Материал: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительства. Рудаков О.Б., Перцев В.Т

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

				Таблица 5
Эксплуатационные и энергетические параметры стали категории 2
при разных скоростях деформации и температуре минус 196 0С
Скорость		Параметры
деформации, с −¹
деформации, с −¹	σb/σ0,2	σ0,2/ σb	Аз, %	Ар, %
10-²	0,87	1,14	81	19

10²	0,83	1,20	65	35

				Таблица 6
Эксплуатационные и энергетические параметры стали категории 2
при разных скоростях деформации и температуре 200 0С
Скорость		Параметры
деформации, с −¹
деформации, с −¹	σb/σ0,2	σ0,2/ σb	Аз, %	Ар, %
10-²	0,50	1,99	73	27

10²	0,39	5,69	69	31

После закалки с высоким отпуском (сталь категории 4) при всех скоростях деформации при 20 0С и 200 0С сталь вела себя как циклически стабильный материал (1,2 < σb/σ0,2< 1,4) с

достаточной надежностью (σ0,2/ σb = 0,74 – 0,92) и как циклически разупрочняемый с низкой надежностью при минус 196 0С.

Это подтверждается и анализом энергетических параметров разрушения (таблицы 7, 8, 9). Имея примерно одинаковый уровень полной работы разрушения при статических нагрузках сталь в данном структурном состоянии показала примерно равные затраты на зарождение и распространение трещины при 20 0С и 200 0С и нулевое значение Ар при минус 196 0С.

						Таблица 7
	Эксплуатационные и энергетические параметры стали категории 4
	при разных скоростях деформации и температуре минус 196 0С
	Скорость			Параметры
	деформации, с −¹
	деформации, с −¹		σb/σ0,2	σ0,2/ σb	Аз, %	Ар, %
10-²		1,00		1,00	100	0

10²		0,97		1,04	100	0

						Таблица 8
	Эксплуатационные и энергетические параметры стали категории 4
	при разных скоростях деформации и температуре 20 0С
	Скорость			Параметры
	деформации, с −¹
	деформации, с −¹		σb/σ0,2	σ0,2/ σb	Аз, %	Ар, %
	10-²		0,74	1,33	51	49

	10²		0,74	1,33	59	41

				41

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

				Таблица 9
Эксплуатационные и энергетические параметры стали категории 4
при разных скоростях деформации и температуре 200 0С
Скорость		Параметры
деформации, с −¹
деформации, с −¹	σb/σ0,2	σ0,2/ σb	Аз, %	Ар, %
10-²	0,80	1,23	55	45

10²	0,92	1,35	44	56

Анализ полученных результатов позволяет сделать заключение о том, что при прогнозировании конструктивной прочности изделия из стали 20 необходимо учитывать ее исходное структурное состояние с точки зрения энергетических и эксплуатационных параметров, а не только по данным механических свойств.

Таким образом по результатам исследований было установлено, что уровень чувствительности стали 20 к воздействию внешних факторов (температуры, скорости деформации, схемы нагружения) связан с исходным структурным состоянием.

Список литературы

1.Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. – 2-изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1983. – 352 с.

2.ГОСТ 1497-84 Методы испытаний на растяжение. – М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1984. – 35 с.

3.ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

–М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1990. – 37 с.

4.ГОСТ 9454-60 Метод определения ударной вязкости при нормальной температуре.

–М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1960. – 19 с.

5.ГОСТ 9455-60 Метод определения ударной вязкости при низких температурах. – М.: Госстандарт СССР: Изд – во стандартов, 1960. – 33 с.

6.Лукин А. А., Тарханов А. К., Лукин О. А. Механические свойства стали 20 при различных температурах и скоростях нагружения // Научный вестник ВГАСУ. - Воронеж:

Изд-во ВГАСУ. - 2014. - Вып. 8. - С. 49-53.

________________________________________________________________________________

Лукин Анатолий Александрович - к.ф.-м.н., доцент кафедры материаловедения и физики металлов Воронежского государственного технического университета. E-mail: toto_luk@mail.ru

Тарханов Андрей Константинович - к.ф.-м.н., доцент кафедры физики Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. E-mail: anvetkin@yandex.ru

Лукин Олег Анатольевич - к.ф.-м.н., доцент кафедры экономики Московского института инженеров транспорта (МИИТ, Воронежский филиал).

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

УДК 539.87

А.А. Лукин, А.К. Тарханов, О.А. Лукин

ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ СТАЛИ 20 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И СКОРОСТЯХ НАГРУЖЕНИЯ

Исследуются образцы стали 20 при различных температурах и скоростях нагружения.

Ключевые слова: одноосное растяжение, ударные нагрузки, ударный изгиб, предел текучести, двухчашечный излом

A.A. Lukin, A.K. Tarkhanov, O.A. Lukin

NATURE OF DESTRUCTION OF STEEL 20 AT DIFFERENT TEMPERATURES AND

LOADING RATES.

Investigated samples of 20 steel at different temperatures and loading rates.

Keywords: constructional properties, energy parameters, the work of destruction, limit of fluidity, the nucleation and crack

Введение. В настоящей работе исследовалась сталь 20 (ГОСТ 1050 – 74) при различных температурах и скоростях нагружения. Такие исследования позволят более полно определить рабочие характеристики материала и выявить различные дефекты, возникшие в изделии при термообработке, что важно учитывать при разработке реальных конструкций во избежание внезапных разрушений.

Исследуемую cталь используют без термообработки (категория 1) и после нормализации (категория 2) для крюков кранов, патрубков, болтов муфт, вкладышей подшипников и других деталей, работающие при температуре от минус 40 до 450оС под давлением, а после закалки и отпуска (категория 4): для шестерней, червяков и других деталей. Виды термообработки и механические свойства, а также рекомендации по применению оговорены в ГОСТ 4041-71 и ГОСТ 1577-81 [1-3].

Теоретическая часть. Анализ испытаний на одноосное растяжение позволяют по результатам одного опыта определить сразу несколько важных механических характеристик материала, определяющих его качество и необходимых для физико-механических расчетов. [1]. При проведении экспериментов на одноосное растяжение использовались образцы стандартной формы и размера [2], а в качестве установки выбрана универсальная испытательная машина Р-20 [3], объединяющая нагружающий, измерительный и регистрирующий механизмы. При испытаниях стали на ударные нагрузки проводились динамические ударные изгибы образцов со стандартными U- и V-образными надрезоми [4], [5]. В качестве исследуемого материала была выбрана сталь 20 (ГОСТ 1050 – 74), которая подвергалась испытаниям при различных температурах и скоростях нагружения. В промышленности эта сталь используется как без термообработки так и с после нее.

Обсуждение результатов. Для стали категории 1 типичный вид машинной кривой – параболический, повышающий участок «живучести» (ниспадающая часть кривой) с ростом скорости деформации, но имеющий тенденцию к уменьшению с падением температуры от 200 °С до минус 196 °С. Аналогичная картина наблюдается и для стали категории 2; однако при 20 °С и скорости деформации 10-2 с-1 наблюдалась площадка текучести, исчезающая с ростом скорости до 102 с-1.

________________________________________________________________________________

Научный Вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Более того для стали 20 при малых скоростях деформации наблюдался явно выраженный зуб текучести, выраждающийся с ростом скорости деформации.

Наличие площадки и зуба текучести при малых скоростях деформации можно объяснить эффектом деформационного старения, когда оторвавшиеся от дислокаций примесные облака еще успевают их догнать и вновь затруднить движение последних, а при больших скоростях деформации скорость диффузии дефектов становится недостаточной. Этим же можно и частично объяснить повышение пластичности стали при скоростях 102 с-1.

Результаты исследований температурно – скоростной зависимости механических свойств и энергетических параметров хорошо согласуются с оценками характера разрушения. Наименее чувствительная к изменению скорости сталь категории 1 показала и полную идентичность вида макроизлома при каждой из исследуемой температур. В нормализованном состоянии сталь 20 разрушалась по схеме двухчашечного излома вне зависимости от скорости деформации в то время как при 200 °С увеличение скорости меняло характер разрушения со схемы среза (рис. 1а) на отрыв (рис. 1б). Разрушение при минус 196 °С происходило только отрывом, но при 10-2 с-1 шейка отсутствовала (рис. 1в), а при больших скоростях перед разрушением шейка образовывалась (рис. 1г).

Сталь категории 4 при всех температурах испытания разрушалась с образованием шейки с двухчашечным изломом при 200 °С и 20 °С. При минус 196 °С разрушение отрывом (рис. 1д) при скорости 10-2 с-1 заменялось на разрушение срезом при скорости 102 с-1 (рис.

1е).

а	б

Рис. 1. Макроэффекты разрушения стали 20 при различных условиях испытания

а,б – нормализация, 200 °С, V=10-2 с-1 и V=102 с-1; в,г – нормализация, минус 196 °С, V=100 с-1 и V=102 с-1; д,е –

закалка + отпуск минус 196 °С, V=10-2 с-1 и V= 102 с-1.

Результаты фрактографических исследований представлены на рис. 2 – 4.

а	б

Серия «Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения» Выпуск № 1(10), 2015

в	г

д	е

Рис. 2. Топография поверхности изломов стали 20 категории 1

а,в,д – минус 196 °С V=10-2 с-1, V=100 с-1, V=102 с-1; б,г,д – 20 °С V=10-2 с-1, V=100 с-1, V=102 с-1

ж	з

Рис. 3. Топография поверхности изломов стали 20 категории 2

а,г,ж – минус 196 °С V=10-2 с-1, V=100 с-1, V=102 с-1; б,д,з – 20 °С V=10-2 с-1, V=100 с-1, V=102 с-1;

в,е,и – 200 °С V=10-2 с-1, V=100 с-1, V=102 с-1

Источник: https://studfile.net/preview/16563863/

Смотрите также:

34
гидроочистки сырья
Дизайн изделий из полимерной глины
Загрязнение атмосферного воздуха Карагандинской области, на примере АО 'АрселорМиттал Темиртау'
Итоги проведения международных просветительских экспедиций, направленных на распространение русского языка, литературы, культуры и российского образования в странах ближнего и дальнего зарубежья
Лабораторная работа 1. Режим симуляции в Cisco Packet Tracer Контрольные вопросы
Неразделимость и неслиянность
Оборудование электростанции
Правові аспекти діяльності засобів масової інформації на прикладі української журналістики
Правовой обычай как источник международного права