Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием
Исследовано влияние предварительной пластической деформации сжатием на сопротивление микросколу углеродистых сталей на примере стали 30. Обнаружено, что предварительное сжатие приводит к возникновению анизотропии "хрупкой” прочности Кмс стали, суть которой заключается в ее падении для образц...
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/123456789/48149 |
| 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: | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием / С.А. Котречко, А.В. Кучер, Ю.А. Полушкин, Г.С. Меттус, Н.Н. Стеценко // Проблемы прочности. — 2007. — № 6. — С. 91-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859809349520588800 |
|---|---|
| author | Котречко, С.А. Кучер, А.В. Полушкин, Ю.А. Меттус, Г.С. Стеценко, Н.Н. |
| author_facet | Котречко, С.А. Кучер, А.В. Полушкин, Ю.А. Меттус, Г.С. Стеценко, Н.Н. |
| citation_txt | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием / С.А. Котречко, А.В. Кучер, Ю.А. Полушкин, Г.С. Меттус, Н.Н. Стеценко // Проблемы прочности. — 2007. — № 6. — С. 91-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Исследовано влияние предварительной пластической деформации сжатием на сопротивление
микросколу углеродистых сталей на примере стали 30. Обнаружено, что предварительное
сжатие приводит к возникновению анизотропии "хрупкой” прочности Кмс стали,
суть которой заключается в ее падении для образцов, вырезанных в продольном направлении,
и увеличении сопротивления микросколу образцов, вырезанных в поперечном. Показано,
что основной причиной такого эффекта являются остаточные ориентированные
напряжения. Оценена величина остаточных ориентированных напряжений образцов, вырезанных
в продольном и поперечном направлении. Отмечено сильное охрупчивание стали в
продольном направлении после сжатия. Смещение температуры вязкохрупкого перехода
достигает максимального значения (168°С).
Досліджено вплив попередньої пластичної деформації стиском на опір
мікросколу маловуглецевих сталей на прикладі сталі 30. Виявлено, що
попередній стиск призводить до виникнення анізотропії “крихкої” міцності
R мс сталі, суть якої полягає в її падінні для зразків, що вирізалися в
поздовжньому напрямку, та збільшенні опору мікросколу зразків, що вирізалися
в поперечному напрямку. Показано, що основна причина такого
ефекту - це залишкові орієнтовані напруження. Проведено оцінку величини
залишкових орієнтованих напружень зразків, що вирізалися у поздовжньому
та поперечному напрямках. Відмічено сильне окрихчення сталі в
поздовжньому напрямку після стиску. Зсув температури в ’язкокрихкого
переходу сягає максимального значення (168°С).
On example of steel 30 we have studied the effect
of plastic pre-straining by compression on
microcleavage resistance of carbon steels.
Pre-compression was found to result in the appearance
of anisotropy in “brittle” strength
Rmc of steel, which is exhibited by drop of
strength in specimens cut in the longitudinal direction
and increased microcleavage resistance
in specimens cut in the transversal direction. It
is shown that such effect is mainly due to the residual
oriented stresses. We have estimated the
magnitude of the residual oriented stresses in
specimens cut in the longitudinal and
transversal directions. Significant embrittlement
of steel in the longitudinal direction is noted
upon compression. The shift of visco-brittle
transition temperatrure reached the maximum
value of — 168°C.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:17:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.14; 539.241
Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой
стали, предварительно деформированной сжатием
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин, Г. С. Меттус, Н. Н. Стеценко
Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, Киев, Украина
Исследовано влияние предварительной пластической деформации сжатием на сопротивле
ние микросколу углеродистых сталей на примере стали 30. Обнаружено, что предвари
тельное сжатие приводит к возникновению анизотропии "хрупкой” прочности Кмс стали,
суть которой заключается в ее падении для образцов, вырезанных в продольном направ
лении, и увеличении сопротивления микросколу образцов, вырезанных в поперечном. Пока
зано, что основной причиной такого эффекта являются остаточные ориентированные
напряжения. Оценена величина остаточных ориентированных напряжений образцов, выре
занных в продольном и поперечном направлении. Отмечено сильное охрупчивание стали в
продольном направлении после сжатия. Смещение температуры вязкохрупкого перехода
достигает максимального значения (168°С).
К л ю ч е в ы е с л о в а : осадка, сопротивление микросколу, “хрупкая” прочность,
анизотропия, кристаллографическая текстура, остаточные ориентированные
напряжения.
Введение. Известно, что в большинстве случаев конструкционные спла
вы в процессе технологических операций подвергаются значительным плас
тическим деформациям, что приводит к возникновению анизотропии меха
нических свойств. В настоящее время достаточно хорошо изучена анизо
тропия упругих и пластических (предел текучести, напряжение течения)
свойств металлов и сплавов. Показана роль кристаллографической текстуры
в формировании анизотропии вышеуказанных свойств металла [1]. В то же
время остаются невыясненными основные факторы, обусловливающие влия
ние ориентации приложенной нагрузки на способность текстурированного
материала сопротивляться хрупкому разрушению. К сожалению, однознач
ность в выборе механических характеристик для количественной оценки
этого свойства отсутствует. Часто в этом случае используют относительное
сужение, ударную вязкость, трещиностойкость. Однако эти характеристики
могут сильно изменяться при смене механизма разрушения от вязкого к
хрупкому, поэтому определить вклад в их изменение, собственно, анизо
тропии проблематично. В последнее время для оценки прочности металлов
и сплавов в хрупком состоянии (“хрупкая” прочность) используется отно
шение значений локального напряжения хрупкого разрушения в вершине
надреза о р , полученных в разных направлениях [2, 3]. Однако определение
о р сильно деформированного металла обусловлено значительными методи
ческими трудностями.
В работе [4] обнаружен эффект резкого падения напряжения микро-
скола при одноосном растяжении поликристаллического железа после пред
варительной деформации сжатием. Более систематические исследования
влияния предварительной деформации сжатием на сопротивление хрупкому
© С. А. КОТРЕЧКО, А. В. КУЧЕР, Ю. А. ПОЛУШКИН, Г. С. МЕТТУС, Н. Н. СТЕЦЕНКО, 2007
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6 91
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
разрушению в условиях одноосного растяжения были проведены в работе
[5], где в качестве меры способности материала сопротивляться хрупкому
разрушению использовалось сопротивление отрыву Б отр. Было также пока
зано [5], что для стали 15Х2МФА Б отр уменьшается с ростом предвари
тельной деформации сжатием. При этом был обнаружен эффект смены
микромеханизма хрупкого разрушения: с транскристаллитного для недефор-
мированной стали на интеркристаллитное для стали после осадки. Именно
со сменой микромеханизма разрушения авторы [5] связывают эффект умень
шения Б отр после осадки. В то же время не отмечается наличие смены
микромеханизма разрушения предварительно деформированного поликрис
талла железа. В связи с этим не ясно, является ли смена микромеханизма
разрушения причиной падения Б отр или это сопутствующий эффект, кото
рый присущ стали 15Х2МФА.
В работе [6] показано, что предварительная деформация с тем же
знаком, что и последующая (при испытании), приводит к обратному эффек
ту, т.е. к росту напряжения микроскола стали Я мс*. Следовательно, при
испытании образцов, вырезанных из предварительно осажденных заготовок
не в продольном, а в поперечном направлении, должен наблюдаться обрат
ный эффект, а именно: рост сопротивления хрупкому разрушению металла.
Цель работы заключается в установлении характера влияния предвари
тельной пластической деформации сжатием на закономерности изменения
сопротивления микросколу Я мс углеродистых сталей, измеренного в на
правлении, совпадающем с направлением предварительной деформации и в
перпендикулярном к нему, на примере стали 30.
М етодика исследований. В качестве материала для исследований была
выбрана сталь 30. Для снятия внутренних напряжений и возможной текс
туры заготовки отжигали при температуре 950° С в течение 4 ч. Затем их
подвергали пластической деформации сжатием на различную величину.
Исходная высота заготовки Но = 50 мм, диаметр d о = 25 мм. Относительное
сжатие определяли по формуле
* Н0 - Н
& сж = ~ г -----, (1)
Н0
где Н0 - начальная высота образца; Н - высота образца после сжатия.
Для испытаний на одноосное растяжение из заготовок, которые подвер
гали осадке, вырезали гладкие образцы вдоль и поперек оси сжатия (рис. 1).
При вырезке образцов обязательно соблюдалась симметрия: ось образца, вы
резанного вдоль оси сжатия (далее - продольный образец), должна совпадать
с осью сжатия. Ось образца, вырезанного поперек оси сжатия (перпенди
кулярно оси сжатия), находилась ровно посредине высоты сжатого образца.
Истинные деформации металла в продольном и поперечном направ
лении рассчитывали по формулам:
* Ямс - мера “хрупкой” прочности металла, экспериментально определяется как мини
мальное напряжение хрупкого разрушения стандартных цилиндрических образцов при одно
осном растяжении в интервале температур вязкохрупкого перехода.
92 1ББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6
Явление анизотропии сопротивления микросколу
- 1п(
\ Ъ і
(2)
1 ( ^ 'еТг — 1п| —
д о і
(3)
где е ^ , е Тг - истинная деформация металла соответственно в продольном
и поперечном направлении; - площадь начального сечения образца; ^ -
площадь максимального сечения образца после сжатия; ё 0 - начальный
диаметр образца; - максимальный диаметр образца после сжатия (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Истинные деформации металла в продольном и поперечном направлении
при различной степени предварительной осадки
Степень обжатия, % дк еЬв еТг
10 26,80 0,14 0,07
30 30,25 0,38 0,19
60 40,50 0,96 0,48
Рис. 1. Схема осадки и вырезки образцов.
Для определения стандартных характеристик прочности и пластичности
проводили низкотемпературные испытания цилиндрических образцов (диа
метр 3 мм, база 15 мм) на одноосное растяжение на разрывной машине
УММ-5, оборудованной криокамерой, в диапазоне температур 77...293 К и
_ 3 _ 1
скорости деформации примерно 10 с . Образцы охлаждали жидким азо
том и его парами. Температуру образца контролировали с помощью термо
пары. После испытания измеряли диаметр образца в месте излома. Для
каждой температуры испытаний рассчитывали условный предел текучести
о о 2 , истинное напряжение разрушения £ к в шейке, относительное сужение
образца ф к . На основе температурных зависимостей о 0 2 , £ к , Ф к опреде
ляли минимальное напряжение квазихрупкого разрушения Я мс в интервале
температур вязкохрупкого перехода для исходного и предварительно дефор
мированного состояния (рис. 2, 3).
ІББИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6 93
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
Рис. 2. Температурные зависимости напряжения течения о0 2, напряжения разрушения Бк и
относительного сужения фк стали 30 в исходном состоянии.
Рис. 3. Температурные зависимости напряжения течения 00 2, напряжения разрушения Бк и
относительного сужения ф£ образцов стали 30, предварительно деформированной на 60%,
вырезанных в продольном и поперечном Тг направлении (пунктирные линии - исходное
состояние).
Поверхность изломов исследовали с помощью электронной микроско
пии на приборе 18М-СР35.
94 1ББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6
Явление анизотропии сопротивления микросколу
Р езультаты и сп ы тан и й и их обсуждение. На рис. 2 показаны темпе
ратурные зависимости о 0 2 , S k, ^ к Для недеформированного состояния
стали 30. Как видно, экспериментальные значения для образцов, вырезан
ных в продольном и поперечном направлении, совпадают, т.е. данный мате
риал - изотропен. Сопротивление микросколу стали 30 в недеформирован-
ном состоянии Я мс = 910 МПа. В табл. 2 приведены значения сопротив
ления микросколу и напряжения текучести при комнатной температуре для
образцов в исходном состоянии (Ямс, о 0 2 ) и вырезанных в продольном
(Я , о 0 2̂ ) и поперечном ( Я ^ , о 1 \ ) направлении при разной степени
предварительной деформации.
Т а б л и ц а 2
Напряжения хрупкого разрушения и напряжения текучести образцов,
вырезанных в продольном и поперечном направлении,
при разной степени предварительной деформации
Направление вырезки Исходное
состояние
Степень обжатия, %
10 30 60
Поперечное Rue МПа 915 931 1085 1370
RTr /RRMC/ RMC 1 1,017 1,19 1,5
0^ 2, МПа 300 320 620 760
<NC5
^0Ьч О 0 1 1,06 2,06 2,53
Продольное r MmC, МПа 915 910 850 551
RLmC/Rmc 1 0,99 0,93 0,60
oLg2, МПа 300 300 440 502
Lg /
00,2/00,2 1 1 1,46 1,67
Температурные зависимости механических свойств исследуемой стали
после осадки на 60% представлены на рис. 3. В результате предварительной
деформации сжатием прочность металла как в продольном, так и в попереч
ном направлении увеличивается, что проявляется в соответствующем росте
величины предела текучести о 0 2 . При этом наблюдается разница в темпе
прироста о 0 2 в продольном и поперечном направлении, что приводит к
возникновению анизотропии о 0 2 .
Принципиально иные закономерности присущи изменению сопротив
ления микросколу Я мс стали после осадки. Это проявляется в первую
очередь в разном знаке изменения Я мс в зависимости от направления, в
котором измеряется хрупкая прочность. Так, в отличие от о 0 2 значение
Я мс в продольном направлении не увеличивается, а наоборот, уменьшается.
При этом величина падения Я м^ после осадки на 60% составляет 40%.
Уровень хрупкой прочности в поперечном направлении Я ^ , наоборот, уве
личивается с ростом степени осадки и при 60% достигает 50%. Таким
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 6 95
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
образом, осадка приводит к падению хрупкой прочности Я мс стали в
продольном направлении и к существенному ее увеличению в поперечном.
Следует подчеркнуть, что 40%-ное падение хрупкой прочности в продоль
ном направлении Я м^ вызывает существенное охрупчивание стали. Напри
мер, 60%-ная осадка приводит к смещению температуры вязкохрупкого
перехода Т вх на 168° С. Столь большого значения смещения Т вх невозможно
получить при испытании стандартных образцов на трещ иностойкость или
образцов типа Ш арпи на удар.
Изменение знака ДЯмс является одним из признаков, свидетельству
ющим о разной физической природе формирования анизотропии хрупкой
прочности Я мс и предела текучести о о 2 стали после осадки. В качестве
первого приближения для оценки анизотропии хрупкой прочности Я мс
можно использовать отношение величины сопротивления микро сколу в
Тгпоперечном направлении Я мс к соответствующему значению в продольном
R Lg •JVMC •
R TrR MC
^ R MC R Lg ■ (4)
R
Графически зависимость этого параметра от величины предварительной
деформации е показана на рис. 4. Видно, что анизотропия хрупкой проч
ности монотонно увеличивается с ростом е.
Рис. 4. Влияние предварительной деформации на параметр анизотропии сопротивления
микросколу.
Физическая интерпретация полученных закономерностей может быть
дана в рамках модели хрупкого разрушения предварительно деформирован
ного металла [7, 8]. В основу модели положены представления о зароды
шевых трещинах, которые играют ключевую роль в процессе хрупкого
разрушения кристаллических твердых тел. Это позволяет, исходя из анализа
свойств и поведения зародышевых трещин, описать основные закономер
96 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 6
Явление анизотропии сопротивления микросколу
ности хрупкого разрушения металлов и сплавов. Применительно к рас
сматриваемой проблеме принципиальное значение имеют следующие два
свойства зародышевых трещин. Первое заключается в том, что трещины
раскрываются в определенных кристаллографических плоскостях. Это зна
чит, что, создавая посредством предварительной пластической деформации
кристаллографическую текстуру, можно влиять на ориентацию зародыше
вых трещ ин относительно приложенной нагрузки. В то же время из меха
ники трещин известно, что величина критического напряжения потери устой
чивости трещ ины зависит от угла между направлением действующей силы и
нормалью к плоскости трещины. Это позволяет связать величину Я мс с па
раметрами кристаллографической текстуры деформированного металла [7].
Вторым свойством является то, что на потерю устойчивости зароды
шевых трещин в деформированном металле влияют остаточные микронапря
жения. В [9, 10] показано, что особенность этих напряжений состоит в том,
что их знак противоположен знаку приложенной нагрузки при предвари
тельной пластической деформации. Применительно к используемой в дан
ной работе схеме нагружения это означает, что вдоль оси сжатия такие
напряжения будут растягивающие, в поперечном направлении - сжимающие.
В рамках предложенной ранее [8] модели хрупкое разрушение дефор
мированной стали при ее последующем растяжении в продольном и попереч
ном направлении может быть описано соответственно следующим образом:
(о 11 + £ 11) 11пЬ ~ £ 2212пЬ = £ с ; (5)
(о 22 ~ £ 22 ) 12пТ + £ 1111пТ = £ с , (6)
где о и и о 22 - значения нормальных “приложенных” напряжений в
момент разрушения образцов в продольном и поперечном направлении
соответственно (о 11 = Я м^ и о 22 = Я^с); £ 11 и £ 22 - значения модулей
ориентированных напряжений в продольном и поперечном направлении;
Ь пь и 12пЬ, 11пТ и 12пТ - косинусы угла между направлением действия о 11
и нормалью к плоскости зародышевой трещины, а также между направле
нием о 22 и нормалью соответственно для образцов, вырезанных в продоль
ном “Ь ” и поперечном “Т” направлении (рис. 5); £ с - критическое напря
жение потери устойчивости зародышевой трещины. Величина £ с может
быть определена из условия хрупкого разрушения стали в исходном (не-
деформированном) состоянии:
о 1111п0 = £ с , (7)
где о 11 = Я мс; /1п0 - косинус угла между направлением растяжения и
нормалью к поверхности зародышевой трещины в недеформированном поли
кристалле, величина которого определяется из условия образования зароды
шевой трещ ины и составляет /1п0 = 0,88.
Согласно (5), (6) с учетом (7) выражение для коэффициента анизо
тропии можно представить следующим образом:
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 6 97
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
Я ПпЬ
Я Тг
Я
11 / 2 ,
11пТ + Я
2 2 ,2
12пТ
11 2
Я
11пЬ +
Я
' 22 ;2 I
(8)
2пТ
мс мс
мс
Первый член в этой зависимости характеризует вклад в величину
анизотропии Я мс, собственно, кристаллографической текстуры
I / 2 \
11пЬ
/ 2V 2пТ /
; второй
член описывает влияние остаточных ориентированных напряжений (ООН)
£ 11 и £ 22 На у Я •
Тг
— К Аи£
п \ Г
# ° 9
\ J h n L
1\пТ
п
сг,
Рис. 5. Схема ориентации зародышевой трещины.
Интересным является тот факт, что влияние ориентированных напря
жений на у я зависит от параметров кристаллографической текстуры,
которые определяют значения направляющих косинусов , / 2п1 , / ^ т и
/ 2пт • Это обусловлено тем, что кристаллографическая текстура, задавая
ориентацию плоскости залегания зародышевой трещины, определяет тем
самым величину нормальных к ней ориентированных напряжений. В этом
проявляется прямое и опосредованное влияние кристаллографической текс
туры на уровень хрупкой прочности. Значения направляющих косинусов
определяются исходя из следующих положений.
Первое связано с тем, что деформационная кристаллографическая текс
тура всегда имеет рассеивание*. Его величина растет с уменьшением пред
варительной пластической деформации. Это значит, что при наличии крис
таллографической текстуры имеет место целый спектр возможных ориен
таций зародышевой трещины. Выбор ориентации последней, инициирую
щей хрупкое разрушение металла, определяется известным в теории хруп
кого разрушения принципом “слабого звена”. В данном случае это означает,
* Даже в случае предельно острой текстуры, формируемой при деформации 4,6, значение
среднего квадратического отклонения не меньше 4 град.
98 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6
Явление анизотропии сопротивления микросколу
что критической будет та зародышевая трещина, которая наиболее благо
приятно ориентирована по отношению к приложенным растягивающим
напряжениям. В этом и заключается второе положение, используемое при
определении направляющих косинусов в (8). Схематическая ориентация
критических зародышевых трещ ин представлена на рис. 5.
В рамках рассмотренной модели представляется возможным дать верх
нюю и нижнюю оценки величины остаточных ориентированных напря
жений £ и и £ 2 2 - Суть оценки состоит в том, чтобы на основе экспери
ментальных данных по изменению величины Я мс образцов, вырезанных в
продольном и поперечном направлении, с учетом выражений (5), (6) оце
нить значения ООН £ п и £ 22 для случаев предельно острой и сильно
рассеянной текстуры. При этом исходили из того, что при осадке форми
руется аксиальная текстура (111 с углом рассеивания в . В случае предельно
острой текстуры максимальное значение рассеивания не превышает в тах ~
= 12 град, при идеальной текстуре угол между нормалью к плоскости
зародышевой трещ ины и направлениями 1 и 2 составляет 35,7 и 60 град.
Соответственно при предельно острой текстуре (с учетом угла рассеивания
2 2 2 и принципом слабого звена) имеем 11п1 = 0,840, 12пЬ = 0,095, 11пТ = 0,448 и
'у
12пт = 0,459. В приближении квазиизотропного материала значения направля
ющих косинусов таковы: 1?пЪ = 12пТ = 11п0 = 0,88 и 12пЬ = 1 ЫТ = 12п0 = 0,12
Зависимость предельных значений нормированных ООН £ 2 2 / Я мс, изме
ренных в поперечном направлении, от величины истинной предварительной
пластической деформации представлена на рис. 6,а. Как видно, остаточные
ориентированные напряжения по определению должны быть сжимающие,
поэтому область их значений ограничена кривой, полученной в прибли
жении квазиизотропного материала. Отметим, что при деформации, не пре
вышающей 0,2...0,3, поликристалл с достаточной точностью можно рассмат
ривать как квазиизотропный. Следовательно, в первом приближении при
е < 0,2...0,3 значения £ 2 2 / Я мс могут быть рассчитаны по эксперименталь
ным данным. При больших деформациях кривая 2 (рис. 6,а) дает верхнюю
по модулю оценку ООН образцов, вырезанных в поперечном направлении.
Закономерности изменения ООН £ п / Я мс, измеренных в продольном
направлении, приведены на рис. 6,6. Как и в предыдущем случае, значения
£ 11/ Я мс при деформациях е < 0,2...0,3 следует рассматривать как реально
действующие в металле. При больших деформациях кривая 1 (рис. 6,а) дает
нижнюю оценку £ п / Я мс.
Таким образом, при осадке до 60% основной причиной изменения уров
ня хрупкой прочности исследуемой стали как в продольном, так и в попереч
ном направлении являются ООН. Эти же напряжения играют основную роль
при изменении анизотропии хрупкой прочности металла после осадки.
Как отмечалось выше, эффект падения сопротивления отрыву Б отр
образцов, вырезанных в продольном направлении, после осадки наблюдался
на реакторной стали 15Х2НМФА [5]. При этом причину рассматриваемого
эффекта связывали [5] со сменой микромеханизма хрупкого разрушения с
транскристаллитного для недеформированного металла на интеркристал-
литное для металла после осадки.
1ББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6 99
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
£22/ Я м
Рис. 6. Зависимость значений нормированных остаточных ориентированных напряжений,
измеренных в поперечном (а) и продольном (б) направлении, от величины истинной пред
варительной пластической деформации: 1 - в приближении квазиизотропного материала; 2 -
предельно острая текстура.
е
е
Проведенные фрактографические исследования стали 30 (рис. 7) пока
зали, что как в исходном состоянии, так и после осадки микромеханизм
хрупкого разрушения не изменяется (транскристаллитный). Это позволяет
предположить, что смена микромеханизма распространения микротрещины
с транскристаллитного на интеркристаллитное является не причиной паде
ния Я мс после осадки, а лишь сопутствующим эффектом.
Отметим прикладное значение этого эффекта. В технике случаи, когда
направление предварительной пластической деформации не совпадает с
направлением нагружения элемента конструкции, встречаются довольно
часто. Наиболее опасно это, когда при больших средних деформациях, не
превышающих 10%, имеют место значительные локальные пластические
деформации. Как правило, это локальные области в окрестности конструк
тивных концентраторов напряжений и трещ иноподобных дефектов. Падение
хрупкой прочности металла в таких областях может привести к внезапному
хрупкому разрушению элементов конструкций в интервале эксплуатацион-
100 ТББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6
Явление анизотропии сопротивления микросколу
б
Рис. 7. Строение поверхности изломов образцов из стали 30, испытанных на растяжение при
температуре —196°С в исходном состоянии - транскристаллитный скол (а) и при —28° С
после предварительной осадки на 60% (одноосное растяжение продольного образца) -
интеркристаллитный скол (б).
ных температур. Судя по всему, этот эффект должен стимулироваться тепло
вым старением стали в процессе эксплуатации, радиационным облучением и
другими факторами, обусловливающими образование сегрегаций примесей
на границах зерен.
В ы в о д ы
1. Предварительная деформация сжатием приводит к анизотропии сопро
тивления микросколу стали, что проявляется в падении уровня хрупкой
прочности Я мс для образцов, вырезанных в продольном направлении, и его
повышении Я мс для образцов, вырезанных в поперечном направлении.
2. В общем случае причиной возникновения анизотропии хрупкой
прочности после осадки является образование кристаллографической текс
туры и появление остаточных ориентированных напряжений. При осадке до
60% анизотропия хрупкой прочности Я мс обусловлена в основном дейст
вием остаточных ориентированных напряжений.
3. Уменьшение величины Я мс образцов, вырезанных в продольном
направлении, является причиной существенного охрупчивания стали после
0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 6 101
С. А. Котречко, А. В. Кучер, Ю. А. Полушкин и др.
осадки. Например, предварительная осадка на 60% приводит к смещению
температуры вязкохрупкого перехода стали 30 с —196°С (исходное состоя
ние) до —28°С (деформированное состояние).
Р е з ю м е
Досліджено вплив попередньої пластичної деформації стиском на опір
мікросколу маловуглецевих сталей на прикладі сталі 30. Виявлено, що
попередній стиск призводить до виникнення анізотропії “крихкої” міцності
R мс сталі, суть якої полягає в її падінні для зразків, що вирізалися в
поздовжньому напрямку, та збільшенні опору мікросколу зразків, що вирі
залися в поперечному напрямку. Показано, що основна причина такого
ефекту - це залишкові орієнтовані напруження. Проведено оцінку величини
залишкових орієнтованих напружень зразків, що вирізалися у поздовж
ньому та поперечному напрямках. Відмічено сильне окрихчення сталі в
поздовжньому напрямку після стиску. Зсув температури в ’язкокрихкого
переходу сягає максимального значення (168°С).
1. А д а м е с к у Р. А ., Г елъ д П . В ., М и т ю ш о в Е. А . Анизотропия физических
свойств металлов. - М.: М еталлургия, 1985. - 147 с.
2. S u n J. a n d B o y d D . J . Proc. o f 36th M echanical W orking and Steel
Processing Conference. - Baltimore (Oct. 16-19). - 1995. - 32 p.
3. B a ld i G. a n d B u zz ic h e lli G. Critical stress for delamination fracture in HSLA
steels // M etal Sci. - 1978. - 12, No. 3. - P. 459 - 473.
4. А л л е н H . П . М еханизм хрупкого разрушения металлов // Атомный
механизм разрушения. - М.: М еталлургиздат, 1963. - С. 144 - 170.
5. М а р го л и н Б. 3 ., Ш ве ц о ва В. А ., В а р о в и н А . Я . Предварительное сжатие
материалов как фактор смены механизма хрупкого разрушения ОЦК-
металлов // Пробл. прочности. - 1996. - № 4. - С. 5 - 18.
6. М е ш к о в Ю . Я ., П а х а р е н к о Г . А . Структура металлов и хрупкость
стальных изделий. - Киев: Наук. думка, 1985. - 266 с.
7. К о т р еч к о С. А ., Д н е п р е н к о В. Н . Физическая природа анизотропии хруп
кой прочности поликристаллических металлов и сплавов // М еталто-
физика и новейшие технологии. - 2002. - 24, № 7. - С. 909 - 925.
8. К о т р е ч к о С. А . Статистическая модель хрупкого разрушения поли
кристаллических металлов // Там же. - 1994. - 16, № 10. - С. 37 - 49.
9. Б о й к о Ю . Ф ., Н а вр о ц к и й И . В ., К ук о лъ В. В . Зависимость ориенти
рованных микронапряжений в пластически деформированной стали от
направления внешней нагрузки // Физика металлов и металловедение. -
1984. - 57, вып. 5. - С. 1001 - 1005.
10. В а си лъ ев Д . М . О микронапряжениях, возникающих в поликристал
лических образцах при пластическом деформировании // Журн. техн.
физики. - 1958. - 28, № 11. - С. 25 - 27.
Поступила 01. 11. 2006
102 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 6
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-48149 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:17:51Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Котречко, С.А. Кучер, А.В. Полушкин, Ю.А. Меттус, Г.С. Стеценко, Н.Н. 2013-08-15T15:56:25Z 2013-08-15T15:56:25Z 2007 Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием / С.А. Котречко, А.В. Кучер, Ю.А. Полушкин, Г.С. Меттус, Н.Н. Стеценко // Проблемы прочности. — 2007. — № 6. — С. 91-102. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48149 669.14; 539.241 Исследовано влияние предварительной пластической деформации сжатием на сопротивление микросколу углеродистых сталей на примере стали 30. Обнаружено, что предварительное сжатие приводит к возникновению анизотропии "хрупкой” прочности Кмс стали, суть которой заключается в ее падении для образцов, вырезанных в продольном направлении, и увеличении сопротивления микросколу образцов, вырезанных в поперечном. Показано, что основной причиной такого эффекта являются остаточные ориентированные напряжения. Оценена величина остаточных ориентированных напряжений образцов, вырезанных в продольном и поперечном направлении. Отмечено сильное охрупчивание стали в продольном направлении после сжатия. Смещение температуры вязкохрупкого перехода достигает максимального значения (168°С). Досліджено вплив попередньої пластичної деформації стиском на опір мікросколу маловуглецевих сталей на прикладі сталі 30. Виявлено, що попередній стиск призводить до виникнення анізотропії “крихкої” міцності R мс сталі, суть якої полягає в її падінні для зразків, що вирізалися в поздовжньому напрямку, та збільшенні опору мікросколу зразків, що вирізалися в поперечному напрямку. Показано, що основна причина такого ефекту - це залишкові орієнтовані напруження. Проведено оцінку величини залишкових орієнтованих напружень зразків, що вирізалися у поздовжньому та поперечному напрямках. Відмічено сильне окрихчення сталі в поздовжньому напрямку після стиску. Зсув температури в ’язкокрихкого переходу сягає максимального значення (168°С). On example of steel 30 we have studied the effect of plastic pre-straining by compression on microcleavage resistance of carbon steels. Pre-compression was found to result in the appearance of anisotropy in “brittle” strength Rmc of steel, which is exhibited by drop of strength in specimens cut in the longitudinal direction and increased microcleavage resistance in specimens cut in the transversal direction. It is shown that such effect is mainly due to the residual oriented stresses. We have estimated the magnitude of the residual oriented stresses in specimens cut in the longitudinal and transversal directions. Significant embrittlement of steel in the longitudinal direction is noted upon compression. The shift of visco-brittle transition temperatrure reached the maximum value of — 168°C. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием Phenomenon of anisotropy in microcleavage resistance of carbon steel pre-strained by compression Article published earlier |
| spellingShingle | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием Котречко, С.А. Кучер, А.В. Полушкин, Ю.А. Меттус, Г.С. Стеценко, Н.Н. Научно-технический раздел |
| title | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| title_alt | Phenomenon of anisotropy in microcleavage resistance of carbon steel pre-strained by compression |
| title_full | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| title_fullStr | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| title_full_unstemmed | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| title_short | Явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| title_sort | явление анизотропии сопротивления микросколу углеродистой стали, предварительно деформированной сжатием |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/48149 |
| work_keys_str_mv | AT kotrečkosa âvlenieanizotropiisoprotivleniâmikroskoluuglerodistoistalipredvaritelʹnodeformirovannoisžatiem AT kučerav âvlenieanizotropiisoprotivleniâmikroskoluuglerodistoistalipredvaritelʹnodeformirovannoisžatiem AT poluškinûa âvlenieanizotropiisoprotivleniâmikroskoluuglerodistoistalipredvaritelʹnodeformirovannoisžatiem AT mettusgs âvlenieanizotropiisoprotivleniâmikroskoluuglerodistoistalipredvaritelʹnodeformirovannoisžatiem AT stecenkonn âvlenieanizotropiisoprotivleniâmikroskoluuglerodistoistalipredvaritelʹnodeformirovannoisžatiem AT kotrečkosa phenomenonofanisotropyinmicrocleavageresistanceofcarbonsteelprestrainedbycompression AT kučerav phenomenonofanisotropyinmicrocleavageresistanceofcarbonsteelprestrainedbycompression AT poluškinûa phenomenonofanisotropyinmicrocleavageresistanceofcarbonsteelprestrainedbycompression AT mettusgs phenomenonofanisotropyinmicrocleavageresistanceofcarbonsteelprestrainedbycompression AT stecenkonn phenomenonofanisotropyinmicrocleavageresistanceofcarbonsteelprestrainedbycompression |