Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ

- 20 -


Главные публикации по диссертационной работе в журнальчиках, рекомендуемых ВАК РФ:


1. Матюнин В.М., Демидов А.Н., Проходцов М.А., Дубов А.А. Воздействие масштабного фактора на результаты определения макротвердости материалов способом Бринелля // Разработка металлов Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, 2008, № 8. С.49-52.

2. Кулагин Д.А., Суриев И.А., Дубов А.А. Оценка степени наклепа поверхности силового контакта ригелей пресса силой 750 МН после 50 лет эксплуатации // Кузнечно-штамповочное создание. Обработка материалов давлением, 2009, № 10. С.42-44.

3. Матюнин В.М Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ., Дубов А.А., Марченков А.Ю. Определение механических параметров металла в зонах концентрации напряжений изделий машиностроения // Разработка металлов, 2009, № 6. С.19-22.

4. Матюнин В.М., Дубов А.А., Марченков А.Ю. Общие закономерности проявления масштабного Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ фактора при определении прочности и твердости материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2010, № 8. С. 43-47.

5. Матюнин В.М., Дубов А.А., Марченков А.Ю. Масштабный фактор при определении твердости железных материалов // Заводская лаборатория Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Диагностика материалов, 2009, № 9. С.59-62.

6. Матюнин В.М., Волков П.В., Дубов А.А. Применение склерометрии для оценки механических параметров локальных зон сварных соединений // Сварочное создание, 2010, № 1. С.32-34.

7. Matyunin V.M., Dubov A.A Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ., Marchenkov A.Yu. Regularities in the Manifestation of the Scale Factor during Determination of the Strength and Hardness of a Metal/ Inorganic Materials, 2011, Vol.47, №15, pp. 1696-1701.


___________________________________________________________________________________


Подписано в печать 23.05.2013 г. Формат 60x84/16.

Печать офсетная. Усл. п Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. л. 1,25. Уч. - изд. л. 1.1

Тираж 100 экз. Заказ

__________________________________________________________________________________

Ротапринт МАДИ 125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64.


На правах рукописи


Дубов Александр Анатольевич


^ МЕХАНИЧЕСКИЕ Характеристики

И СТРУКТУРА МЕТАЛЛА В ЛОКАЛЬНЫХ

ЗОНАХ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ


Специальность - 05.16.09

Материаловедение (машиностроение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ)


Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук


Москва - 2013

- 2 -


Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Институт «МЭИ» на кафедре «Технология металлов».


Научный управляющий

доктор технических наук, доктор кафедры «Технология металлов» НИУ МЭИ Матюнин Вячеслав Михайлович


Официальные Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ оппоненты:

доктор технических наук, доктор, заведующий отделом экспертизы металлов ЗАО «ЦНИИПСК» им. Мельникова Горицкий Виталий Михайлович










доктор технических наук, доктор кафедры «Механическое оборудование, детали машин, разработка металлов» НИУ МГСУ Гудков Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ Анатолий Александрович


Ведущая организация:


ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт азотной индустрии и товаров органического синтеза (ГИАП)», г. Москва

Защита диссертации состоится «25» июня 2013 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 при Столичном автомобильно-дорожном муниципальном Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ техническом институте (МАДИ) по адресу: 125319, г. Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

Телефон для справок: (499) 155-93-24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.


Отзывы на автореферат в 2-ух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адресок Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ диссертационного совета.


Автореферат разослан «24» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д.212.126.03, к.т.н., доцент



Д.С. Фатюхин

- 19 -


4. Установлено, что параметр деформационного упрочнения при вдавливании сферического индентора n (параметр Е. Мейера) и предельная Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ равномерная деформация при растяжении YВРАС схожих образцов понижаются при уменьшении поперечника индентора и поперечника эталона соответственно. В особенности очень эти характеристики начинают понижаться при переходе от макро- к мезо- и микроуровням Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ деформирования металла.

5. Предложены условия подобия, при выполнении которых вероятен пересчет черт твердости на свойства прочности по единой зависимости на макро-мезо-микроуровнях деформирования металла. Такими критериями являются равенство площади поверхности отпечатка и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ абсолютного конфигурации площади поперечного сечения эталона, также равенство относительной пластической деформации при вдавливании и растяжении.

6. Разработана методика определения механических параметров металла ЗКН методом индентирования на мезо- микроуровнях с следующим пересчетом значений механических параметров на макроуровень Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ по предложенным зависимостям. Предложены коэффициенты, учитывающие воздействие масштабного фактора на определяемые значения черт твердости.

7. Выполнен спектральный, микроструктурный и электронномикроскопический анализы металла ЗКН. Выявлены полосы первичного и вторичного скольжения, измерены их Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ длины и расстояния меж ними. Определена степень деформационного упрочнения металла ЗКН экспериментальным методом по результатам микроиндентирования, также расчетным методом по дислокационной модели Тейлора. Показано примерное совпадение экспериментальных и расчетных значений.

8. Выполнено опробование разработанной методики Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ определения механических параметров металла в ЗКН лопаток и роторов паровых турбин, гибов паропроводов, поверхностей нагрева, шпилек, сварных соединений и других конструкций. Показано, что свойства твердости, предел текучести, временное сопротивление Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, отношение предела текучести к временному сопротивлению металла ЗКН резко растут, а предельная равномерная деформация настолько же резко понижается, в итоге чего увеличивается склонность металла к хрупкому разрушению. Для более обоснованной оценки степени угрозы Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ЗКН нужен кооперативный контроль механических параметров и микроструктуры металла. Количественными показателями степени угрозы ЗКН могут быть значения дела предела текучести к временному сопротивлению и предельной равномерная деформации.

9. Общее научно-практическое значение приобретенных результатов заключается Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в том, что они дают возможность:

- определения механических параметров металла в малых объемах на мезо- и микроуровнях деформирования (ЗКН, локальные зоны сварных соединений, покрытия различного предназначения, пленки, поверхностные слои деталей, упрочненые разными Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ методами обработки и др.), также контроля наноматериалов, микро- и наноизделий;

- предсказывать свойства твердости для инденторов различного поперечника и свойства прочности для схожих разрывных образцов различного поперечника;

- уточнять коэффициенты припаса при расчетах на Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ крепкость, используя значения черт прочности для образцов с поперечным сечением, равным поперечному сечению сплошных деталей;

- использовать предложенную методику при входном контроле и в процессе использования изделий машиностроения.

- 18 -


использовать и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в других целях, когда требуется определение механических параметров очень малых объемов металла, к примеру, тонких покрытий, пленок, отдельных зернышек и их границ и др.

В качестве примера в таблице 4 приведены результаты определения механических параметров Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ металла ЗКН лопатки паровой турбины К-300 Конаковской ГРЭС. Лопатка была сделана из стали 20Х13 и пробыла в эксплуатации около 40 лет. В таблице также приведены механические характеристики металла той же лопатки вне Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ЗКН. Данные таблицы свидетельствуют о резком увеличении дела s0,2/sВ металла ЗКН и понижении предельной равномерной деформации в до критичных значений. Металлографический анализ показал, что в месте расположения неких ЗКН образовались микротрещины, вследствие Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ чего лопатка была демонтирована и заменена на другую.


Таблица 4. Результаты определения механических параметров металла в ЗКН и вне ЗКН лопатки паровой турбины из стали 20Х13 после 40 лет эксплуатации.


Механические

характеристики

Металл

вне ЗКН

Металл Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ

в ЗКН

n

2,09

2,05

НВВ, Н/мм2 (кГ/мм2)

2649 (270)

2992(305)

sВ, Н/мм2 (кГ/мм2)

883(90)

994(101)

s0,2, Н/мм2 (кГ/мм2)

716(73)

922(94)

s0,2 /sВ

0,81

0,93

YВ, %

8,3

4,8


Аналогичным образом были определены механические характеристики металла ЗКН на гибах паропроводов поперечником 423х40 мм Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ из стали 15Х1М1Ф. Результаты испытаний проявили, что для металла ЗКН отношение s0,2/sВ и предельная равномерная деформация еще не достигнули критичных значений (s0,2/sВ = 0,86,
YВ = 5,5 %), хотя и выходят за Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ рамки допускаемых значений этих черт, согласно нормативным документам. Невзирая на то, что металлографический анализ показал отсутствие трещинок, структурно-механическое состояние металла в ЗКН приближается к максимально допустимому.


^ Главные ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ


1. Установлено, что Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ структурные зоны концентрации напряжений (ЗКН), образующиеся в процессе использования изделий машиностроения могут стать предпосылкой зарождения трещинок и очагом разрушения металла. В большинстве случаев ЗКН имеют малые размеры в спектре от нескольких микрометров до нескольких мм Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, что очень усложняет контроль их механических параметров.

2. Показано, что образование ЗКН происходит методом концентрации полос скольжения вокруг неметаллических включений, карбидных частиц, границ зернышек и других частей структуры металла, также изъянов Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ металлургического и технологического происхождения, что приводит к резкому повышению плотности дислокаций, твердости металла и его охрупчиванию.

3. Установлен и экспериментально доказан общий нрав воздействия масштабного фактора на конфигурации черт прочности стали при растяжении Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ образцов различного поперечника и черт твердости при вдавливании сферических инденторов различного поперечника.

- 3 -


^ ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ


Актуальность темы обоснована необходимостью определения механических параметров металла в зонах концентрации напряжений (ЗКН), являющихся источниками развития повреждений изделий Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ машиностроения.

Предпосылки появления ЗКН в изделиях машиностроения можно подразделить на металлургические, технологические, конструктивные и эксплуатационные. Раздельно следует выделить локальные структурные ЗКН, образующиеся в процессе производства либо эксплуатации изделий под воздействием рабочих Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ нагрузок, температуры, давления. В этих зонах происходят пластические сдвиги на различных масштабных уровнях. Как демонстрируют экспериментальные исследования, локальные структурные ЗКН могут иметь размеры в границах от нескольких микрометров до нескольких мм. При средних напряжениях Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в изделии ниже предела текучести в локальных ЗКН напряжения существенно растут, а в неких случаях добиваются разрушающих напряжений, вызывая образование трещинок.

Необыкновенную актуальность неувязка определения механических параметров металла локальных ЗКН приобретает в текущее Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ время в связи с необходимостью оценки остаточного ресурса оборудования и конструкций во всех отраслях индустрии.

Анализ имеющихся видов механических испытаний материалов показал, что индентирование (твердометрия) является более многообещающим методом определения механических параметров Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ локальных ЗКН. Но трудности такового вида тесты заключаются в том, что из-за малых размеров ЗКН для контроля механических параметров можно использовать только мезо-, микро-, наноиндентирование. Определяемые при всем этом значения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ мезо-, микро-, нанотвердости превосходят значения макротвердости из-за воздействия масштабного эффекта. А имеющиеся связи черт прочности, определяемых при растяжении образцов, с чертами твердости, определяемыми при индентировании, установлены для макроуровня деформирования металла. В Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ справочниках, сертификатах на металл и машиностроительную продукцию значения твердости и других механических черт представлены по результатам испытаний также на макроуровне. Потому нужно установить условия подобия и доказать возможность пересчета черт Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ прочности по чертам твердости на различных масштабных уровнях.

Таким макаром, разработка методики определения механических параметров металла ЗКН конкретно в элементах оборудования по чертам твердости на различных масштабных уровнях, представляется животрепещущей задачей.

^ Целью исследования является Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ – разработка методики определения фактических механических параметров металла ЗКН конкретно в элементах оборудования, используя возможность пересчета черт прочности по чертам твердости на различных масштабных уровнях.

Для заслуги поставленной цели нужно было Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ решить последующие задачки:

  1. Изучить воздействие масштабного фактора на механические характеристики конструкционных материалов при растяжении образцов различного поперечника.

  2. Изучить воздействие масштабного фактора на твердость этих же конструкционных материалов, определенную способом Виккерса при изменении Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ нагрузки вдавливания и на твердость, определенную способом Бринелля при изменении поперечника индентора.

  3. Выявить общие закономерности воздействия масштабного фактора на свойства прочности материалов, определенные испытаниями образцов на растяжение и свойства твердости, определенные вдавливанием инденторов Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ.

- 4 -


  1. Предложить условия подобия для сравнения черт прочности с чертами твердости материалов в целях установления связи меж ними на различных масштабных уровнях..

  2. Создать методику определения механических параметров металла структурных ЗКН изделий машиностроения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, возникающих в критериях эксплуатации.

  3. Изучить микроструктуру металла ЗКН на различных масштабных уровнях.

  4. Оценить упрочнение металла ЗКН и критичное напряжение, нужные для образования трещинкы, согласно дислокационным моделям.

  5. Провести экспериментальное опробование разработанной методики на разных элементах Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ оборудования, находящегося в эксплуатации.

^ Способы исследования. В процессе выполнения диссертационной работы были использованы современные способы и технические средства микроструктурного анализа, электрической микроскопии, спектроскопии, фрактографии со стереоизображением в формате 3D, определения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ механических параметров металла растяжением и индентированием на различных масштабных уровнях.

^ Научная новизна приобретенных результатов.

Установлено, что параметр деформационного упрочнения при вдавливании сферических инденторов и предельная равномерная деформация при растяжении схожих цилиндрических образцов понижаются при уменьшении Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ поперечника индентора и поперечника эталона. В особенности очень эти характеристики понижаются при переходе от мезо- к микроуровням деформирования металла.

Установлен и экспериментально доказан общий нрав воздействия масштабного фактора на изменение черт Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ прочности стали при растяжении образцов различного поперечника и черт твердости при вдавливании сферических инденторов различного поперечника. Предложены условия подобия, при выполнении которых вероятен пересчет черт твердости на свойства прочности по единой зависимости на Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ макро-, мезо-, микроуровнях деформирования металла. Такими критериями являются равенство поверхности отпечатка и абсолютного конфигурации площади поперечного сечения эталона, также равенство относительной пластической деформации при вдавливании и растяжении.

Разработана методика определения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ механических параметров металла ЗКН методом индентирования на мезо-микроуровнях с следующим пересчетом значений механических параметров на макроуровень по предложенным зависимостям.

^ Достоверность и обоснованность приобретенных результатов доказаны всесторонними исследовательскими работами, выполненными с Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ применением современных методик, устройств, оборудования, вычислительной и информационно-измерительной техники, сопоставлением и довольно четким совпадением предложенных аналитических и расчетных зависимостей с экспериментальными данными.

^ Практическая значимость и реализация результатов работы:

Разработанная методика определения механических Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ параметров металла ЗКН на мезо-микроуровнях индентирования расширяет способности оперативного контроля и дополняет ценными сведениями оценку фактического структурно-механического состояния металла частей конструкций и машин в критериях эксплуатации. Для увеличения эффективности Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ методики нужно дополнять ее анализом микроструктуры металла с внедрением способа пластических реплик.

Практическое опробование методики выполнено на последующих узлах энергетического и нефтяного оборудования:

- гибы и лопатки паропроводов энергоблока №4 Конаковской ГРЭС;

- шпильки фланцевого соединения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ пароперепускных труб ЦВД турбины
ПТ-60-130/13 Дягилевской ТЭЦ;

- трубы конвективного пароперегревателя КПП «ИнтерРАО»;

- 17 -


НV10=HV0,1/. Беря во внимание близость значений твердости по Виккерсу и Бринеллю на макроуровне можно принять НV10» НВ2,5 и оценить Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ sВ=f(HB2,5).

Для обоснования способности использования коэффициентов 1 и 2 при определении механических параметров металла ЗКН были проведены последующие опыты. Сталь 45 была термически обработана по двум режимам: 1-й режим – закалка 850оС и маленький Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ отпуск 200оС; 2-й режим – закалка 850оС и высочайший отпуск 600оС. В итоге таковой обработки структурно-механическое состояние стали резко различалось. После 1-го режима термической обработки структура стали состояла из мартенсита отпуска и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ имела высочайший уровень остаточных напряжений и твердости. После 2-го режима термической обработки сталь заполучила структуру сорбита отпуска зернистого строения, остаточные напряжения и твердость резко снизились. На микрошлифе из этой стали, обработанной Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ по двум режимам, были определены значения n2,5, n0,4, (HBB)2,5, (НВВ)0,4, 1, 2 (см. таблицу 3).


Таблица 3. Значения n, НВВ, 1, 2 для стали 45 в различном структурно-механическом состоянии, определенные на различных размерных уровнях.

Термообработка

D = 0.4 мм

D = 2.5 мм

1

2

n0,4

(НВВ Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ)0,4

n2,5

(НВВ)2,5

Н/мм2

кГ/мм2

Н/мм2

кГ/мм2

Закалка 850С, отпуск 200С

2.02

5788

590

2.06

5121

522

1.020

1.130

Закалка 850С, отпуск 600С

2.06

2511

256

2.10

2207

225

1.019

1.138


Как надо из таблицы 3 значения 1 и 2 оказались приблизительно схожими независимо от структурно- механического состояния стали 45. Подобные результаты Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ были получены и для стали 30ХГСА, термически обработанной по таким же двум режимам. Таким макаром, проведенные опыты позволяют прийти к выводу о том, что предложенные коэффициенты 1 и 2, учитывающие воздействие масштабного фактора, могут быть применены Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ для 1-го и такого же материала независимо от его структурно-механического состояния. Из этого следует, что предложенную методику можно применить для определения механических параметров металла ЗКН.

Главные этапы внедрения методики:

- уточнение границ Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ и контуров ЗКН по результатам неразрушающего контроля (к примеру, акустическим либо магнитным способами) и измерений микротвердости; маркировка ЗКН и избранных мест испытаний для определения механических черт;

- подготовка поверхности металла ЗКН и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ вне ЗКН для металлографического анализа; снятие пластических реплик с контролируемых мест;

- тесты металла вне ЗКН и в ЗКН индентированием на микро-мезо-макроуровнях с определением механических черт;

- анализ микроструктуры и механических Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ параметров металла в ЗКН и вне ЗКН;

- принятие решений о структурно-механическом состоянии металла в ЗКН.

Методика была опробована на гибах паропроводов, поверхностях нагрева котлоагрегатов, лопатках и роторах турбин, шпильках, также на изделиях установок Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ нефтедобычи, на которых были обнаружены локальные ЗКН. Не считая того, методика была применена для определения механических параметров металла в локальных зонах сварных соединений (зона теплового воздействия, линия сплавления и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ др.), в каких тесты можно проводить только микроиндентированием. Методику можно

- 16 -


Таблица 2. Механические свойства металла в ЗКН и вне ЗКН трубы 36х5 мм из стали ДИ-59 (10Х13Г12БС2Н2Д2).

HV, кГ/мм2

вне Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ЗКН

HV, кГ/мм2

в ЗКН

b

sв, Н/мм2 (кГ/мм2) вне ЗКН

sВ, Н/мм2 (кГ/мм2)

в ЗКН

Dsв, Н/ мм2 (кГ/ мм2) в ЗКН

Макроуровень

1,102

Макроуровень

176 НV10

260 НV0,1


568 (58)


840,8 (85,8)


272,8 (27,8)

Микроуровень

194 НV0,1

286 НV0,1


^ В пятой главе «Разработка методики определения механических параметров Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ металла ЗКН » рассматриваются главные положения методики и ее практическое опробование на реальных деталях и конструкциях.

За базу методики взята методика МЭИ, которая употребляется на макроуровне при индентировании сферическими инденторами поперечником 2,5 и 10 мм Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Для внедрения этой методики на мезо-и микроуровнях индентирования в целях определения механических параметров металла локальных структурных ЗКН нужно учесть воздействие масштабного фактора на результаты индентирования индентором поперечником наименее 1 мм Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Для этого можно пользоваться установленными зависимостями черт твердости металла от поперечника индентора и черт прочности от поперечника эталона, также предложенными критериями подобия, обеспечивающими тесты металла вдавливанием и растяжением на одном масштабном уровне Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Для реализации методики можно использовать переносной аттестованный прибор МЭИ-Т7, оснастив его инденторами поперечником D=0,4 мм для индентирования на мезо-и микроуровнях и поперечником D= 2,5 мм для индентировании на макроуровне. Методика предугадывает Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ двукратное вдавливание под различными нагрузками инденторов поперечником D=0,4 мм и D=2,5 мм в металл, расположенный вне ЗКН, и двукратное вдавливание индентора поперечником D=0,4 мм в металл, расположенный в ЗКН. Для увеличения локальности Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ индентирования рекомендуется вдавливать каждый индентор под различными нагрузками в одну и ту же точку поверхности металла. Критическая нагрузка вдавливания составляет 4,8 кГ для D=0,4 мм и 187,5 кГ для D=2,5 мм, что соответствует степени нагружения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ Р/D2=30 кГ/мм2 (294 Н/мм2) согласно ГОСТ 9012-59. Этих испытаний довольно для определения последующих механических черт металла вне ЗКН при вдавливании инденторов поперечником D=0,4 мм и D=2,5 мм: a, n Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, НВВ = f(a, n, D), sВ=f(HBB), k= s0,2/sB=f(n). Эти же механические свойства определяются для металла ЗКН при вдавливании индентора поперечником D=0,4 мм. Потом для металла вне ЗКН рассчитываются коэффициенты Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, учитывающие воздействие масштабного фактора;
1 =n2,5/n0,4 и 2=(НВВ)0,4/(НВВ)2,5 (индексы 0,4 и 2,5 означают поперечникы инденторов, мм). Зная 1 и 2, можно высчитать для металла ЗКН последующие механические свойства на макроуровне индентирования: n2,5=1n04, (HBB Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ)2,5=(HBB)0,4)/2, sB=f(HBB)2,5 , k=s0,2/sB=f(n2,5), s0,2=ksB, В=f(n2,5).

Если задачка состоит в приближенной экспресс-оценке на макроуровне только НВ2,5 и в металла ЗКН, то методика упрощается и сводится Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ к определению НВ0,4, НВ2,5, 2=НВ0,4/HB2,5 для металла вне ЗКН, а потом по НВ0,4 и 2,
НВ2,5= НВ0,4/2, sВ=f(HB2,5) для металла в ЗКН. При невозможности использования для металла ЗКН Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ индентора поперечником D=0,4 мм из-за размеров отпечатков, превосходящих протяженность ЗКН, можно ограничиться определением микротвердости НV0,1 и макротвердости НV10, оценить для металла вне ЗКН коэффициент =НV0,1/ НV10, а потом высчитать для металла Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ЗКН макротвердость

- 5 -


- прутья поперечником 22 мм для производства валов электроцентробежных насосов нефтедобычи (ЭЦН).

^ На защиту выносятся последующие положения и результаты:

  1. Условия подобия для определения черт прочности металла растяжением образцов и черт твердости вдавливании Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ сферического индентора на одном масштабном уровне.

  2. Общие закономерности и зависимости воздействия масштабного фактора на свойства прочности и твердости.

  3. Методика определения механических параметров металла ЗКН методом индентирования на мезо- и микроуровнях с Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ следующим пересчетом значений механических параметров на макроуровень по предложенным зависимостям.

  4. Результаты исследования микроструктуры металла ЗКН, оценка упрочнения металла ЗКН индентированием и расчетом по дислокационной модели Тейлора.

  5. Экспериментальное обоснование предложенной методики для определения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ механических параметров металла ЗКН, образовавшихся на разных узлах энергооборудования и изделий установок нефтедобычи.

^ Апробация диссертационной работы.

Главные результаты диссертационной работы представлены на:

- 4 интернациональных научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ». Москва, МЭИ (ТУ), 2009, 2010, 2011, 2012 гг.;

- третьей интернациональной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, ИМЕТ РАН, 2009 г.;

- 18-ой Всероссийской конференции и Интернациональной спец выставке устройств и оборудования для неразрушающего контроля и технической Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ диагностики в индустрии. Н. Новгород, НГТУ, 30.09 – 02.10.2008 г.;

- научный семинар кафедры «Металловедения и термообработки» Столичного автомобильно-дорожного Муниципального Технического Института, 2013 г.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Содержит
136 страничек текста Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, 45 рисунков, 9 таблиц и 122 наименования цитированной литературы.


^ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во внедрении дано обоснование необходимости определения механических параметров металла ЗКН, являющихся источниками развития повреждений при эксплуатации оборудования и конструкций. При средних напряжениях Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в элементах конструкций ниже предела текучести напряжения в ЗКН могут очень возрастать, а в неких случаях и достигать разрушающих значений.

^ В первой главе «Зоны концентрации напряжений (ЗКН) и их воздействие на Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ механические характеристики и крепкость металла изделий машиностроения» выполнен анализ обстоятельств и устройств появления ЗКН и их воздействия на надежность изделий в процессе использования

Рассмотрены главные виды металлургических и технологических изъянов, возникающих в процессе Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ производства изделий, являющихся источниками образования ЗКН. Технологические и металлургические недостатки в локальных ЗКН изделий делают высочайший уровень остаточных напряжений и при неблагоприятных сочетаниях с напряжениями от рабочей нагрузки могут привести к образованию трещинок Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ.

- 6 -


На базе положений материаловедения и механики разрушения, изложенных в работах Давиденкова Н.Н., Фридмана Я.Б., Бернштейна М.Л., Махутова Н.А., Карзова Г.П., Панина В.Е., Тушинского Л.И., Малинина Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ В.Г., Горицкого В.М., Тейлора, Орована, Зинера, Стро, Екобори и других исследователей рассмотрены механизмы образования ЗКН. А именно, показано, что на исходном шаге развития повреждений в ЗКН появляются устойчивые полосы Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ скольжения на уровне отдельных структурных частей (на уровне напряжений III рода). По мере скопления поврежденности металла в ЗКН в итоге взаимодействия структурных частей происходит формирование напряжений II рода и потом напряжений I рода, уравновешивающихся Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в объеме изделия.

Показано существенное различие микротвердости металла локальных ЗКН и вне их. В локальных ЗКН под действием рабочих нагрузок формируется наибольшая плотность дислокаций и, соответственно, наибольший уровень деформаций Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ и напряжений. Дана оценка размеров ЗКН в объеме изделия.

^ Во 2-ой главе «Масштабный эффект при определении механических параметров материалов» изучено воздействие масштабного фактора на крепкость и твердость материалов.

Масштабный эффект рассматривается как физическое явление Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, состоящее в изменении параметров материалов под действием масштабного фактора. Масштабный фактор, как причина проявления размерного эффекта, состоит в изменении размеров образцов, зоны пластической деформации, деформируемого объема, частей структуры и субструктуры Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ материалов и др. Параметрами масштабного фактора могут быть линейные (длина, ширина, толщина), плоские (площади поверхностей, сечений), большие (начальный, деформируемый, смещенный) исследуемого объекта, эталона, частей структуры, зоны пластической деформации и др.

Масштабный фактор проявляется Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ при разных видах механических испытаний материалов. О воздействии масштабного фактора на механические характеристики материалов понятно издавна. Периодические исследования такового воздействия были проведены в работах А.А. Гриффитса, А.П. Александрова и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ Журкова, Г.В. Ужика, Е.М. Шевандина и Ш.С. Маневича, Б.Б. Чечулина, Atkinson M.J.,Федосова С.А., Пешека Л., Гловина Ю.И. и др. В текущее время в связи Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ с бурным развитием наноматериаловедения и нанотехнологий возрос научно-практический энтузиазм к масштабному эффекту. Масштабный эффект стали рассматривать более обширно с анализом воздействия не только лишь геометрических характеристик образцов, да и очага пластической Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ деформации, структуры и субструктуры материала. Особенный энтузиазм представляет воздействие масштабного фактора на свойства прочности материала, определяемые испытаниями образцов на растяжение, и на свойства твердости, определяемые вдавливанием инденторов. Это разъясняется тем, что тесты на Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ растяжение и твердость (вдавливанием индентора) являются более всераспространенными видами механических испытаний, а в расчетах на крепкость деталей и конструкций в большинстве случаев употребляют значения механических черт материала, определяемые растяжением. Беря во внимание наличие связи Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ прочности и твердости, имеется возможность обоюдного пересчета этих механических черт, что позволяет не только лишь упростить процесс контроля, да и оценить механические характеристики материала индентированием конкретно на изделиях машиностроения. На Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ этом основании разработаны безобразцовые способы определения механических параметров материалов по чертам твердости (научные школы профессоров Марковца М.П., Дрозда М.С. и др.). Но известные связи черт прочности и твердости металла были Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ установлены на макроуровне, а при переходе на микро- и наноуровни эти свойства растут и тем в большей мере, чем меньше деформируемые объемы металла. Так, к примеру, значения

- 15 -




а) (х100). б) (х1000).

Рис.7. Микроструктура Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ стали ДИ-59 с ЗКН (черная полоса) (а) и скопление полос скольжения в ЗКН (б)


Научно-практический энтузиазм представляет оценка деформационного дислокационного упрочнения металла по модели Тейлора, также напряжения нужного для возникновения трещинкы Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ по модели Зинера-Стро.

Согласно Тейлору деформационное упрочнение при скоплении дислокаций можно оценить по последующей формуле

 = G b / (2k)  ,


где  - степень упрочнения в касательных напряжениях; G – модуль сдвига:
b –вектор Бюргерса;  - плотность дислокаций k Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ  1.

По исследованиям Одинга И.А. с сотрудниками и Горицкого В.М., плотность дислокаций в ЗКН может достигать  = 1010 – 1011 см -2. Принимая  = 1010 см -2,
G = 89000 Н/мм2, b = 310-7 мм, можно получить по формуле Тейлора Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ  = 134,4 Н/мм2 (13,7 кГ/мм2) либо в обычных напряжениях  = 268,8 Н/мм2 (27,4 кГ/мм2), что приблизительно совпадает с приращением временного сопротивления в, определенном способом твердости (см. таблицу 2).

Согласно модели Зинера-Стро критичное напряжение τК, вызывающее возникновение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ трещинкы, можно оценить по формуле:


τК = 3πG / 8(1-) L1/2,


где  - поверхностная энергия;  - коэффициент Пуассона; L – длина полосы скольжения.

Принимая G = 89000 Н/мм2,  = 0,002 Н/мм, L = 0,015 мм (измеренное значение), =0,28, можно получить τК = 139,3 Н/мм Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ2 (14,2 кГ/мм2) либо К = 278,6 Н/мм2 (28,4 кГ/мм2).

Необходимо подчеркнуть, что в области неких ЗКН вышло локальное мартенситное перевоплощение под воздействием технологических причин в процессе производства труб из данной стали аустенитного Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ класса. Мартенситное перевоплощение можно рассматривать в этом случае как дополнительный сдвиг локального объема металла с одновременным    перевоплощением. Доказательством образования -фазы является локальное возникновение намагниченности металла в ЗКН.

Из представленных выше результатов Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ определения прироста напряжения в ЗКН, также напряжения, нужного для образования трещинкы, приобретенных расчетно-экспериментальным методом, следует их примерное совпадение.

- 14 -


аномальный эффект установлен также и для зависимости Холла-Петча, согласно которой твердость и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ предел текучести должны возрастать с уменьшением размера зерна, но, при очень малых размерах нанозерен (порядок 10-20 нм) эти механические свойства начинают понижаться, на что было обращено внимание в работах А.Н. Chockshi, A Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Rosen (1989 г.), Н.И. Носковой, Е.Т. Пономаревой
(1994 г.), М.А. Глезера (2005 г.), Meyers, A.M. Michra, D.J.Benson (2006 г.), и других исследователей. По воззрению Ю.И. Головина, главные предпосылки таковой аномалии заключаются Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в изменении механизма пластической деформации при доминирующей роли зернограничного проскальзывания либо за счет образования и движения точечных изъянов и их кластеров.

Если рассматривать общие предпосылки проявления масштабного эффекта, то для их разъяснения Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ употребляются такие подходы, как статистический (возможность нахождения изъянов в объеме эталона либо детали), структурно-механический (неоднородность структуры, параметров материала, рассредотачивания напряжений и деформаций по сечению эталона либо объему детали), энергетический (различие Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в припасе упругой энергии) и др. На каждом размерном уровне главные предпосылки проявления масштабного эффекта различаются. Для микро- и наноуровней решающую роль получают такие причины, как состояние поверхностного слоя, поверхностная энергия, смена Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ механизма пластической деформации, ускорение деформации и др.

^ В четвертой главе «Исследование структуры и упрочнения металла в локальных ЗКН» приведены результаты исследовательских работ микроструктуры металла ЗКН с внедрением макро-и микроструктурного анализа и электрической микроскопии Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. В качестве объекта исследования были взяты отрезки труб  36х5 мм из стали ДИ-59 (10Х13Г12С2Р2Д2) котлоагрегата En-620-140-565БТ. При опрессовке были выявлены течи на прямолинейных участках этих труб Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. Исследование микроструктуры металла в местах протечек показало, что трещинка появляется в области внутреннего недостатка. Этот недостаток технологического происхождения явился местом скопления полос скольжения. Анализ скопления полос скольжения в ЗКН производился при помощи Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ растрового электрического микроскопа «TESCAN MIRA LMU». При увеличении в 1000 и поболее раз можно было узреть пересекающиеся полосы первичного и вторичного скольжения, измерить их длину и расстояния меж ними. На рис.7, а Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ представлена микроструктура стали ДИ-59 в поперечном сечении трубы с недостатком (черная линия) и скопление полос скольжения у этого недостатка (рис.7,б). Эта зона скопления полос скольжения является обычным примером структурной ЗКН. Общая Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ширина области скопления полос составила  150 мкм, а длина 1200 мкм. Средняя длина отдельных полос составила  15 мкм, а расстояние меж ними  0,5 мкм. После анализа полос скольжения были выполнены тесты индентированием с определением значений микро и макротвердости Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ металла вне ЗКН и микротвердости в ЗКН (см табл.2). Для металла вне ЗКН оценен коэффициент воздействия масштабного фактора 1=НV0,1/HV10, используя который можно было высчитать макротвердость металла в ЗКН HV Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ10 = HV0,1/1. Принимая приблизительно равными значения НV и НВ на макроуровне, по значениям НВ можно было оценить В металла в ЗКН и вне ЗКН на макроуровне по приближенной зависимости В= 0,33 НВ (см. табл. 2). Приращение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в в ЗКН за счет деформационного упрочнения составило 272,8 Н/мм2 (27,8 кГ/мм2).

- 7 -


микротвердости металла могут превосходить значения макротвердости этого же металла в 1,5 – 2 раза зависимо от величины нагрузки вдавливания, а как следует и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ от деформируемого объема. Предел текучести и временное сопротивление металла, определенные на микрообразцах поперечником 1 мм и наименее, также растут в сопоставлении с этими же механическими чертами, определенными на макрообразцах поперечником 6-10 мм. В Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ связи с этим появляется вопрос о способности пересчета черт прочности по чертам твердости на различных масштабных уровнях. Ответ на этот вопрос можно получить, располагая закономерностями конфигурации твердости и прочности металла при переходе Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ от 1-го масштабного уровня к другому.

В реальном разделе диссертационной работы были выполнены опыты и исследования по воздействию масштабного фактора на свойства твердости, определяемые вдавливанием пирамиды под различными нагрузками, и вдавливанием Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ сферических инденторов различного поперечника при условии равенства угла вдавливания (дела поперечника отпечатка к поперечнику индентора). Если за аспект масштабного уровня избрать глубину отпечатка, то эти уровни можно условно разграничить последующим образом. Наноуровень соответствует глубинам отпечатка Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ наименее 0,1 мкм (100 нм), микроуровень – 0,1…1 мкм, мезоуровень –
1…10 мкм, макроуровень > 10 мкм.

Для исследования воздействия масштабного фактора на твердость, определяемую способами Виккерса и Бринелля, были взяты три примерные железные плитки, поверхности которых обрабатывались Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ электролитным методом для снятия поверхностного наклепа. Плитки имели разный уровень макротвердости по Виккерсу, определенной под нагрузкой 5 кГ и с выдержкой под нагрузкой 10 с: плитка I - HV5/10 160, плитка II – HV5/10 200, плитка III – HV5/10 260. При этом Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ эти же плитки имели приблизительно такие же значения макротвердости по Бринеллю, определенные вдавливанием индентора поперечником D = 2,5 мм под нагрузкой 187,5 кГ и с выдержкой под нагрузкой 10 с: плитка I – НВ2,5/187,5/10 162, плитка II Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ – НВ2,5/187,5/10 205, плитка III – НВ2,5/187,5/10 262. При определении твердости по способу Бринелля были сделаны сферические и сфероконические инденторы с радиусами скругления при верхушке R = 0,05 – 5 мм (поперечником D = 0,1 – 10 мм). Вдавливание пирамиды и сферических инденторов с R Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ = 0,05 - 2,5 мм проводили на аттестованном приборе МЭИ-Т7, снабженном сменными силовыми пружинами зависимо от уровня нагрузки вдавливания и микроскопом МПВ-1 для измерения поперечников отпечатков. Вдавливание инденторов с R = 1,5 - 5 мм проводили Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ на универсальной машине «Instron -5982» в режиме нагружения сжатием.

Необходимо подчеркнуть, что при вдавливании пирамиды под различными нагрузками соблюдается условие геометрического подобия за счет всепостоянства угла  меж гранями либо ребрами в верхушке пирамиды (рис Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ. 1). При вдавливании сферического индентора 1-го поперечника под различными нагрузками нарушается условие геометрического подобия за счет конфигурации угла вдавливания , совершенно точно связанного с отношением d/D = sin (/2) (рис. 2). Потому ассоциировать значения твердости по Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ Бринеллю, определяемые вдавливанием сферических инденторов различного поперечника, нужно при d/D = const. Понятно, что при увеличении нагрузки вдавливания на один и тот же сферический индентор происходит повышение твердости по Бринеллю до некого Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ наибольшего значения, которое потом стабилизируется в неком интервале d/D. Для многих конструкционных материалов выход твердости НВ на наибольшее значение НВВ происходит при d/D близком к 0,375. Степень нагружения P/D Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ2, при которой НВ = НВВ, находится в зависимости от уровня твердости материала и регламентирована ГОСТ 9012-59. Для конструкционных машиностроительных материалов P/D2 = 30 кГ/мм2 (294 Н/мм2).

- 8 -



Рис.1. Схема, иллюстрирующая условие геометрического подобия при вдавливании пирамиды Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ и воздействие масштабного фактора на твердость по Виккерсу HV.


Рис.2. Схемы, иллюстрирующие условие геометрического подобия при вдавливании сферического индентора и воздействие масштабного фактора на твердость по Бринеллю НВ.


Таким макаром, выявление масштабного Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ фактора при вдавливании сферических инденторов различного поперечника может быть либо при сопоставлении наибольших значений твердости НВВ либо при сопоставлении значений твердости, определенных при d/D = const. Если избранная степень нагружения обеспечивает получение НВВ Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, то можно ассоциировать НВ при P/D2 = const.

При определении микротвердости металла приготовленных плиток вдавливанием пирамиды малая нагрузка вдавливания составляла 10Г. Тесты проводились на автоматических микротвердомере Buehler Micromet 2500 и твердомере Instron Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ Tukon. На рис. 3, а представлены в графическом виде результаты определения твердости по Виккерсу для 3-х контрольных плиток при разных нагрузках вдавливания P.



а) б)

Рис.3. Конфигурации HV зависимо от P (а) и зависимо от Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ 1/d (б).

Как надо из рис. 3 резкое увеличение твердости HV начинается при нагрузке P  0,5 кГ (область микротвердости). Анализ зависимостей HV – P, представленных на

- 13 -



а) б)

Рис.6. Конфигурации 0,2, В, В зависимо от d0 (а Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ) и конфигурации НВ0,2, НВВ, n в зависимости

от D (б).

Необходимо подчеркнуть, что приобретенные результаты дают возможность оценить безобразцовым методом по чертам твердости значения механических черт 1-го и такого же Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ материала для эталона данного поперечника (поперечного сечения). А в расчетах на крепкость использовать такие значения механических черт, которые соответствуют поперечному сечению эталона, близкому к поперечному сечению сплошной детали. Это позволяет более обоснованно Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ избрать коэффициент, учитывающий воздействие масштабного фактора, при расчетах деталей и конструкций на крепкость.

Другой принципиальный вывод состоит в том, что, невзирая на резкое изменение механических черт при растяжении и вдавливании зависимо от размерных характеристик Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, значения отношений 0,2/НВ0,2 и В/НВВ меняются некординально и приблизительно равны 1/3. Это свидетельствует о том, что связь меж чертами прочности при растяжении образцов и чертами твердости при вдавливании инденторов остается Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ схожей по последней мере на макро- и мезоуровнях деформирования при соблюдении предложенных критерий подобия. Но приобретенных результатов недостаточно для того, чтоб распространить этот вывод на микроуровень. В связи с этим были проведены тесты Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ проволочных образцов поперечником 350 мкм. Эти эталоны за ранее отжигались при 850С для снятия наклепа, а потом испытывались на растяжение. Для испытаний вдавливанием проволочных образцов изготовлялись особые микрошлифы. Для этого отрезки Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ проволок помещались в цилиндрическую обойму, заполненную нагретым и размягченным полистиролом. Продольные оси отрезков выдерживались перпендикулярно основанию цилиндра. После затвердевания полистирола торцы проволок, расположенные в одной плоскости, фрезеровались, шлифовались и полировались. В итоге таковой Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ подготовки можно было вдавливать инденторы малого поперечника в торцы проволочных образцов. Расчеты проявили, что и для проволочных образцов с d0 = 0,30 мм, значения отношений 0,2/НВ0,2 и В/НВВ оказались также приблизительно равными 1/3(см. таблицу 1).

Можно Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ представить, что выявленные закономерности сохраняются и на наноуровне. Но для проверки этого догадки нужно провести тесты металла на растяжение и вдавливание на этом масштабном уровне. В истинной работе такая задачка не Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ ставилась. Вкупе с тем необходимо подчеркнуть, что на наноуровне может проявляться аномальное явление, заключающееся не в увеличении черт прочности и твердости металла, а, напротив, в их понижении. Таковой

- 12 -


выполненные опыты, параметр Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ n также меняется при изменении D; происходит понижение n при уменьшении D и тем в основном, чем меньше D. Установлено, что таковой же нрав конфигурации наблюдается и для ВВД, которое также понижается Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ при уменьшении d0. Таким макаром, характеристики упрочнения n, ВВД при вдавливании и ВРАС при растяжении не являются константами материала, а уменьшаются при уменьшении D и d0. Следствием такового конфигурации характеристик упрочнения является сближение значений НВ Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ0,2 и НВВ при уменьшении D и сближение значений 0,2 и В при уменьшении d0. Понятно, что при отношении 0,2/В, близком к 1, происходит понижение возможности материала к деформационному упрочнению, резкое понижение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ предельной равномерной деформации и увеличение склонности к хрупкому разрушению.

Масштабный фактор влияет не только лишь на значения черт прочности и твердости, да и на форму диаграмм растяжения и вдавливания. На рис. 5 представлены Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ диаграммы растяжения «условное напряжение  - относительное сужение РАС» для образцов поперечником 10, 1.37, 0,62 мм из стали 20 и диаграммы вдавливания той же стали « контактное напряжение по Бринеллю НВ - относительная деформация при вдавливании ВД» для инденторов поперечником 10, 1, 0,4 мм.




а) б Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ)

Рис.5. Диаграммы растяжения (а) и вдавливания (б) стали 20. Поперечникы образцов: 1)- 10 мм, 2)- 1,37 мм, 3)- 0,62 мм. Поперечникы инденторов: 1)-10 мм,2)-1 мм, 3)-0,4 мм


Диаграммы получены в пластической области деформирования в интервале от 0,2 до В при растяжении и Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ от НВ0,2 до НВВ при вдавливании. Видна очевидная аналогия диаграмм растяжения и вдавливания, при всем этом с уменьшением D и d0 диаграммы размещаются выше, а их выход на В и НВВ происходит при Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ наименьших значениях ВРАС и ВВД.. Более того значения ВРАС ВВД.

Более приятное представление об изменении исследуемых механических черт стали 20 при растяжении и вдавливании можно получить из рис. 6. Зависимости, подобные изображенным на рис Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ.6, были получены и для других марок стали с различным уровнем прочности и твердости.

- 9 -


рис. 3, а показал, что при перестройке их в координаты HV – 1/d (d – диагональ отпечатка) получаются фактически прямолинейные Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ зависимости (рис. 3, б) последующего вида:

HV = HV5 + k (1/d), (1)


где k – неизменный коэффициент для данного материала, имеющий размерность кГ/мм.

Для определения коэффициента k довольно выполнить всего два вдавливания пирамиды под различными нагрузками Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ.

Нрав конфигурации твердости по Бринеллю НВ зависимо от поперечника индентора D при P/D2 = 30 кГ/мм2 (294 Н/мм2) для 3-х контрольных плиток показан на рис. 4, а. Как надо из этого Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ рисунка твердость НВ равномерно растет при уменьшении D. При D  0,4 мм масштабный уровень испытаний перемещается в область микроиндентирования и происходит более резкое повышение НВ. Если представить зависимости, показанные на рис. 4, а, в координатах НВ – 1/D Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, то они становятся также фактически прямолинейными при изменении 1/D от 0,4 до 10 (1/мм) (рис. 4, б) и могут быть аппроксимированы последующим уравнением:


НВ = НВ2,5/187,5/5 + k1 (1/D), (2)


где k1 – неизменный коэффициент для данного материала Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, имеющий размерность кГ/мм.



а) б)

Рис 4. Конфигурации НВ зависимо от D (при P/D2 = 294 H/мм2) (а) и зависимо от 1/D (б).


В третьей главе «Общие закономерности воздействия масштабного фактора на крепкость Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ и твердость материалов» изложены результаты исследовательских работ по воздействию масштабного фактора на изменение черт прочности стали при растяжении образцов и черт твердости при вдавливании сферических инденторов. Цель этих исследовательских работ заключалась Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ в установлении общих закономерностей конфигурации черт прочности и твердости на различных масштабных уровнях. Были выполнены тесты по определению предела текучести, временного сопротивления, предельной равномерной деформации при растяжении схожих образцов различного поперечника Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ, также твердости на уровне предела текучести и твердости на уровне временного сопротивления при вдавливании сферических инденторов различного поперечника. Но, сначала были предложены последующие два условия подобия для обоснованного сравнения черт прочности и твердости Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ на различных масштабных уровнях. 1-ое условие обеспечивает схожие

- 10 -


масштабные уровни при деформировании материала растяжением и вдавливанием:


F = М , (3)


где F – абсолютное изменение площади поперечного сечения эталона при растяжении; М – площадь поверхности Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ отпечатка при вдавливании индентора.

2-ое условие обеспечивает однообразные относительные пластические деформации при растяжении и вдавливании:


РАС. = ВД., (4)


где РАС.– относительное сужение эталона при растяжении в области равномерной деформации; ВД.–относительная пластическая деформация при Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ вдавливании индентора.

Для выполнения второго условия нужно было использовать сферический индентор, который позволяет получать разные значения пластической деформации за счет конфигурации угла вдавливания в процессе 1-го нагружения. Для получения разных значений Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ пластической деформации при вдавливании пирамиды нужно использовать набор инденторов с различными углами при верхушке. Не считая того, необходимо подчеркнуть, что при малых глубинах внедрения пирамиды, к примеру на наноуровне, индентирование происходит практически сферическим индентором Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ.

Средняя условная пластическая деформация при вдавливании сферического индентора ВД оценивалась по последующей формуле:


ВД = М/Мо = t/R, (5)


где Мо – половина поверхности шара; t – глубина отпечатка; R – радиус индентора.

Уравнения (3) – (5) позволяют получить Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ связь поперечника индентора D и исходного поперечника эталона при растяжении dо, при которых выдерживаются предложенные условия подобия:


D = 0,707 d0; d0 = 1,414 D. (6)


Для тестов были подобраны прутья из углеродистых сталей марок 20, 30, 45 поперечником Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ 20 мм. От прутьев отрезались шайбы для испытаний на вдавливание и заготовки для производства образцов на растяжение. Поперечникы образцов находились в спектре d0 = 0,62 - 14 мм и были приблизительно выдержаны в согласовании с условием (6) зависимо Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ от соответственных поперечников инденторов D = 0,4 – 10 мм. Рабочие поверхности шайб и образцов подвергались электролитической обработке для снятия наклепа, приобретенного при механической обработке. Тесты на растяжение производились на универсальной машине «Инстрон», позволяющей поменять Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ шкалы нагрузок зависимо от d0. При растяжении были определены не только лишь предел текучести 0,2, временное сопротивление В, да и предельное равномерное сужение ВРАС, абсолютное изменение площади поперечного сечения эталона на уровне предела текучести Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ F0,2 и на уровне временного сопротивления FВ (см. таблицу 1).

При вдавливании инденторов различного поперечника были определены характеристики a и n в уравнении Е. Мейера, параметр A = а D n-2, твердость на Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ пределе текучести НВ0,2, твердость на уровне временного сопротивления НВВ (наибольшая твердость)

- 11 -


и соответственная ей деформация ВВД, площади поверхностей отпечатков на уровне предела текучести M0,2 и на уровне временного сопротивления МВ.

Значения НВ0,2 и НВВ Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ были определены по методике, разработанной в МЭИ и рассчитывались по последующим формулам:


НВ0,2 = (2А/) [(d/D)n0,2)/0,2ВД]; НВв = (2А/) [(d/D)nВ)/BВД, (7)


где (d/D)0,2 – относительный поперечник отпечатка, соответственный НВ0,2 при Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ деформации 0,2ВД=0,002; (d/D)В – относительный поперечник отпечатка, соответственный НВВ при деформации ВВД.

Меж (d/D)В и параметром упрочнения n существует конкретная связь:


(d/D)В = [n(n-2)]1/2 / (n-1). (8)


Из формул Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ (5) и (8) следует:

ВВД = (n-2)/(n-1). (9)


Таблица 1. Результаты определения механических черт стали 20 растяжением образцов различного поперечника d0 и вдавливанием инденторов различного поперечника D (радиуса R)


Растяжение

d0, мм

14,18

10,11

7,01

5,69

4,34

3,45

2,71

1,37

0,62

0,30*

0,2 * 10-1, Н/мм2

24,8

25,7

26,2

27,1

27,9

30,6

32,7

40,4

53,9

80,2

в * 10-1, Н/мм2

39,1

39,8

40,6

41,0

41,7

42,8

43,5

45,1

60,3

83,4

врас, %

22,0

19,5

18,0

17,5

16,0

15,0

14,0

10,0

5,4

3,0

F Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ0,2 рас, мкм2

3,16

х105

1,6

х105

7,72

х104

5,08

х104

2,96

х104

1,87

х104

1,15

х104

2,94

х103

6,02

х102

1,41

х102

Fв рас, мкм2

3,47

х107

1,56

х107

6,95

х106

4,44

х106

2,37

х106

1,40

х106

8,08

х105

1,47

х105

1,62

х104

2,10

х103

Вдавливание

D(R), мм

10(5)

7,1(3,55)

5(2,5)

4(2,0)

3(1,5)

2,5(1,25)

2(1,0)

1(0,5)

0,4(0,2)

0,2(0,1)

n

2,27

2,24

2,215

2,21

2,20

2,17

2,15

2,10

2,06

2,03

НВ0,2 * 10-1, Н/мм2

69,3

75,9

82,0

83,8

88,4

99,1

106,3

126,8

126,8

253

НВв Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ * 10-1, Н/мм2

114,3

117,6

118,7

120,0

121,0

125,0

131,9

146,6

179,8

262

ввд, %

21,3

19,3

17,7

17,4

16,7

14,5

13,0

9,1

5,7

2,9

М0,2вд, мкм2

3,14

х105

1,6

х105

7,85

х104

5,02

х104

2,83

х104

1,96

х104

1,26

х104

3,14

х103

5,02

х102

1,26

х102

Мввд,

мкм2

3,34

х107

1,54

х107

6,94

х106

4,37

х106

2,35

х106

1,42

х106

8,16

х105

1,43

х105

1,43

х104

1,80

х103

0,2/НВ0,2

0,358

0,339

0,320

0,323

0,316

0,309

0,308

0,319

0,321

0,317

в Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ/НВв

0,342

0,338

0,342

0,342

0,344

0,342

0,330

0,308

0,335

0,318

 Эталоны с d0 =0,3 мм сделаны из проволоки


Анализ результатов испытаний, представленных в таблице 1, позволяет сделать последующие выводы. Имеется полная аналогия в изменении механических черт, определенных растяжением и вдавливанием. В интервале d0 = 14 – 1,4 мм наблюдается однообразное увеличение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ 0,2 и В, но при do  1 мм происходит существенное увеличение этих механических черт. Такая же картина наблюдается и для конфигурации НВ0,2 и НВВ: однообразное увеличение при вдавливании инденторов поперечником D = 10-1 мм и существенное увеличение Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых вак РФ при D  1 мм. Но больший энтузиазм представляет изменение характеристик n, ВВД, ВРАС. Принято считать, что параметр упрочнения n не находится в зависимости от D. Но, как проявили

osnovnie-raschetnie-trebovaniya.html
osnovnie-raspredeleniya-v-teorii-veroyatnostej-chast-3.html
osnovnie-razdeli-demografii.html