Локальное напряженное состояние материалов с ГПУ решеткой и пластические зоны под поверхностью изломов

Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, И.П. Семенова, И.Н. Пигалева, М.Л. Линдеров показать трудоустройства и электронную почту
Получена 19 мая 2019; Принята 18 июля 2019;
Цитирование: Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, И.П. Семенова, И.Н. Пигалева, М.Л. Линдеров. Локальное напряженное состояние материалов с ГПУ решеткой и пластические зоны под поверхностью изломов. Письма о материалах. 2020. Т.10. №1. С.16-21
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-1-16-21

Аннотация

Связь критериев t/(K1C/σ0.2)2 и hmax/t для материалов с ОЦК решеткой (темные точки), ГЦК решеткой (светлые точки) и ГПУ решеткой (комбинированные точки) в КЗ состоянии (1-4, 7-9, 11, 14) и в УМЗ состоянии (5, 6, 10, 12, 13, 15). Вертикальная линия соответствует критерию t/(K1C/σ0,2)2 ≥ 2,5. 1 – С20; 2 – С40; 3 – Fe-0.15C-2Cr-1Mo-1V; 4 – 9MnSi5; 5 – С45 (РКУП); 6 – 9MnSi5 (РКУП); 7 – ENAW-2024; 8 – Fe-0.03C-13Cr-0.1N-19Mn; 9 – ENAW-2618A; 10 – ENAW-2618A (РКУП); 11 – Ti-6Al-4V; 12 – Ti-6Al-4V (РКУП); 13 – Ti-6Al-4V (РКУП + ИЗТО); 14 – Ti-6Al-4Mo; 15 – Ti-6Al-4Mo (РК)Работа посвящена установлению связи критериев оценки локального напряженного состояния hmax / t (где hmax — максимальная глубина пластической зоны под поверхностью излома, t — толщина образца или детали) и критерия механики разрушения t / (K1C / σ0.2)2 для материалов с ГПУ решеткой. Исследовали титановые сплавы Ti-6Al-4Mo и Ti-6Al-4V в исходном крупнозернистом (КЗ) и в ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях. УМЗ состояние сплава Ti-6Al-4Mo было получено путем ротационной ковки (РК); сплава Ti-6Al-4V — путем равноканального углового прессования (РКУП) и путем РКУП + изотермическая осадка (ИЗТО). Испытание сплавов на статическую трещиностойкость (К1С) проводили на призматических образцах толщиной 10 мм по схеме трехточечного изгиба в среде жидкого азота (−196°С). Глубину зон пластической деформации под поверхностью изломов определяли рентгеновским методом. Результаты испытаний показали, что УМЗ сплавы обладают более низким значением К1С, чем сплавы в КЗ состоянии. Cогласно критерию t / (K1C / σ0.2)2 > 2.5, разрушение всех образцов произошло в условиях плоской деформации (ПД). Однако, cогласно критерию hmax / t < 10−2, в условиях ПД разрушились только образцы с УМЗ структурой. Анализ графической зависимости, отражающей связь критериев t / (K1C / σ0.2)2 и hmax / t для титановых сплавов Ti-6Al-4Mo и Ti-6Al-4V показал, что для материалов с ГПУ решеткой условие ПД можно записать в виде t / (K1С / σ0.2)2 ≥10.

Ссылки (20)

1. K. Hellan. Vvedeniye v mekhaniku razrusheniya. Moscow, Mir (1988) 364 p. (in Russian) [K. Хеллан. Введение в механику разрушения. Москва. Мир (1988). 364 с].
2. V. Z. Parton, E. M. Morozov. Mekhanika uprugoplasticheskogo razrusheniya. Moscow, Nauka (1985) 504 p. (in Russian) [В. З. Партон, Е. М. Морозов. Механика упругопластического разрушения. Москва. Наука (1985) 504 с.].
3. A. Hohenwarter, R. Pippan. Acta Materialia. 61, 2973 (2013). Crossref
4. I. Sabirov, R. Z. Valiev, I. P. Semenova, R. Pippan. Metallurgical and materials transactions. 41A, 727 (2010). Crossref
5. R. Boyer, G. Welsch, E. W. Collings. Materials Properties Handbook: Titanium Alloys. USA, ASM Internationa (1998) 1048 p.
6. G. V. Klevtsov, E. V. Bobruk, I. P. Semenova, N. A. Klevtsova, R. Z. Valiev. Prochnost' i mekhanizmy razrusheniya ob"yemnykh nanostrukturirovannykh metallicheskikh materialov. Ufa, UGATU (2016) 240 p. (in Russian) [Г. В. Клевцов, Е. В. Бобрук, И. П. Семенова, Н. А. Клевцова, Р. З. Валиев. Прочность и механизмы разрушения объемных наноструктурированных металлических материалов. Уфа, УГАТУ (2016) 240 с.].
7. A. J. McEvily. Metal Failures: Mechanisms, Analysis, Prevention. New York, Wiley & Sons (2002) 324 р.
8. G. V. Klevtsov, L. R. Botvina, N. A. Klevtsova, L. V. Limar. Fraktodiagnostika razrusheniya metallicheskikh materialov i konstruktsiy. Moscow, MISiS (2007) 264 p. (in Russian) [Г. В. Клевцов, Л. Р. Ботвина, Н. А. Клевцова, Л. В. Лимарь. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций. Москва, МИСиС (2007) 264 с.].
9. L. C. Moroz. Mekhanika i fizika deformatsiy i razrusheniya. Leningrad, Engineering (1984) 224 p. (in Russian) [Л. С. Мороз. Механика и физика деформаций и разрушения. Ленинград, Машиностроение (1984) 224 с.].
10. V. I. Vladimirov. Fizicheskaya priroda razrusheniya materialov. Moscow, Metallurgy (1984) 280 p. (in Russian) [В. И. Владимиров. Физическая природа разрушения материалов. Москва, Металлургия (1984) 280 с.].
11. L. R. Botvina, N. A. Klevtsova, A. P. Fot. Metal Science and Heat Treatment. 52 (7), 396 (2010).
12. G. V. Klevtsov, L. R. Botvina, N. A. Klevtsova. ISIJ International. 36 (2), 222 (1996). Crossref
13. N. A. Klevtsova, O. A. Frolova, G. V. Klevtsov. Razrusheniye austenitnykh staley i martensitnyye prevrashcheniya v plasticheskikh zonakh. Moscow, AE (2005) 155 p. (in Russian) [Н. А. Клевцова, О. А. Фролова, Г. В. Клевцов. Разрушение аустенитных сталей и мартенситные превращения в пластических зонах. Москва, АЕ (2005) 155 с.].
14. G. V. Klevtsov, L. R. Botvina, N. A. Klevtsova. ISIJ International. 36 (2), 215 (1996). Crossref
15. G. V. Klevtsov, N. A. Klevtsova, R. Z. Valiev, I. N. Pigaleva, O. A. Frolova. Bulletin of the Tambov University. Series: Natural and Technical Sciences. 21 (3), 772 (2016) (in Russian) [Г. В. Клевцов, Н. А. Клевцова, Р. З. Валиев, И. Н. Пигалева, О. А. Фролова. Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 21 (3), 772 (2016).]. Crossref
16. G. Klevtsov, N. Klevtsova, R. Valiev, I. Pigaleva In: The International science and technical congress on Aerospace materials plastic deformation processes. Science, technology, industry (Ed. by A. M. Shterenberg). Samara, SSAU (2017) pp. 81 - 84.
17. ASM Handbook, Metalworking: Bulk Forming (Ed. by S. L. Semiatin). ASM International®. 14A (2005) pp. 179 - 182. Crossref
18. R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. TMS, WILEY (2014) 440 p. Crossref
19. Y. Estrin, A. Vinogradov. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science. Acta Materialia. 61, 782 (2013).
20. R. Z. Valiev, G. V. Klevtsov, I. P. Semenova, N. A. Klevtsova, D. V. Gunderov, M. V. Fesenuk, M. R. Kashapov. Deformatsiya i Razrushenie materialov. 11, 32 (2012). (in Russian) [Р. З. Валиев, Г. В. Клевцов, И. П. Семенова, Н. А. Клевцова, Д. В. Гундеров, М. В. Фесенюк, М. Р. Кашапов. Деформация и разрушение материалов. 11, 32 (2012).].

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований - проект 18-08-00340_ а