авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

Валентиновна закономерности хрупкого разрушения и их применение для анализа упрочняющих технологий, структурно-энергетического состояния закаленных сталей и пре

-- [ Страница 2 ] --

Из (1) видно, что при с 0, . Однако величина в момент разрушения имеет конечное значение, различное для разных состояний.

Расчет величины сплавов на основе железа, у которых предел текучести 0,2 изменяется от 200 МПа (чистое железо) до 3000 МПа (высокопрочные стали), охватывая различные состояния сплавов железа, включая быстрорежущие стали, привел к получению зависимости =f(0,2) (рис. 2).

Из табл. 1 видно, что доля упругой энергии изменяется от 0,09 до 20,74 МПа (в 230,4 раз), при изменении 0,2 от 200 до 3000 МПа (в 15 раз), но остается малой величиной по сравнению с общей энергоемкостью Wс металла.

На основании положения Л.С. Кремнева, что сопротивление разрушению стали Р6М5 на 90% определяется энергией зарождения трещины, и только на 10% определяется энергией распространения трещины, то для зарождения трещины требуется пластическая деформация

. (8)

При отсутствии пластичности Wс=0 критерий зарождения трещины равен =2003000/434000=0,00050,007. Результат расчета величины энергоемкости сталей с предельной деформацией 1%, 5%, 10% при том же диапазоне изменения 0,2 и общая энергоемкость WСобщ=Uупр+Wс представлен на рис.2.

 Зависимость предельной удельной-43

Рис.2. Зависимость предельной удельной энергии деформации от предела текучести для сплавов железа

Видно, что доля упругой энергии во всем диапазоне 0,2 от 200 до 3000 МПа, при удлинениях =1-10% все время уменьшается: при =1% доля составляет от 4,2 до 40,28%, при =5% от 0,86 до 11,9%, при =10% от 0,44 до 6,3%, соответственно (табл. 1). Для стали Р6М5 при пределе текучести ~2000 МПа доля упругой энергии по отношению к общей энергоемкости при изменении пластичности от 1 до 10% изменяется от 31 до 4,3%.

При наличии пластичности, находящейся в интервале от 0 до 10%, критерий зарождения трещины (8) для материалов (КЧ, ВЧ, Р6М5) изменяется по одинаковому закону для всех металлов и сплавов (рис.3), что подтверждено ранее для 600 состояний материалов.

 Зависимость критерия зарождения-44

Рис.3. Зависимость критерия зарождения трещины от относительного удлинения для хрупких материалов

2. Внутренние параметры структуры.

2.1. Размер карбидов. Повышение размера карбидов снижает стойкость инструмента через снижение предельной пластичности материала.

2.2. Сложность формы карбида. Ее можно оценить с помощью коэффициента , выражающего отношение периметра карбида к периметру круга с площадью равной площади карбида. Коэффициент лежит в интервале от 1,35 до 2,7. Чем сложнее форма карбида, тем меньше величина предельной деформации.

Табл. 1 Расчет упругой энергии и общей энергоемкости сталей и сплавов

0,2, МПа 200 500 1000 1500 2000 2500 3000
Uупр, МДж/м3 0,09 0,58 2,3 5,18 9,22 14,4 20,74
Кзт 0,0005 0,0012 0,0023 0,0035 0,0046 0,0058 0,0069
WСпласт при =1%, МДж/м3 2,05 5,13 10,25 15,38 20,5 25,63 30,75
Uупр/WСпласт,% 4,4 11,3 22,44 33,68 44,97 56,18 67,44
Uупр/ Wобщ, % 4,2 10,1 18,3 25,2 31 35,9 40,28
Кзт при =1, % 0,0107 0,0114 0,0126 0,0137 0,0149 0,0160 0,0172
WСпласт при =5%, МДж/м3 10,25 25,6 51,2 76,9 102,5 128,1 153,7
Uупр/WСпласт,% 0,88 2,3 4,5 6,7 8,99 11,24 13,49
Uупр/ Wобщ 0,86 2,2 4,3 6,3 8,2 10,1 11,9
Кзт при =5% 0,052 0,052 0,0535 0,055 0,056 0,057 0,058
WСпласт при =10%, МДж/м3 20,5 51,2 102,5 153,7 205 256,2 307,5
Uупр/WСпласт % 0,44 1,1 2,2 3,4 4,49 5,62 6,74
Uупр/ Wобщ, % 0,44 1,1 2,2 3,2 4,3 5,3 6,3
Кзт при =10% 0,1030 0,1036 0,1048 0,1059 0,1071 0,1082 0,1094

2.3. Фрактальная размерность D. Для расчета D выбрали карбиды наиболее неблагоприятной, неправильной формы и нанесли на фотографии сетки с размером квадратов r от 3х3 до 0,5х0,5 мм (рис. 4, а,б,в). Построена зависимость числа пересечений границ карбидов с сеткой – N от r в логарифмических координатах. Тангенс угла наклона отвечает D.

а) б) в) г) д)

Рис. 4. Граница карбидов (х1000) и нанесенная сетка с размером квадрата 3мм

Полученные значения фрактальной размерности границ у трех карбидов меньше 1,00 может означать погрешность в измерении и недостаточность увеличения микроструктуры. Значение фрактальной размерности у других карбидов изменяется от 1,014 до 1,025, что свидетельствует о слабой изрезанности границ при данных условиях исследования. В литературе рассчитана фрактальная размерность для форм (рис. 4, г, д) – 1,13 и 1,24 соответственно. Таким образом, карбид имеет сложную геометрическую форму и собственную фрактальную размерность границы, изменяющейся от 1 до 3. Чем больше D, тем больше долговечность сплава.

2.4. Концентрация карбидов. Увеличение концентрации повышает стойкость инструмента, но при этом снижает предельную деформацию.

2.5. Микронапряжения, определяемые рентгеновским методом, искажают кристаллическую решетку стали, снижая при этом предельную деформацию. Результаты измерения величины микронапряжений для стали S700, обработанной по разным режимам, представлены в табл. 2. Видно, что величина микронапряжений уменьшается при режимах ОИМП, соответствующих времени действия импульса 1 мин, 4 мин с частотой импульса 1 Гц.

2.6. Результаты измерений плотности стали S700 без ОИМП приведены в табл 2. Абсолютная случайная погрешность =0,027 г/см3, относительная погрешность измерений =0,32 %. Установлено, что стандартный режим отпуска уменьшает плотность на 0,4% по сравнению с плотностью в состоянии поставки, альтернативные режимы отпуска приводят к повышению плотности стали на ~ 0,9%, разрушение стали S700 после стандартного режима отпуска может быть связано с разрыхлением материала.

3. Внешние параметры.

3.1 В формуле коэффициент отражает форму зоны пластической деформации перед трещиной (выражается коэффициентами Лодэ); П=f (КF, Kпов, Кпер, К, К, Км), где КF, Kпов, Кпер – коэффициенты, отражающие напряженное состояние от сложности геометрии изделия; – коэффициент концентрации напряжений во впадине зуба протяжки; К - коэффициент концентрации напряженного состояния от динамической скорости; Км – коэффициент масштаба. Поскольку – функция вероятности, и известно, что вероятности умножаются, следовательно, показатели степени вероятности складываются.

3.2 Расчет показателя напряженного состояния стали Р6М5 производился по формуле

(9)

После подставления значений всех коэффициентов П=11,520,2. Для расчета рабочих напряжений в опасном сечении протяжки (на первом зубе) необходимо учитывать существование напряженного состояния в стали Р6М5

раб=(Рпр/F) П, (10)

где Рпр– усилие протягивания, Н; F– площадь поперечного сечения зуба протяжки, мм2.

4. Для оценки значимости внутренних и внешних факторов проведено три статистические обработки методом дисперсионного анализа на основе пассивного эксперимента, включающего расчеты предельной пластической деформации по формуле (7).

В качестве факторов использовались:

1) коэффициент сложности формы протяжки по соотношению площадей поверхности (фактор А) и коэффициент, отражающий перепад между максимальным и минимальным сечением в опасном месте протяжки (на первом зубе) KF (фактор В), входящие в величину ;

2) показатель напряженного состояния равный сумме – фактор А, входящий в величину и твердость (фактор В), входящая в величину ;

3) коэффициент сложности формы протяжки по соотношению периметров (фактор А) и коэффициент, отражающий перепад между максимальным и минимальным сечением в опасном месте протяжки (на первом зубе) KF (фактор В), входящие в величину .

В первом случае выявлена значимость обоих факторов и их взаимодействие, при этом наиболее влиятельным оказался фактор В (KF – перепад максимального и минимального сечения протяжки по первому зубу) со вкладом в общую дисперсию 6,14. Это справедливо отражает тот факт, что наиболее стойкими к разрушению оказываются протяжки больших размеров, у которых перепад между максимальным и минимальным сечением на первом зубе протяжки меньше, чем у протяжек меньших размеров.

Во втором случае – значимость только фактора А (показатель напряженного состояния) на величину предельной пластической деформации. Вклад в общую дисперсию составил 11,1.

В третьем случае – значимость всех факторов. Вклад фактора А в общую дисперсию составил 7,22; фактора В – 1,88, взаимодействие факторов А и В – 1,6.

5) Расчет предельной удельной энергии деформации и критерия зарождения трещин, служащих комплексными показателями структурно-энергетического состояния и работоспособности структуры производился по формулам

(11)

, (12)

где 0,2 и К – условный предел текучести и истинное сопротивление разрушению соответственно, для хрупких материалов () и – предельная деформация () или для пластичных материалов и .

6) Макроструктурным анализом изломов протяжек, образовавшихся при разрушении от перегрузки, либо от усталости после некоторого времени работы выявлены центры разрушения во впадине под зубом, в зонах концентраторах напряжений. Видны ручьистые узоры, исходящие из этого центра. Поверхности изломов имеют одинаковый гладкий характер, характерный для скола. Поверхность расположена на одной или нескольких плоскостях, между которыми есть переходные области скола. У всех протяжек разрушение имеет характер транскристаллитного скола с некоторыми различиями в зависимости от конструкции протяжек.





7) Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5 в отожженном состоянии состоит из сорбитообразного перлита и карбидов (рис 6, а). После закалки и трехкратного отпуска структура имеет мелкоигольчатый мартенсит отпуска, карбиды и аустенит остаточный (рис. 6, б, в). Анализ формы карбидов показал, что мелкие карбиды имеют округлую форму, которая наиболее благоприятна с точки зрения снижения концентрации напряжений, более крупные карбиды имеют неправильную вытянутую форму.

 а) б) в) Микроструктура-69

а) б) в)

Рис. 6. Микроструктура стали Р6М5 (х1000) а) – после отжига; б, в) – после закалки с 1220С и трехкратного отпуска при 560С

В пятой главе на основе установленных закономерностей поведения предельной деформации хрупких материалов в зависимости от внешних и внутренних факторов дан алгоритм анализа упрочняющих технологий. В качестве технологий взяты: импульсная переменно-градиентная кристаллизация; заливка жидкого металла в графитовый кокиль, подогретый до 300°С и с последующим его охлаждением в жидком азоте; термоциклирующая обработка (ТЦО); применение упрочняющих покрытий; вакуумная термическая обработка, обработка импульсным магнитным полем (ОИМП), применение порошковых инструментальных сталей. Данные технологии позволяют управлять макро- и микроструктурой, прочностными и эксплуатационными характеристиками, изменяя структурно-энергетические параметры стали, входящие в формулу расчета предельной деформации до разрушения.

Разработаны мероприятия по предотвращению разрушения быстрорежущих сталей. Следует:

1) Уменьшить перекосы и динамическую скорость нагружения протяжки.

2) Повысить пластичность стали при сохранении уровня твердости, чтобы напряжения от карбидов и от геометрии инструмента могли релаксировать. Это осуществимо за счет поиска и применения нового комбинированного режима термической обработки.

3) Выбрать оптимальную технологию термической обработки, обеспечивающую повышение пластичности, на основе уравнения связи предельной деформации до разрушения с внешними и внутренними факторами.

4) Для мелкоразмерного инструмента опробовать режим кратковременного высокотемпературного отпуска стали S700 с применением импульсно-магнитного поля, позволяющего снизить величину микронапряжений в закаленной стали и затраты на электроэнергию. Невозможность применения данного режима к крупногабаритному инструменту связана с тем, что диффузия углерода и легирующих элементов не успевает пройти за короткое время.

Табл. 2 Режимы термической обработки и обработки импульсным магнитным полем (ОИМП) стали S700

№ режима Режим термической обработки Режим ОИМП (время и частота) Микронапряжения , МПа Плотность, г/см3
Состояние поставки 8,2554
Закалка 1220°С Средняя из 3 испытаний 8,3449
1 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 3,91 Средняя из 9 испытаний 8,2223
1.1 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°по 1 ч 1 мин, 5Гц 9,42
1.2 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 4 мин, 5Гц 14,97
1.3 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 4 мин, 1Гц 1,74
1.4 Закалка 1220°С, 3-х кратный отпуск 550°С по 1 ч 1 мин, 1Гц 2,39
2 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 4,88 Средняя из 13 испытаний 8,3356
2.1 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 1 мин, 5Гц 4,56
2.2 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 4 мин, 5Гц 1,95
2.3 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 4 мин, 1Гц 1,74
2.4 Закалка 1220°С, 1-ый отпуск 400°С; 2,3-ий 560°С по 1 ч 1 мин, 1Гц 4,12
3 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 5,12 Средняя из 11 испытаний 8,3334
3.1 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 1 мин, 5Гц 6,51
3.2 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 4 мин, 5Гц 1,74
3.3 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 4 мин, 1Гц 4,12
3.4 Закалка 1220°С, 2-х кратный отпуск 600°С по 20 мин 1 мин, 1Гц 3,69


Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.