КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ СТАЛЕЙ 40Х И 38Х2Н2МА

  • Геннадий Всеволодович Клевцов Тольяттинский государственный университет
  • Дмитрий Львович Мерсон Тольяттинский государственный университет
  • Наталья Артуровна Клевцова Тольяттинский государственный университет
  • Евгений Дмитриевич Мерсон Тольяттинский государственный университет
  • Михаил Леонидович Линдеров Тольяттинский государственный университет
  • Сергей Васильевич Засыпкин Тольяттинский государственный университет
  • Алексей Валентинович Бондаренко Тольяттинский государственный университет
Ключевые слова: 40Х, сталь 38Х2Н2МА, усталостное разрушение, излом, кинетика и механизм разрушения

Аннотация

Известно, что большинство аварийных разрушений конструкций или деталей машин связаны либо с усталостным разрушением, либо с хрупким разрушением, вызванным наличием усталостной трещины. Поэтому для снижения вероятности зарождения и развития усталостной трещины часто используют дорогостоящие средне- и высоколегированные стали. В настоящей работе представлен сравнительный анализ параметров усталостного разрушения образцов из низколегированной стали 40Х и среднелегированной стали 38Х2Н2МА.

Усталостные испытания на призматических образцах размером 10×15×80 мм из стали 40Х с U- и V-образными концентраторами напряжения и образцах из стали 38Х2Н2МА с U-образным концентратором напряжения проводили при температуре 20 °С по схеме трехточечного изгиба на установке Instron 8802 при ⱱ=10 Гц, R=0,1 и различных значениях ΔР. Стали испытывали после закалки в масле и последующего нагрева до 300 °С. Микрорельеф изломов исследовали в растровом электронном микроскопе SIGMA фирмы “ZEISS”.

Установлено, что форма концентратора напряжения в образцах оказывает существенное влияние на время до зарождения усталостной трещины. Прямолинейные участки кинетических диаграмм усталостного разрушения сталей 40Х и 38Х2Н2МА практически полностью совпадают между собой, хотя коэффициент n в уравнении Пэриса для стали 38Х2Н2МА несколько выше, чем для стали 40Х. Микрофрактографические исследования показали, что распространение усталостной трещины в стали 38Х2Н2МА связано с более вязким механизмом разрушения, чем в стали 40Х. Таким образом, установлено, что низколегированная сталь 40Х по своим усталостным характеристикам не уступает среднелегированной стали 38Х2Н2МА.

Биографии авторов

Геннадий Всеволодович Клевцов, Тольяттинский государственный университет

доктор технических наук, профессор, исполняющий обязанности заведующего кафедрой «Нанотехнологии, материаловедение и механика»

Дмитрий Львович Мерсон, Тольяттинский государственный университет

доктор физико-математических наук, директор Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Наталья Артуровна Клевцова, Тольяттинский государственный университет

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика»

Евгений Дмитриевич Мерсон, Тольяттинский государственный университет

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Михаил Леонидович Линдеров, Тольяттинский государственный университет

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института прогрессивных технологий

Сергей Васильевич Засыпкин, Тольяттинский государственный университет

студент

Алексей Валентинович Бондаренко, Тольяттинский государственный университет

студент

Литература

McEvily A.J. Metal Failures: Mechanisms, Analysis, Prevention. Hoboken: John Wiley & Sons, 2002. 324 р.

Клевцов Г.В., Ботвина Л.Р., Клевцова Н.А., Лимарь Л.В. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций. М.: МИСиС, 2007. 264 с.

Штремель М.А. Разрушение. В 2-х кн. Кн. 2. Разрушение структур. М.: МИСиС, 2015. 976 с.

Научные основы повышения малоцикловой усталости / под ред. Н.А. Махутова. М.: Наука, 2006. 624 с.

Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. М.: Металлургия, 1973. 215 с.

Терентьев В.Ф. Усталость металлов. М.: Наука, 2015. 312 с.

Пахмурский В.И., Левицкий М.О., Микитишин С.И. Долговечность до зарождения усталостной трещины и скорость ее роста в сталях 08кп и У8 // Физико-химическая механика материалов. 1975. Т. II. № 4. C. 41–44.

Черепанов Г.П. Механика разрушения. Ижевск: ИКИ, 2012. 872 с.

Коцаньда С. Усталостное растрескивание металлов. М.: Металлургия, 1990. 622 с.

Lin W. Nano Mechanics and Materials. Theory: Multiscale Methods and Applications. Hoboken: John Wiley & Sons, 2006. 368 p.

Ильющенко А.Ф., Маркова Л.В., Чекан В.А., Фомихина И.В., Коледа В.В. Атлас производственных разрушений различных конструкций. Минск: Беларуская навука, 2017. 313 с.

Estrin Y., Vinogradov A. Fatigue behaviour of light alloys with ultrafine grain structure produced by severe plastic deformation: An overview // International Journal of Fatigue. 2010. Vol. 32. № 6. P. 898–907.

Клевцов Г.В., Бобрук Е.В., Семенова И.П., Клевцова Н.А., Валиев Р.З. Прочность и механизмы разрушения объемных наноструктурированных металлических материалов. Уфа: РИК УГАТУ, 2016. 240 с.

Штремель М.А. Разрушение. В 2-х кн. Кн. 1. Разрушение материалов. М.: МИСиС, 2014. 670 с.

РД 50-345-82. Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушений) при циклическом нагружении. М.: Издательство стандартов, 1983. 96 с.

Paris P.А., Erdogan F.A. Сritical analysis of crack propagation laws // Trans ASME. 1963. № 4. P. 582–594.

Ярема С.Я. Исследования роста усталостных трещин и кинетические диаграммы усталостного разрушения // Физико-химическая механика материалов. 1977. Т. 13. № 4. C. 3–19.

Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Клевцова Н.А. Прочность и механизм разрушение наноструктурированных легких сплавов при циклическом нагружении // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2015. Т. 20. № 1. С. 85–91.

Ботвина Л.Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности. М.: Наука, 2008. 334 с.

Клевцов Г.В., Валиев Р.З., Исламгалиев Р.К., Клевцова Н.А., Хафизова Э.Д., Мерсон Е.Д., Пигалева И.Н. Кинетика и механизм усталостного разрушения алюминиевого сплава АК4-1 в субмикрокристаллическом состоянии // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 1. С. 22–26.

Опубликован
2019-03-30
Выпуск
Раздел
Технические науки