Деформационном упрочнении

Тонкие структурные изменения, происходящие при коррозионной усталости, являются следствием механохимических процессов, имеющих автокаталитический характер: деформационное упрочнение поверхности металла, повышая его химический потенциал, приводит к ускоренному механохимическому растворению запирающего слоя, то есть к стимуляции хемомеханического эффекта. Последний, в свою очередь, за счет пластифицирующего действия способствует более энергичному деформационному упрочнению поверхностных слоев металла и последующему еще более ускоренному механохимическому их растворению и повторению описанного цикла. Уровень микроискажений кристаллической решетки при этом колеблется по амплитуде более интенсивно, чем на воздухе, вызывая ускоренное коррозионно-усталостное разрушение. Коррозионно-усталостная долговечность в итоге оказывается примерно в 2 раза меньше, чем долговечность на воздухе. Наблюдается аналогичная зависимость и микротвердости от числа циклов нагружения этой стали.

Было установлено, что обработка травлением приводит, во-первых, к значительному деформационному упрочнению ферритной составляющей структуры, во-вторых, к увеличению концентрации источников дальнодействующих полей напряжений. Источниками даль-нодействующих полей напряжений кривизны-кручения кристаллической решетки материалов, как показали настоящие исследования, служат несовместимость деформаций на границах зерен феррита и перлитных колоний, наличие дислокационных зарядов и активных микротрещин. Микротрещины, прежде всего, наблюдаются по границам фсрритшлх зерен и, заметно реже, ио границам перлитных колоний, Охрупчивание границ зерен по всей видимости обусловлено проникновением в них водорода. Важно отметить, в связи с этим, что в стали, прошедшей предварительную механическую обработку поверк-ности, образование микронор и микротрещин а процессе волочения и холодной осадки не наблюдалось.

Как уже отмечалось выше, стадии циклической микротекучести и циклической текучести характерны для металлов и сплавов, имеющих физический предел текучести, и их можно изучать при определенной методике усталостных испытаний. Для металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, усталостный процесс начинается с кратковременной стадии циклической микротекучести (которая часто протекает в процессе вы-вода испытательной машина на заданную амплитуду нагружсния), а затем следует стадия циклического деформационного упрочнения (разупрочнения). Эту стадию следует рассматривать как конкуренцию двух кинетических процессов - пластической деформации, приводящей к деформационному упрочнению, и разрушения (по терминологии И.А. Одинга - упрочнения и разупрочнения). Поэтому в области циклического упрочнения (3-я стадия в периоде зарождения усталостных трещин, рис. 7) пунктирной линией отмечено геометрическое место точек, соответствующих началу появления поверхностных субмикротрещин размером 1 - 3 мкм. Склонность металлических материалов к циклическому упрочнению или разупрочнению определяется отношением предела прочности к условному пределу текучести. Известно, что все материалы с ов/а0,2 ^ 1,2 разупрочняются при циклическом деформировании,

Таким образом, в зависимости от свойств материала (ц.), его склонности к деформационному упрочнению и вида напряженного состояния в зоне предразрушения угол наклона локальных слоев текучести 6 может изменяться в широких пределах (9 = 45°...69° 18' —для плоской деформации и 6 = 35° 16' ...61 °28' — для простого растяжения при ц, = 0,125...0,5). Эти теоретические данные хорошо согласуются со многими экспериментами механики разрушения /26/, а влияние деформационного упрочнения на наклон полос текучести объясняет эффект расширения пластических зон в окрестности трещины.

где ут =сг{/ств —параметр, харакгеризхтощий склонность основного металла к деформационному упрочнению.

где ум =от /ав — параметр, характеризующий склонность металла шва к деформационному упрочнению

3) структурных превращений, способствующих деформационному упрочнению;

Материал колес. Для изготовления гибких колес волновых редукторов применяют стали марок ЗОХГСА, 40ХН2МА и другие конструкционные стали повышенной вязкости, которые менее чувствительны к концентрации напряжений. Заготовками могут служить бесшовные горячедеформирован-ные трубы и др. Термообработка — улучшение (280...320 НВ). Зубчатый венец рекомендуется подвергать дробеструйному деформационному упрочнению, включая впадины зубьев (29...33 НКСЭ).

Качественные образцы не только не имеют ослабленной зоны в центре шейки, но, наоборот, она является более прочной, благодаря большему деформационному упрочнению в этом участке. Убедительное доказательство этого — испытание на растяжение образцов из стали СтЗсп, имеющих относительное сужение 60—62% [1]. Образцы диаметром 15 мм из этой стали после предварительного растяжения до сосредоточенной деформации 55 °/о, обточки до диаметра 9 мм по всей расчетной длине и окончательного растяжения до разрыва разрушались только у головок; средняя часть в участке сосредоточенной ранее деформации никогда не разрушалась.

Повышение чистоты калия приводит к меньшему деформационному упрочнению и понижению общего удлинения за счет уменьшения равномерного удлинения.

Рентгенографические исследования [100, 109] подтверждают, что непосредственно в процессе деформирования стали по режиму ВТМО происходит выделение углерода и одновременное дробление блоков аустенитных зерен. Однако у стали, не прошедшей отпуска, последний эффект не проявляется, поскольку он перекрывается более сильным эффектом, связанным с обеднением аустенита углеродом при деформации. При сравнительно небольших степенях обжатия (до 30%), не вызывающих значительного выделения углерода из твердого раствора, но приводящих к его деформационному упрочнению, снижается способность аустенита к образованию полос сдвига. А именно полосы сдвига при их образовании являются потенциальными центрами кристаллизации (для последующего мартенситного превращения). Все это приводит к увеличению остаточного аустенита после таких режимов ТМО, что было отмечено также в ряде других работ [106, 120 и др.]. При больших степенях деформации решающую роль в рассматриваемых процессах приобретает другой фактор — обеднение аустенита углеродом. В результате точка мартенситного превращения повышается, а количество остаточного аустенита в структуре стали уменьшается [100]. Такое изменение соотношения фазовых составляющих приводит к повышению не только прочности, но и пластичности стали: при некоторых средних значениях обжатия после ВТМО наблюдается максимум пластичности, что соответствует состоянию, когда после закалки сохраняется наибольшее количество остаточной у- или р-фазы (для сплавов на основе титана) [100, 130, 134].

Процесс упрочнения можно выполнять на специальных установках. При ультразвуковом деформационном упрочнении заготовки закрепляют в камерах, содержащих большое количество стальных шариков диаметром 1—3 мм, смачиваемых эмульсией. Камера получает колебания от ультразвукового генератора, и колеблющиеся шарики наносят удары по поверхности заготовки. Шероховатость поверхности после деформационного упрочнения увеличивается.

При деформационном упрочнении выкружек допускаемое напряжение можно повышать па 10...30%. Относительно больший эффект упрочнения достигается при менее совершенных процессах предварительной обработки.

Хорошо известна роль дислокаций в процессе деформационного упрочнения [74, 75]. По сути, дислокация представляет собой квазичастицу, преодолевающую при своем движении по кристаллу ряд энергетических барьеров. Крупномасштабные барьеры, обусловленные дальнодействую-щими полями внутренних напряжений, так же как и среднемасштабные барьеры, являющиеся следствием взаимодействия параллельных дислокаций, могут быть достаточно высоки, и для их преодоления требуется приложить значительные напряжения. Этим следует объяснять повышение временного сопротивления ав и предела текучести ат при деформационном упрочнении.

4.1 Поврежденное гь конструкционных материалов при деформационном упрочнении

Основой предлагаемой модели являются результаты экспериментальных исследований, представленные в главе 3. В качестве критерия поврежденное™ при статическом или циклическом деформационном упрочнении используется снижение запаса пластичности материала к моменту диагностирования конструкции по сравнению с исходным запасом пластичности.

4.1. Поврежденность конструкционных материалов при деформационном упрочнении.....................................55

1 1ри анализе предельного состояния упругопластических тел с дефектами необходимо знать форму и размеры зоны локальной текучести (зоны предразрушения) для математического описания условий ее автомодельное™. Будем полагать, что металл имеет обычную диаграмму деформирования. При деформационном упрочнении металл не является несжимаемым ( т.е. коэффициент Пуассона ц * 0,5). Линейная деформация ев направлении скольжения равна объемной ЕО, что соответствует минимуму работы пластической деформгщии

11ри анализе предельного состояния упругопластических тел с дефектами необходимо знать форму и размеры зоны локальной текучести (зоны предразрушения) для математического описания условий ее автомодельности. Будем полагать, что металл имеет обычную диаграмму деформирования . При деформационном упрочнении металл не является несжимаемым (т.е. коэффициент Пуассона ц * 0,5). Линейная деформация ев направлении скольжения равна объемной ?0, что соответствует минимуму работы пластической деформации

которое обусловлено уже известными и учтенными в пределе текучести чистых металлов ((т^) дислокационными механизмами упрочнения: пересечение «леса» дислокаций (ол), взаимодействие упругих полей дислокаций (сгт) и субструктурное упрочнение (стсг). Эффективный вклад этих механизмов в величину предела текучести нарастает после предварительной пластической деформации в результате резкого увеличения плотности дислокаций и образования при определенных условиях [54,202, 203] субзеренной «ячеистой» структуры. Разупрочнение при деформационном упрочнении наступает при температурах 0,4—0,5rm и связано с процессами возврата, полигонизации и рекристаллизации [29].

что немаловажную роль в деформационном упрочнении играют термоактивационные механизмы, контролирующие движение дислокаций в различных температурных интервалах. Например, снижение Ki/oy у молибденовых сплавов и ванадия при температурах ниже 0,15ГПЛ может быть связано с переходом от механизма, в котором движение дислокаций контролировалось взаимодействием с примесными элементами [85, 357], к механизму, контролируемому образованием перетяжек на расщепленных винтовых дислокациях [83], при соответствующем изменении энергии активации. Другим примером может служить отклонение отношения Кг/оу у ванадия и Fe —Si (кривые 4 и 5 рис. 3.35) в температурном интервале протекания в этих металлах ДДС, что также связано с изменением контролирующего механизма движения дислокаций, а следовательно, и энергии активации [357].

где е — текущее значение повторной деформации, индексы / и 2 указывают на отношение параметров к первичной или повторной деформации. Выражение (4.27) показывает, что в деформационном упрочнении (второе слагаемое) отсчет идет от значения эквивалентной деформации ежв, а в зернограничном упрочнении — от величины первичной деформации ег.