blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2014-12-56-62blackmet-611Research ArticleТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОДБОРКА СТАТЕЙ «НАНОСТРУКТУРНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»TOPICAL COLLECTION OF ARTICLES «NANOSTRUCTURED MATERIAL SCIENCE»ВЛИЯНИЕ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ Zr+ НА СТРУКТУРУ И УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТАЛИ 30ХГСН2АTHE INFLUENCE OF Zr+ ION-BEAM PROCESSING ON STRUCTURE AND FATIGUE DURABILITY OF 30CrMnSiNi2 STEELВласовИ. В.VlasovI. V.

техник лаборатории, инженер кафедры

Technician of laboratory of Physical Meso-mechanics and non-destructive testing, Engineer

ПанинС. В.PaninS. V.

д.т.н., профессор, заместитель директора по научной работе,профессор кафедры

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Deputy Director on research, Professor

svp@ispms.tsc.ruСергеевВ. П.SergeevV. P.

д.т.н., профессор, заместитель директора по научно-производственной работе,профессор кафедры

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Deputy Director on research and development, Professor

РамасуббуСундерRamasubbuSunder

к.т.н., доцент кафедры

Cand. Sci., Assist. Professor

МарущакП. О.MarushchyakP. O.

д.т.н., профессор кафедры

Dr. Sci. (Eng.), Professor

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН(634021, Россия, Томск, пр. Академический, 2/4) Национальный исследовательский Томский политехнический университет(634036, Россия, Томск, пр. Ленина, 30)РоссияInstitute of strength physics and materials science SB RAS (2/4, Akademicheskii pr., Tomsk, 634036, Russia) National Research Tomsk Polytechnic University (30, Lenina pr., Tomsk, 634036, Russia)Russian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университет(634036, Россия, Томск, пр. Ленина, 30)РоссияNational Research Tomsk Polytechnic University (30, Lenina pr., Tomsk, 634036, Russia)Russian FederationТернопольский национальный технический университет им. И. Пулюя(46001, Украина, ул. Русская, 56)УкраинаI. Pulyi Ternopil State Technical University (56, Russkaya st., Ternopol’, 46001, Ukraine)Ukraine20140104201557125662Copyright © Власов И.В., Панин С.В., Сергеев В.П., Рамасуббу С., Марущак П.О., 20152015Власов И.В., Панин С.В., Сергеев В.П., Рамасуббу С., Марущак П.О.Vlasov I.V., Panin S.V., Sergeev V.P., Ramasubbu S., Marushchyak P.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/611

Методами оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, а также рентгенодиффракционого анализа изучена структура поверхностного слоя высокопрочной стали 30ХГСН2А, модифицированной ионно-лучевой обработкой. Выявлено формирование разупрочненного поверхностного слоя глубиной до 100 мкм, образованного в результате нагрева образцов в процессе обработки. Проведены испытания на статическое и циклическое растяжение образцов без обработки и после облучения пучком ионов циркония. Обнаружено,  что  модифицированный  поверхностный  слой  в  процессе  циклического нагружения сдерживает зарождение и развитие усталостной трещины, что приводит к более равномерному распределению деформации по рабочей части образца. Проанализированы различия  в  характере  деформационного  поведения,  а  также  изменения механических  свойств. По полученным в процессе испытания фотографиям образцов построены поля векторов перемещений и распределения деформации, иллюстрирующие закономерности развития усталостной трещины в образцах без обработки и после облучения. На основании полученных данных обсуждаются причины повышения усталостной долговечности обработанных образцов. 

The structure of a surface layer of highstrength 30CrMnSiNi2 steel modified by means of ion beam treatment was investigated by optical,  scanning  electron  and  transmission  electron microscopy  as well  as  X-ray  diffraction  analysis.  Formation  of  softened  surface layer with depth up  to 100 μm was  revealed due to the specimens heating in the course of treatment. Cyclic and static tension tests have been carried out for steel specimens in assupplied state and after surface irradiation by Zr+ ion beam. It is revealed that modified surface layer during cyclic  loading  inhibits  initiation and development of a fatigue  crack,  resulting  in  a more uniform  strain distribution  along the working part of  the  specimen. Differences of  the  specimen deformation behavior  and  changes of  their mechanical properties  are analyzed. Displacement  vectors  and  strain  distribution  fields were constructed  according  to micrographs  obtained  during  tests, which illustrate  regularities of  fatigue crack growth  in  specimens without treatment and after irradiation.. 

усталостная долговечность ионно-лучевая обработка деформация разрушениеfatigue life-time ion-beam treatment strain fractureReferencesHui W., Dong H., Weng Y., Shi J., Wang M. Long life high strength steels to resist fatigue failure and delayed fracture – in advanced steels: the recent scenario in steel science and technology. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag GmbH; 2011.Hui W., Dong H., Weng Y., Shi J., Wang M. Long life high strength steels to resist fatigue failure and delayed fracture – in advanced steels: the recent scenario in steel science and technology. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag GmbH. 2011.Murakami Y., Endo M. // International Journal of Fatigue. 1994. Vol. 16. P. 163 – 182.Murakami Y., Endo M. Effects of defects, inclusions and inhomogeneities on fatigue strength. International Journal of Fatigue. 1994, Vol. 16, pp.163–182.Panin V.E., Egorushkin V.E. // Physical Mesomechanics. 2013. Vol. 16. № 4. P. 267 – 286.Panin  V.E.,  Egorushkin  V.E.  Curvature  solitons  as  generalized structural wave carriers of plastic deformation and fracture. Physical Mesomechanics. 2013, Vol. 16, no. 4, pp. 267–286. Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. // Physical Mesomechanics. 2012. Vol. 15. № 3-4. P. 133 – 146.Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V. Nonlinear wave processes in a deformable solid as a hierarchically organized system. Physical Mesomechanics. 2012, Vol. 15, no. 3-4, pp. 133–146. Mallory C. Casperson, Jay D. Carroll, John Lambros etc. // International Journal of Fatigue 2014. Vol. 61. P. 10 – 20.Mallory C. Casperson, Jay D. Carroll, John Lambros, Huseyin Sehitoglu, Robert H. Dodds Jr. Investigation of thermal effects on fatigue crack  closure  using  multiscale  digital  image  correlation  experiments. International Journal of Fatigue. 2014, Vol. 61, pp. 10–20.Babu M.N., Dutt B.S., Venugopal S. etc. // Mater Sci. Eng. A 2010. Vol. 527(20). P. 5122 – 9. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea. 2010.04.075.Babu M.N., Dutt B.S., Venugopal S., Sasikala G., Bhaduri A.K., Jayakumar T., Raj B. On the anomalous temperature dependency of fatigue crack growth of SS 316(N) weld. Mater Sci. Eng. A 2010, Vol. 527(20), pp. 5122–9. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2010.04.075.Panin S.V., Vlasov I.V., Sergeev V.P. etc. // Physical Mesomechanics. 2013. Vol. 16. № 2. P. 170 – 182.Panin  S.V.,  Vlasov  I.V.,  Sergeev  V.P.,  Sungatulin A.R.,  Kalashnikov  M.P., Poltaranin M.A., Ovechkin B.B. Increasing the fatigue life of 12Cr1MoV  steel by  surface nanostructuring with a Zr+  ion beam. Structure, properties and fracture pattern. Physical Mesomechanics. 2013, Vol. 16, no. 2, pp. 170–182. Марочник сталей и сплавов / Под общей ред. А.С. Зубченко – М.: Машиностроение, 2003. – 784 с.Zubchenko A.S., Koloskov M.M., Kashirskii Yu.V. etc. Marochnik stalei i splavov [Steels  and  alloys  grade  guide]. Moscow: Mashinostroenie, 2003. 784 p. (In Russ.).Панин С.В., Юссиф С.К., Сергеев В.П. и др. // Перспективные материалы. 2011. Т. 1. № 13. Спец. выпуск. С. 177 – 186.Panin S.V., Yussif S.K., Sergeev V.P. Vlasov I.V., Panin A.V., Lyubutin P.S., Poltaranin M.A. Multiple cracking as a way to increase fracture  resistance  of  the  surface  hardened  materials.  Perspektivnye materialy. 2011, Vol. 1, no. 13, special issue, pp. 177–186. (In  Russ.). Панин В.Е., Сергеев В.П., Панин А.В. Наноструктурирование поверхностных слоев конструкционных материалов и нанесение наноструктурных покрытий. – Томск: изд. Томского политехн. ун-та, 2008. – 286 с.Panin V.E., Sergeev V.P., Panin A.V. Nanostrukturirovanie poverkhnostnykh sloev konstruktsionnykh materialov i nanesenie nanostrukturnykh pokrytii [The nanostructuring of the surface layers of structural materials and application of nanostructured coatings]. Tomsk: izd. Tomskogo politekhn. un-ta, 2008. 286 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.