Технические науки/ 2. Механика.

К.т.н. Бахрачева Ю.С.

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Волгоградский филиал

прогнозирование сопротивления материала хрупкому разрушению

Увеличение прочности, как правило, сопровождается снижением пластичности и вязкости разрушения. Это происходит потому, что у высокопрочных материалов мала энергия, поглощаемая при разрушении. Уровень этой энергии при хрупком разрушении определяется размером пластической зоны перед фронтом трещины. Если при внедрении индентора в поверхность контртела в зоне контакта возникает остаточная вмятина, то вокруг нее всегда имеется пластически деформированная область, распространяющаяся на некоторую глубину h_s. Эта область ограничена замкнутой поверхностью, на которой удовлетворяется условие пластичности Генки – Мизеса (σ_{i =} σ_T). Наблюдаемое при повышении прочностных свойств, снижении температуры, увеличении скорости деформации уменьшение пластически деформированного объема (а значит и работы пластической деформации) при испытании на твердость и вязкость разрушения есть следствие одного и того же явления: снижения подвижности дислокаций.

Величину интенсивности напряжений в центре контакта σ_i определяли как [1]

, (1)

где р₀ – давление в центре контакта, σ_Т – предел текучести материала полупространства, R – радиус индентора, ε_i – интенсивность упруго – пластической деформации, А и С - постоянные.

Далее рассчитывали текущие значения энергии пластической деформации u_i, по глубине распространения пластической зоны при вдавливании вдоль оси z от 0 до h_s:

, (2)

где s_i и ε_i – текущие значения интенсивности напряжений и деформаций вдоль оси z по глубине распространения пластической зоны при вдавливании.

Интегрируя зависимость u_i(x) от 0 до h_s, по формуле (2) получаем значение удельной энергии пластической деформации по глубине пластической зоны при вдавливании сферического индентора:

. (3)

Объектом исследования служили стали 17ГС, 17ГС-У, 06Г2НАБ, 10Г2ФБ, 10Г2ФБ-У, 10ХГНМАЮ [2]. Для исследования глубины распространения пластической зоны контактное деформирование проводили сферическим индентором диаметром D=5 мм при нагрузках Р от 147 до 11875 Н и температурах от 77 К до 293 К.

Далее проводился расчет значений удельной энергии пластической деформации по глубине пластической зоны при вдавливании сферического индентора u_p. Было показано, что энергетические параметры пластических зон при вершине трещины γ_р и при вдавливании сферического индентора u_p пропорциональны.

Зависимость между вязкостью разрушения K_IC и Öu_p описывается прямой линией (рис. 1), которую можно аппроксимировать уравнением (4):

К_IC = 514,01 Öu_p - 27,785. (4)

Рис. 1. Зависимость K_IC и Öu_p

Таким образом, появляется возможность прогнозирования сопротивления хрупкому разрушению по результатам контактного деформирования материалов.

Литература

1. Дрозд, М.С. Аналитическое исследование напряженного состояния при внедрении упругой сферы в упругопластическое полупространство. [Текст] / М.С. Дрозд, А.П Осипенко // Металловедение и прочность материалов: Межвузовский сборник научных трудов ВолгГТУ. – Волгоград, 1975. – С. 12–19.

2. Красовский, А.Я. Трещиностойкость сталей магистральных трубопроводов. [Текст] / А.Я. Красовский, В.Н. Красико // Киев.: Наукова думка, 1990.-176