ДЕФОРМАЦИОННО-ПРОЧНОСТНЫХ КРИТЕРИЕВ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Катанина А.Г., Кучерова М.В. (МГСУ, г.Москва, РФ)
В развитие [1,2] выполнены расчеты и проведен анализ прочностно-пластических индексов сталей, а также экспериментальная проверка взаимосвязи показателей упругопластического деформирования материалов с абразивной износостойкостью наплавленных металлов. Предложенные методики позволили произвести сравнительную оценку сталей и могут быть использованы для рационального выбора материалов конструкций, машин и оборудования. При выборе сталей из обширных справочных и компьютерных баз данных используют, наряду с нормативными характеристиками сопротивления материала деформации и разрушению, безразмерную величину: отношение предела текучести к пределу прочности материала А = sт /sв . Известно, что чем меньше этот показатель, тем выше пластичность сталей и вероятнее деформационное повреждение. Согласно Правилам Госгортехнадзора, из материалов, испытанных в нормальных условиях, по данному критерию для теплоэнергетики выбирают углеродистые стали при значении А = 0,6, а легированные стали при А=0,7. В данной работе проведено сравнение 26 легированных теплостойких сталей мартенситного, мартенситно-ферритного и аустенитного классов с помощью показателя А. Установили, что нормативному показателю соответствуют три марки стали: 20Х13-мартенситного класса и 12Х13, 15Х11МФ- мартенситно-ферритного класса. В соответствии с данным критерием для семи сталей следует ожидать пониженной пластичности, а для остальных--повышенной пластичности. Дополнительное сопоставление стандартных показателей пластичности (относительных удлинения и сужения) не привело к однозначности рекомендаций.
Принимая во внимание то, что оба показателя в сумме характеризуют равномерную и сосредоточенную деформацию металла при одноосном растяжении и вклад сосредоточенной деформации в показателе относительного сужения значительно больше, чем в величине относительного удлинения, для характеристики предельной способности материала к деформации представляло интерес использовать безразмерный индекс В = d / Y, предложенный авторами [1,2]. При сравнении тех же марок сталей по показателю В установили, что стали аустенитного класса стремятся к В, равному единице; в классе мартенситных сталей наиболее пластичные по первому критерию А марки сталей выделяются так же и по показателю В, в классе мартенситно-ферритных сталей аналогичные показатели только у стали марки 14Х17Н2.
С учетом взаимосвязи характеристик пластичности и прочности материалов введен и рассчитан интегральный безразмерный показатель С=sт /sв+ d/Y. Установили практическое постоянство критерия С в пределах значений 1,0-1,2 для всех сплавов.
Сравнение показателей механических свойств, включенных в комплексный индекс I = sт / sв : d / Y позволило вновь классифицировать стали на аустенитные со значением I равным 0,5 , и на комплексно легированные стали типа 11Х11Н2В2МФ мартенситного класса с максимальным значением индекса 4,25. В зависимости предела прочности от комплексного критерия I наблюдали выброс из шельфа точек значения sв мартенситно-ферритной стали 14Х17Н2 при минимальном индексе I равном 0,5. Можно предположить, что в данной системе легирования следует искать или разрабатывать стали с повышенным индексом I.
Проведенный анализ влияния температуры на sв, В, С, I показал, что с ростом температуры наблюдается плавное падение предела прочности, постоянство С и кривые с экстремумом для индекса I. Максимуму I соответствовало минимальное для каждого режима аустенизации значение показателя В. Снижение I для мелкозернистых сталей наблюдали при Т=350 ºС , а для крупнозернистой стали - при Т=450 ºС, что позволяет судить о большей чувствительности индекса I к фрактальной размерности структуры.
Наряду с этим для наплавленных сталей карбидного, мартенситного и перлитного классов определяли работу, затраченную на общую, упругую и пластическую деформации при внедрении индентора (модели абразивной частицы) и установили, что с увеличением нагрузки на индентор растет отношение упругой и пластической деформаций, что приводит к повышению износостойкости наплавленного слоя.
Предложенные методические подходы направлены на разработку обобщенных относительных пороговых показателей механических свойств, позволяющих осуществлять рациональный выбор однородных и композиционных материалов с целью энерго- и ресурсосбережения.
Литература.
1. Д.Ю.Густов, Ю.И. Густов. Исследование взаимосвязи механических свойств металлических строительных материалов./Доклады VII польско-российского семинара “Теоретические основы строительства”.Варшава-М.Изд.АСВ,1998, с.225-228.
2. Д.Ю.Густов, Ю.И.Густов, А.Г. Катанина. Методика расчетного определения составляющих пластической деформации металлических материалов/Доклады международного научно-технического семинара ”Проблемы современного материаловедения”. Днепропетровск, ПрГАСА, 1999,с.47-48.