperature hardening of steels under conditions of complex stressed state and action of electric current pulses |
| title_full | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| title_fullStr | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| title_full_unstemmed | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| title_short | Низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| title_sort | низкотемпературное упрочнение сталей в условиях неоднородного напряженного состояния и действия импульсов электрического тока |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48075 |
| work_keys_str_mv | AT strižalova nizkotemperaturnoeupročneniestaleivusloviâhneodnorodnogonaprâžennogosostoâniâideistviâimpulʹsovélektričeskogotoka AT novogrudskiils nizkotemperaturnoeupročneniestaleivusloviâhneodnorodnogonaprâžennogosostoâniâideistviâimpulʹsovélektričeskogotoka AT strižalova lowtemperaturehardeningofsteelsunderconditionsofcomplexstressedstateandactionofelectriccurrentpulses AT novogrudskiils lowtemperaturehardeningofsteelsunderconditionsofcomplexstressedstateandactionofelectriccurrentpulses |