Определение статической трещиностойкости крупнозернистых и ультрамелкозернистых материалов по глубине пластической зоны под поверхностью изломов

Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, И.Н. Пигалева показать трудоустройства и электронную почту
Получена 19 августа 2020; Принята 14 октября 2020;
Цитирование: Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, И.Н. Пигалева. Определение статической трещиностойкости крупнозернистых и ультрамелкозернистых материалов по глубине пластической зоны под поверхностью изломов. Письма о материалах. 2021. Т.11. №1. С.45-49
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-1-45-49

Аннотация

Связь коэффициента n в уравнении hmax=1/nπ ((K1C (KC ))/σ0.2 )2 (где hmax – максимальная глубина пластической зоны под поверхностью излома) с критерием локального напряженного состояния hmax/t для КЗ и УМЗ материалов с ОЦК, ГЦК и ГПУ решеткой при испытании образцов на статическую трещиностойкостьВ практике диагностики аварийного разрушения конструкций или деталей машин бывают случаи, когда необходимы сведения о трещиностойкости (К1С или КС) материала изделия, размеры и конфигурация которого не позволяют изготовить образцы для испытания материала на К1С по ГОСТ 25.506-85. На примере большой группы материалов с ОЦК, ГЦК и ГПУ решеткой рассмотрена связь статической трещиностойкости (K1С или KС) материалов с пределом текучести, твердостью и относительным удлинением. Показано, что статическая трещиностойкость материалов как в крупнозернистом (КЗ) состоянии, так и в ультрамелкозернистом (УМЗ) состоянии неоднозначно связана с данными механическими характеристиками материалов. Следовательно, статическая трещиностойкость материалов не может быть определена путем расчета, основанного на вышеуказанных прочностных и пластических свойствах. В настоящей работе предложена методика оценки статической трещиностойкости КЗ и УМЗ материалов по максимальной глубине пластической зоны под поверхностью изломов (hmax) разрушенных образцов, конструкций или деталей машин. Для оценки статической трещиностойкости материалов по глубине пластической зоны предложено использовать уравнение, где коэффициент n характеризует локальное напряженное состояние материала у вершины трещины. Глубину пластических зон под поверхностью изломов определяли рентгеновским методом. Если разрушение произошло в условиях плоского напряженного состояния (ПН) или в переходной области от плоской деформации к плоскому напряженному состоянию (ПД←→ПН), то за hmax принимали глубину слабодеформированной макрозоны (hy). На примере большой группы материалов с ОЦК, ГЦК и ГПУ решеткой показана принципиальная возможность оценки статической трещиностойкости КЗ и УМЗ материалов с различным типом кристаллической решетки по глубине пластической зоны под поверхностью изломов.

Ссылки (21)

1. M. Srinivas, G. Malakondaiah, R. W. Armstrong, P. Rama Rao. Acta Metall. Mater. 39 (5), 807 (1991). Crossref
2. I. Sabirov, R.Z. Valiev, I.P. Semenova, R. Pippan. Metallurgical and materials transactions A. 41, 727 (2010). Crossref
3. C. F. Shih. J. Mech. Phys. Solids. 29 (4), 305 (1981). Crossref
4. M. Srinivas, G. Malakondaiah, P. RamaRao. Acta Metall. Mater. 41, 1301 (1993). 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. Strength and fracture mechanisms of bulk nanostructured metallic materials. 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. R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. USA, TMS, WILEY (2014) 440 p. Crossref
8. A. J. McEvily. Metal Failures: Mechanisms, Analysis, Prevention. New York, Wiley & Sons (2002) 324 р.
9. G. V. Klevtsov, L. R. Botvina, N. A. Klevtsova, L. V. Limar. Fractodiagnosis of the fracture of metallic materials and structures. 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.].
10. F. Wetscher, R. Stock, R. Pippan. Fracture Processes in Severe Plastic Deformed Rail Steels. Proceedings of the 16th European Conference on Fracture. Alexandropoulos, Greece (2006) р.1.
11. D. Taylor. Engineering Fracture Mechanics. 75, 1696 (2008). Crossref
12. K. Hellan. Introduction to Fracture Mechanics. Moscow, Mir (1988) 364 p. (in Russian) [K. Хеллан. Введение в механику разрушения. Москва, Мир (1988) 364 с.].
13. L. C. Moroz. Mechanics and physics of deformation and fracture. Leningrad, Mashinostroyeniye (1984) 224 p. (in Russian) [Л. С. Мороз. Механика и физика деформаций и разрушения. Ленинград, Машиностроение (1984) 224 с.].
14. G. V. Klevtsov, L. R. Botvina, N. A. Klevtsova, A. P. Fot. Metal Science and Heat Treatment. 52 (7), 396 (2010). Crossref
15. G. V. Klevtsov, R. Z. Valiev, N. A. Klevtsova, I. P. Semenova, I. N. Pigaleva, M. L. Linderov. Letters on Materials. 10 (1), 16 (2020). (in Russian) [Г. В. Клевцов, Р. З. Валиев, Н. А. Клевцова, И. П. Семенова, И. Н. Пигалева, М. Л. Линдеров. Письма о материалах. 10 (1), 16 (2020).]. Crossref
16. R 50-54-52/2-94. Calculations and strength tests. Method of X-ray structural analysis of fractures. Determination of the fracture characteristics of metallic materials by the X-ray method. Moscow, VNIINMASH Gosstandart of Russia (1994) 28 p. (in Russian) [Р 50-54-52/2-94. Расчеты и испытания на прочность. Метод рентгеноструктурного анализа изломов. Определение характеристик разрушения металлических материалов рентгеновским методом. Москва, ВНИИНМАШ Госстандарта России (1994) 28 с.].
17. A. Hohenwarter, R. Pippan. Acta Materialia. 61, 2973 (2013). Crossref
18. А. Hohenwarter, R. Pippan. Fracture toughness and fatigue crack propagation measurements in ultrafine grained iron and nickel. USA, TMS (2008) 183 p.
19. L. R. Botvina, M. I. Alymov, M. R. Tutin, T. B. Petersen, S. A. Tihomirov, N. A. Solovev. Russian Nanotechnologies. 2 (1-2), 106 (2007). (in Russian) [Л. Р. Ботвина, М. И. Алымов, М. Р. Тютин, Т. Б. Петерсен, С. А. Тихомиров, Н. А. Соловьев. Российские нанотехнологии. 2 (1-2), 106 (2007).].
20. G. V. Klevtsov. Factory laboratory. 57 (3), 32 (1991). (in Russian) [Г. В. Клевцов. Заводская лаборатория, 57 (3), 32 (1991).].
21. T. Hanamura, F. Yin, K. Nagai. ISIJ Int. 44, 610 (2004). Crossref

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований - 18-08-00340_a