Малинов Л.С., Малинов В.Л. Ресурсосберегающие экономнолегированные сплавы и упрочняющие технологии, обеспечивающие эффект самозакалки

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Л.С. МАЛИНОВ, В.Л. МАЛИНОВ

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫЕ СПЛАВЫ

И УПРОЧНЯЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ

ЭФФЕКТ САМОЗАКАЛКИ

МАРИПОЛЬ

2009

УДК 669.15-194:621.785

ББК 34.55+34.52:34.651

Л.С. Малинов, В.Л. Малинов. Ресурсосберегающие экономнолегированные сплавы и упрочняющие

технологии, обеспечивающие эффект самозакалки. -Мариуполь: ПГТУ, 2009. – 265 стр.

Показано, что одним из перспективных направлений ресурсосбережения является создание и

широкое внедрение в производство экономнолегированных сплавов и упрочняющих технологий,

обеспечивающих эффект самозакалки при охлаждении и нагружении. Последнее позволяет материалам

адаптироваться к внешним нагрузкам и существенно повышать свои свойства и, соответственно,

сопротивление разрушению при эксплуатации

Приведены данные о фазовых и структурных превращениях в экономнолегированных сплавах, одной

из основных структурных составляющих которых является метастабильный аустенит, претерпевающий

мартенситные превращения при охлаждении и/или нагружении в процессе испытаний механических

свойств или эксплуатации (эффект самозакалки). Сформулированы научные положения, на основе

которых разработаны экономнолегированные стали, чугуны и наплавочные материалы многоцелевого

назначения, обладающие хорошим сочетанием механических, служебных и технологических свойств.

Приведены разнообразные упрочняющие технологии, позволяющие в сплавах с учётом их

химического состава и условий нагружения получать различное количество метастабильного аустенита,

управлять структурой и мартенситными превращениями, и за счет их оптимизации существенно

повышать свойства сплавов, широко применяемых в промышленности.

Монография рассчитана на научных и инженерно-технических работников, студентов, магистров,

аспирантов и докторантов высших учебных заведений.

Рис. 165 , табл. 101 , список лит. – 428 назв.

Рецензенты:

проректор по учебной работе Запорожского, заведующий кафедрой «Физическое материаловедение»,

доктор технических наук, профессор А.Д. Коваль

и профессор кафедры «Физическое материаловедение» Донецкого национального технического

университета доктор технических. наук В.И. Алимов

Утверждено к печати Ученым советом Приазовского государственного технического

университета

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень условных обозначений …………………………………………………………………………..

Введение …………………………………………………………………………………………………….

Глава 1. Теоретические основы разработки ресурсосберегающих экономнолегированных сплавов

многоцелевого назначения и упрочняющих технологий с использованием принципа

получения в структуре метастабильного аустенита и управления мартенситными

превращениями ..………………………………………………………………………………….

1.1. Механизмы упрочнения ……………………………………………………………………..

1.2. Факторы, обусловливающие сопротивление сталей хрупкому разрушению ……………

1.3. Выбор структуры и системы легирования экономичных сплавов многоцелевого

назначения ………………………………………………………………………………………

1.4. Управление мартенситными превращениями, реализующимися при охлаждении и

нагружении за счет обработок ………………………………………………………………

Глава 2. Малоникелевые и безникелевые стали с мартенситным превращением при охлаждении ….

2.1. Влияние легирования на структуру и свойства экономнолегированных МСС и НМС …

2.2. Мартенситное превращение в малоникелевых МСС ……………………………………...

2.3. Строение мартенсита в малоникелевых МСС ……………………………………………...

2.4. Влияние режима закалки на механические свойства сталей 04Х2Н5МФЮ1 и

04Х2Н5МФД1Ю1 ……………………………………………………………………………

2.5. Изменение структуры и свойств малоникелевых МСС при старении .…………………..

2.6. Влияние пластической деформации на кинетику старения и свойства малоникелевой

МСС ………………………………………………………………………………………......

2.7. Химико-термическая обработка малоникелевых МСС…………………………………….

2.8. Нержавеющие экономнолегированные MCC ………………………………………………

2.9. Малоуглеродистые дисперсионнотвердеющие стали ……………………………………..

Глава 3. Марганцевые стали с мартенситными превращениями при охлаждении и/или деформации.

Их фазовый состав, структура и свойства ………………………………………………………

3.1. Влияние химического состава ………………………………………………………………

3.2. Влияние термообработки ……………………………………………………………………

3.3. Влияние пластической деформации ………………………………………………………..

3.3.1. Холодная пластическая деформация ………………………………………………...

3.3.2. Деформация при повышенных температурах, не превышающих начало ε → γ

превращения при нагреве …………………………………………………………….

3.3.3. Деформация при температурах, превышающих интервал ε → γ превращения …...

3.4. Влияние комбинированных обработок ……………………………………………………..

3.4.1. Обработки, включающие пластическую деформацию при различных

температурах, и отпуск ………………………………………………………..……..

3.4.2. Получение макроскопических градиентов структурно-фазового состояния в

марганцевых сталях за счет дифференцированных обработок …………………...

Глава 4. Хромомарганцевые стали с мартенситными превращениями при охлаждении и/или

деформации. Их фазовый состав, структура и свойства ………………………………………

4.1. Влияние химического состава ………………………………………………………………

4.2. Влияние термообработки ……………………………………………………………………

4.3. Влияние предварительной пластической деформации ……………………………………

4.3.1. Влияние холодной пластической деформации ……………………………………...

4.3.2. Влияние деформации при повышенных температурах ……………………………..

4.4. Влияние комбинированных обработок ..……………………………………………………

Глава 5. Служебные свойства экономнолегированных сталей с мартенситными превращениями

при охлаждении и/или деформации ……………………………………………………………..

5.1. Влияние химического состава и обработок на кавитационную стойкость

экономнолегированных сталей ……………………………………………………………...

5.1.1. Кавитационная стойкость низкоуглеродистых сталей с метастабильным

аустенитом …………………………………………………………………………….

5.1.2. Кавитационная стойкость мартенситностареющих сталей ………………………...

5.2. Износостойкость при сухом трении и другие служебные характеристики

экономнолегированных сталей ……………………………………………………………...

103

106

113

117

122

131

139

141

143

147

148

158

161

5.2.1. Малоникелевые и безникелевые стали мартенситного класса ……………………..

5.2.2. Малоуглеродистые марганцевые стали мартенситно-аустенитного и

аустенитного классов…………………………………………………………………

5.2.3. Высокоуглеродистые марганцевые стали мартенситно-аустенитного и

аустенитного классов ………………………………………………………………...

5.2.4. Малоуглеродистые хромомарганцевые стали переходного и аустенитного

классов .………………………………………………………………………..............

5.2.5. Роль метастабильного остаточного аустенита в износостойкости при сухом

трении ряда применяемых в промышленности сталей и высокопрочного чугуна

5.3. Износостойкость марганцевых и хромомарганцевых сталей при абразивном

воздействии ……………………………………………………………...…...........…

5.3.1. Сопротивление гидроабразивному износу …………………………………………..

5.3.2. Сопротивление газоабразивному износу …………………………………………….

5.3.3. Абразивная и ударно-абразивная износостойкость экономнолегированных

сталей, чугунов и наплавленного металла с метастабильным аустенитом …..…..

5.3.4. Повышение механических свойств применяемых в промышленности сталей и

высокопрочного чугуна за счет получения в их структуре метастабильного

аустенита ...……………………………………………………………………………

5.3.5. Создание регулярной макронеоднородной структуры в сплавах различного

назначения …………………………………………………………………………….

5.3.6. Получение в сплавах различных структурных классов остаточного аустенита за

счет использования источников концентрированной энергии …..………………..

5.3.7. Комбинированные обработки низколегированных сталей для повышения их

свойств …………………………………………………………………………………

Заключение ………………………………………………………………………………………………….

Литература ………………………………………………………………………………………………...

161

165

172

176

181

185

189

191

210

230

241

243

246

250

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ГЦК – гранецентрированная кубическая решетка;

ГПУ – гексагональная плотноупакованная решетка;

ОЦК – объемноцентрированная кубическая решетка;

ЭДУ – энергия дефектов упаковки;

α – феррит;

α′ – мартенсит охлаждения;

α″ – мартенсит деформации;

∆α″ – прирост мартенсита деформации;

γ – аустенит;

ост

– остаточный аустенит;

вт

– вторичный аустенит;

ε-фаза, или ε-мартенсит с кристаллической решеткой ГПУ;

К – карбид;

– степень деформации;

– относительная износостойкость;

МКД – мартенситная кривая деформации;

РЗМ – редкоземельные металлы;

РМП – регулирование мартенситных превращений;

ТВЧ – токи высокой частоты;

ИКЭ – источники концентрированной энергии;

МСС – мартенситностареющие стали;

ДТС – дисперсионнотвердеющие стали;

НМС – низкоуглеродистые мартенситные стали;

ПНП – пластичность, наведенная превращением;

ТЦО – термоциклическая обработка;

ХТО – химико-термическая обработка;

ТМО – термомеханическая обработка;

ХПД – холодная пластическая деформация;

ТПД – теплая пластическая деформация;

МТМО – механико-термомеханическая обработка;

– температура начала мартенситного превращения при охлаждении;

– температура окончания мартенситного превращения при охлаждении;

– температура, выше которой деформация не вызывает образования мартенсита;

– температура начала обратных превращений при нагреве;

– температура начала обратных превращений при деформации;

– температура завершения обратных превращений;

ДУ – деформационное упрочнение;

МКИ – межкритический интервал;

ПКИ – подкритический интервал;

0,2

– предел текучести;

– временное сопротивление;

δ – относительное удлинение;

ψ – относительное поперечное сужение;

0,3

– предел текучести при кручении;

ПЧ

– предел прочности при кручении;

g – относительный сдвиг;

КР

– крутящий момент;

ϕ – угол закручивания;

КСU – ударная вязкость с U-образным надрезом;

КС – ударная вязкость образцов без надреза;

– коэффициент динамичности;

∆Р – потеря массы;

– скорость коррозии.

Профессору Богачеву Ивану

Николаевичу посвящается

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшей задачей на современном этапе является ресурсосбережение за счет снижения

металлоемкости и повышения надежности машин и агрегатов. Во многих случаях это решается за счет

создания и внедрения в производство сплавов, обладающих высоким комплексом механических,

служебных и технологических свойств. При этом используются такие дорогие легирующие элементы как

никель, кобальт, вольфрам и др. Однако с каждым годом ощущается все больший дефицит этих

элементов и, кроме того, растет их стоимость. Соответственно необходим поиск новых

экономнолегированных материалов и способов повышения их свойств. Наиболее высокий уровень

прочности в сплавах на железной основе может быть получен при использовании мартенситных

превращений, протекающих при охлаждении на воздухе и/или нагружении (эффект самозакалки).

Исследованиями, проведенными в разных странах, созданы теоретические представления о

механизме и кинетике мартенситных превращений. Существенный научный вклад в решение этих

вопросов внесли работы Г.В. Курдюмова и его школы, М. Коэна и др. Большое внимание уделяется в

настоящее время изучению мартенситных превращений в Fе–Мn и Fe–Сr–Мn сталях, в которых

образуются различные мартенситные фазы (α′, α″, ε, ε′), что предопределяет широкие возможности в

получении разнообразных свойств. Важную роль в изучении фазовых превращений в этих сталях

сыграли работы И.Н. Богачева, В.Д. Садовского, А.П. Гуляева, Ф.Н. Тавадзе, Л.И. Лысака,

Б.И. Николина, В.Ф. Еголаева, Г. Шумана, М.А. Филиппова, Т.Д. Эйсмондт, А.А. Рудакова,

Л.Г. Коршунова, Ю.Р. и М.Р. Немировских, М.С. Хадыева, О.А. Банных, К.А. Малышева, В.В. Сагарадзе,

А.И. Уварова, Л.Г. Журавлева, О.П. Максимовой, Л.М. Утевского, И.Я. Георгиевой, Ю.Г. Вираховского,

О.Г. Соколова, Ю.Н. Петрова, С.И. Штремеля, Т.Ф. Волыновой. В настоящее время в практику все шире

внедряется термомеханическая обработка, в том числе сталей с мартенситными превращениями. Её

теоретические основы заложены работами, выполненными коллективами, возглавлявшимися

В.Д. Садовским и М.Л. Бернштейном, К.Ф. Стародубовым. Предложенное последним термоупрочнение с

прокатного нагрева все шире используется с целью энергосбережения и активно развивается его

последователями В.И. Большаковым, Л.Н. Дейнеко и др. Важную роль в теоретическом и практическом

отношении сыграли работы С.С. Дьяченко по изучению метастабильного аустенита, образующегося

выше Ас

, являющиеся основой обработок, предусматривающих нагрев в межкритический интервал

температур. Получение метастабильного аустенита для повышения износостойкости использовалось

А.Г. Шулепниковой, Г.И. Иванцовым, В.М. Гутерман, М.М. Тененбаумом, В.С. Поповым, Н.Н. и

М.Н. Брыковыми, Н.С. Дмитриенко, А.Л. Геллером, И.И. Цыпиным, В.И. Тихоновичем и др.

Исключительно перспективными классами высокопрочных материалов явились

мартенситностареющие и метастабильные аустенитные стали. В первых мартенситное превращение

протекает при охлаждении на воздухе, а во вторых – при деформации. Большой вклад в изучение

мартенситностареющих сталей внесли работы М.Д. Перкаса, В.М. Кардонского, И.Н. Богачева,

Я.М. Потака, Р.И. Энтина, М.Н. Бодяко, С.А. Астапчика, Г.Б. Ярошевича, А.Д. Леонова, С.Р. Бирмана. Из

зарубежных исследователей необходимо отметить С. Флорина, Р.Ф. Деккера и др.

И.Н. Богачевым и Р.И. Минцем еще в 50-х годах прошлого века был предложен и реализован

новый принцип, согласно которому для получения высокого уровня свойств сталей мартенситные

превращения должны протекать при нагружении в процессе испытаний механических свойств или

эксплуатации. Позднее американскими учеными В.Ф. Закеем и Е.Р. Паркером этот принцип был

использован при разработке высокопрочных ПНП–сталей, содержащих большое количество никеля и

молибдена. В них после специальной обработки удается получить уникальное сочетание прочности и

пластичности. К сожалению, им приписывают авторство предложенного ранее российскими учеными

принципа, хотя их работы были опубликованы на 10 лет позднее. Из-за высокой стоимости

мартенситностареющие и многие метастабильные аустенитные стали, содержащие в большом

количестве никель и другие дорогие элементы, не получили широкого применения в промышленности.

В работах, обобщенных в настоящей монографии, изучено влияние легирования и обработок на

фазовый состав, структуру, развитие мартенситных превращений в экономнолегированных сплавах, а

также их механические и служебные свойства. На этой основе разработаны стали различного

назначения, износостойкие чугуны и наплавочные материалы, не содержащие дорогих элементов или

имеющие их в значительно меньших количествах, чем известные, а также упрочняющие технологии,

позволяющие существенно повышать свойства не только новых, но и широко применяемых материалов.

Особенностью разрабатываемых сплавов является то, что в них в качестве одного из основных

легирующих элементов использован марганец, залежами руд которого богата Украина.

На основании выполненных работ предложено и развивается перспективное научное направление,

заключающееся в том, что разработка ресурсосберегающих экономнолегированных сплавов и

упрочняющих технологий основывается на получении многофазных структур, одной из основных

составляющих которых является метастабильный аустенит. Важным является управление их

количественным соотношением, а также мартенситными превращениями с целью их оптимизации с

учетом исходных химического и фазового составов, требований к свойствам сплавов, применительно к

конкретным условиям нагружения при испытаниях свойств или эксплуатации. Обоснован выбор

основных структурных классов, на базе которых следует создавать экономнолегированные сплавы

многоцелевого назначения. Предложено при их разработке использовать такие недефицитные

легирующие элементы, как марганец, хром, кремний, азот, ванадий, алюминий. Высокий уровень

получаемых свойств обусловлен тем, что мартенситные превращения, протекающие при охлаждении

и/или нагружении, являются не только механизмом упрочнения, но и релаксации микронапряжений. В

зависимости от того, какой из них получает превалирующее развитие в конкретных условиях

нагружения, может иметь место увеличение прочности, пластичности или того и другого одновременно.

На развитие мартенситных превращений затрачивается значительная часть энергии внешнего

воздействия и соответственно меньшая ее доля идет на разрушение.

Систематизированы различные случаи кинетики мартенситных превращений при нагружении,

характеризуемых МКД, показана их важная роль при статическом нагружении, а также сопротивлении

разрушению при кавитационном воздействии и изнашивании. Установлены факторы, позволяющие

управлять ими и соответственно свойствами. Показано, что наряду с мартенситными превращениями

необходимо использовать различные известные механизмы упрочнения и сопротивления хрупкому

разрушению, в том числе реализующиеся в процессе самого нагружения.

В литературе существуют неоднозначные мнения относительно влияния остаточного аустенита на

механические свойства и износостойкость сплавов. В данной монографии показано, что он существенно

их повышает при его оптимальном количестве, характере распределения в структуре и степени

стабильности применительно к конкретным условиям нагружения. С учетом этого разработаны

упрочняющие технологии, позволяющие повысить механические и служебные свойства как

разработанных, так и широко применяемых в промышленности сталей и чугунов.

Показана эффективность использования принципа создания естественноармированных

материалов за счет получения регулярных макроскопических градиентов структурно-фазового состояния

сплавов методами дифференцированной обработки. Это позволяет иметь чередующиеся твердые и

пластичные структуры, повышающие или создающие новые свойства материалов, .

Значительный вклад в разработку экономнолегированных сталей, чугунов и упрочняющих

технологий, рассмотренных в монографии, внесли К.Н. Соколов, Т.Д. Эйсмондт, Т.М. Маслакова,

В.А. Стрижак, А.П. Чейлях, В.И. Коноп-Ляшко, И.К. Коротич, Е.Я. Харланова, А.Б. Гоголь,

Н.М. Никопорец, Е.Л. Малинова, И.Е. Малышева, а наплавочных материалов – М.И. Разиков,

А.В. Пряхин, В.П. Гусев, В.А. Муратов, В.И. Коноп-Ляшко, Е.Я. Харланова, И.К. Коротич,

А.В. Зареченский, А.А. Колечко, Н.А. Шепель, Л.К. Лещинский, С.В. Гулаков, Б.И. Носовский,

Ю.В. Белоусов, А.В. Ковальчук, К.К. Степнов, А.И. Олдаковский.

Авторы благодарят сотрудников предприятий, участвовавших во внедрении разработок, а также

выражают глубокую признательность проректору по учебной работе Запорожского национального

технического университета, заведующему кафедрой «Физическое материаловедение», доктору

технических наук, профессору А.Д. Ковалю и профессору кафедры «Физическое материаловедение»

Донецкого национального технического университета доктору технических. наук В.И. Алимову за

рецензирование данной работы, замечания и полезные советы, которые были учтены.

ГЛАВА 1

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ЭКОНОМНОЛЕГИРОВАННЫХ

СПЛАВОВ МНОГОЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ И УПРОЧНЯЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИНЦИПА ПОЛУЧЕНИЯ В СТРУКТУРЕ

МЕТАСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА И УПРАВЛЕНИЯ

МАРТЕНСИТНЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ

В настоящей главе дано теоретическое обоснование разработки высокопрочных

экономнолегированных сталей и сплавов, а также упрочняющих технологий с использованием принципа

получения энергоемких структур и управления мартенситными превращениями. В основу этого

положены современные представления о механизмах упрочнения металлов и факторах,

обусловливающих сопротивление хрупкому разрушению [1, 2], а также результаты исследований данной

работы по влиянию на свойства сплавов мартенситных превращений, которыми можно управлять за счет

легирования и различных воздействий.

1.1. Механизмы упрочнения

К факторам, обусловливающим величину предела текучести

(

)

, относятся: сопротивление

трению кристаллической решетки

(

)

и приращение предела текучести за счет образования твердых

растворов

(

)

∆

, наличия границ зерен

(

)

∆

и субзерен

(

)

∆

, дислокаций

(

)

∆

, дефектов

упаковки

(

)

УД .

∆

, образования дисперсных частиц

(

)

ЧД .

∆

[1, 2], мартенсита

(

)

∆

, двойников

(

)

ДВ

∆

. Многие из этих факторов реализуются как при легировании и обработках, так и в процессе

нагружения при испытании механических свойств или эксплуатации. В общем виде величина предела

текучести с учетом перечисленных выше факторов может быть записана следующим образом:

ДВMЧДУДДСЗTРT

∆

..0

(1.1)

Для оценки влияния твердорастворного упрочнения [1, 2] обычно пользуются формулой:

iTР

∑

=σ (1.2)

где

K - коэффициент упрочнения при легировании каким-либо элементом в количестве 1 % (по массе);

C - концентрация растворенного элемента.

Исключительно важным фактором упрочнения сталей является измельчение зерна. Зависимость

предела текучести от его размера выражается уравнением Холла-Петча [1]:

2/1

−

+= dK

σσ (1.3)

где

- предел текучести;

- напряжение трения при движении дислокаций;

K - коэффициент

блокировки дислокации;

- диаметр зерна.

Образование субзерен можно рассматривать как измельчение зерна [3]. Субзерна имеют

малоугловые дислокационные границы. Они оказывают дополнительное сопротивление перемещению

дислокаций. Субзеренное упрочнение определяется из уравнения:

1−

=∆ lK

σ (1.4)

где

K - коэффициент блокировки дислокаций границами субзерен;

- размер субзерен.

Важную роль в упрочнении сталей и сплавов играет повышение плотности дислокаций [1-3].

Приращение предела текучести за счет этого определяется по формуле:

2/1

ρασ mGb

=∆ (1.5)

где

- коэффициент;

- ориентационный множитель;

∼ 0,5;

- модуль сдвига (

84000 МПа);

- вектор Бюргерса (

= 0,25 нм);

- плотность дислокаций. При

= 10

-10

см

−2

∆

может не учитываться, но при

≥ 10

-10

см

−2

величина

∆

обязательно принимается во

внимание.

Значительный вклад в упрочнение сталей и сплавов могут вносить частицы выделившихся фаз. Для

определения этого может быть использован механизм Орована [2, 3], и расчет проводится по

следующему уравнению:

(

)

(

)

,2/ln2/85,0

bФGbm

ЧД

πλ

∆

(1.6)

где

ЧД .

∆

- прирост предела текучести в результате упрочнения дисперсными частицами;

–

коэффициент (для α-железа

= 2,75);

- то же, что и в уравнении (1.5);

- среднее расстояние

между центрами частиц;

- коэффициент, характеризующий тип взаимодействующих с частицами

дислокаций (для стали

= 1,25).

Межчастичное расстояние

определяют по формуле:

(

)

,6/

2/1

fD πλ = (1.7)

где

- средний диаметр частиц;

- их объемная доля.

После некоторого преобразования уравнения (1.6) и подстановки в него значений коэффициентов, а

также

= 84000 МПа,

= 0,25 нм, получается уравнение:

.5,1ln1013

2/1













⋅=∆

ЧД

σ (1.8)

При обходе дислокациями частиц фаз выделения пластическая деформация более равномерна, чем в

случае их перерезания. Наилучшее сочетание прочности и вязкости сталей достигается, когда частицы не

когерентны с матрицей, т.е. когда прошел процесс перестаривания. К сожалению, еще редко учитывается

вклад в упрочнение мартенситных превращений и двойникования.

1.2. Факторы, обусловливающие сопротивление сталей хрупкому разрушению

Задача создания высокопрочных сталей предполагает использование не только различных

механизмов упрочнения, но и сопротивления хрупкому разрушению. Условие перехода от вязкого или

вязко-хрупкого разрушения [2, 4] поликристаллического материала к полностью хрупкому может быть

найдено из следующего соотношения:

(

)

2/1

γβσ GKKd

yyi

≤+ (1.9)

где

- напряжение трения;

- диаметр зерна;

K - коэффициент блокировки;

- коэффициент,

учитывающий влияние жесткости напряженного состояния;

- эффективная поверхностная энергия.

Переход от вязкого разрушении к хрупкому наблюдается тогда, когда левая часть уравнения (1.9)

становится больше его правой части. Отсюда следует, что измельчение зерна или образование

субзеренной структуры увеличивает запас вязкости металла [2, 4]. В этом же направлении действуют

уменьшение

K , увеличение

. Процесс разрушения состоит из нескольких

последовательных стадий: зарождение микротрещин и их рост, а для хрупкого разрушения - подрастание

трещин до критической величины и закритическая стадия их нестабильного роста [5]. Образование

трещин является механизмом релаксации микронапряжений. Разрушение считается хрупким, если для

его протекания и завершения достаточно упругой энергии разрушаемой конструкции. Вязкое

разрушение отличается от хрупкого тем, что для роста трещины необходим подвод энергии извне, т.е.

требуется непрерывное повышение действующего напряжения. С точки зрения повышения надежности

стали в работе необходимо исключить или существенно ослабить условия для протекания хрупкого

разрушения. Наиболее часто трещины возникают у вершины скопления дислокаций вблизи каких-либо

барьеров: включений, избыточных фаз, границ зерен, двойников, сидячих дислокаций и т.д. [5].

Зарождение трещин может происходить и без дислокационных скоплений. Так в металлах с решеткой

ГПУ наблюдается их возникновение в результате разрыва малоугловой границы при пластической

деформации. Часто зарождение трещин происходит в местах встречи двойника деформации с каким-

либо прочным барьером, например, границей зерна или другим двойником.

Условие зарождения трещин в результате слияния дислокаций, согласно работе [6], выражается

следующим соотношением:

γπ

= (1.10)

где

- число дислокаций в скоплении;

- поверхностная энергия;

- касательное напряжение,

действующее на дислокационное скопление;

- вектор Бюргерса.

Вторая стадия разрушения - развитие трещины - является решающей. Условие этого выражается

критерием Грифитса [5]:

2/1













σ (1.11)

где

- напряжение, необходимое для продвижения трещины критической длины

;

– модуль

нормальной упругости;

- истинная удельная поверхностная энергия.

Применительно к металлам, в которых полностью хрупкое разрушение не возможно, критерий

Грифитса несколько видоизменен [5], а именно:

(

)

2/1













γγ

(1.12)