ВЛИЯНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В работе исследовано влияние повреждаемости структуры низколегированных и углеродистых сталей, образующейся при циклической деформации изгибом, на коэрцитивную силу и электросопротивление. Образцы из низколегированных и углеродистых сталей  (09Г2С, 10Г2С1 и Ст3сп) деформировали циклически по схеме чистого изгиба по симметричному циклу со степенью разовой деформации 2 и 5  %. Повреждаемость стали оценивали по отношению числа циклов изгиба к числу изгибов при разрушении. Увеличение повреждаемости до 0,2 – 0,3 сопровождается интенсивным упрочнением, а затем происходит стабилизация. Упрочнение стали обусловлено развитием дислокационной структуры (увеличением плотности дислокаций). По мере формирования ячеистой дислокационной структуры интенсивность упрочнения понижается. Коэрцитивная сила с увеличением степени деформации при растяжении возрастает по затухающей кривой. Аналогично изменяется электросопротивление. При циклической деформации коэрцитивная сила изменяется сложным образом. Это объясняется характером изменения дислокационной структуры и возникновением напряжений сжатия вблизи поверхности образца и напряжений растяжения в центре. Поскольку при изгибе деформация равномерно возрастает от центра к поверхности, то до некоторой степени деформации происходит процесс «залечивания» дефектов. Поэтому возникает некоторый слой в центральной части образца с  частично восстановленной структурой. Вследствие постоянного смещения нейтральной линии деформации с сторону сжатых волокон ширина слоя восстановленной структуры становится меньше. Кроме того, количество циклов деформации приводит к снижению степени разовой деформации, при которой происходит восстановление структуры стали. При циклической деформации электросопротивление вначале немного возрастает, затем стабилизируется, а потом скачкообразно возрастает. Такое скачкообразное изменение электросопротивления сталей при циклической деформации, повидимому, обусловлено возникновением вакансий при смене направления деформирования. Процесс стабилизации значений электросопротивления связан с частичным восстановлением структуры, которое при циклической деформации обуславливает меньшее упрочнение стали, чем при односторонней деформации. На основании проведенных исследований сделан вывод о возможности осуществлять контроль повреждаемости структуры по изменению физико-механических свойств сталей. 

1. Иванова В.С., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 456 с.

2. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.И. Кинетическая природа прочности твердых тел. – М.: Наука, 1974. – 560 с.

3. Ибатуллин И.Д. Кинетика усталостной повреждаемости и разрушения поверхностных слоев. – Самара: Изд-во Самарского гос. техн. ун-та, 2008. – 387 с.

4. Дронов В.С., Селиверстов Г.В. Кинетика развития усталостной повреждаемости в малоуглеродистой стали // Изв. Тул. ГУ. Сер. Подъемно-транспортные машины и оборудование. 2006. Вып. 7. С. 207 – 212.

5. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. – М.: Металлургия, 1984. – 280 с.

6. Мацевитый В.М., Безлюдько Г.Я, Козак И.Б и др. Изменение коэрцитивной силы при статическом и усталостном нагружении образцов из стали ШХ15 // Проблемы прочности. 2012. № 3. С.151 – 155.

7. Гальцев А.В. Закономерность проявления эффекта Баушингера в деформационно упрочненных после закалки металлах с ГЦК структурой на примере чистого никеля: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Белгород, 2008. – 23 с.

8. Ueta M., Kauzig W. Generation of electron traps by plastic flow in alkali halides // Physicalreview. 1955. Vol. 97. No. 6. Р. 1591 – 1595.

9. Hempel M., Kochendörfer A., Hillnhagen E. Einfluß der Kristallorientierung auf die Ausbildung von Gleitspurenan der Oberflächebie gewechselbeanspruchter α-Eisen-Einkristallproben // Archiv für das Eisenhüttenwesen.1957. Vol. 57. Issue 8. P. 433 – 444.

10. Подгайский М.С., Максимов А.Б., Нескуб Ю.П. Влияние деформации циклическим изгибом на дислокационную структуру стали 10Г2С1 // Изв. АН СССР. Металлы. 1984. № 4. С. 131 – 133.

11. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. – М.: МГТУ, 2000. – 592 с.

12. Горкунов Э.С., Емельянов И.Г., Митропольская С.Ю. Определение напряженного состояния растянутого стержня по его измеренным магнитным характеристикам // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49. № 5. С. 205 – 211.

13. Горкунов Э.С., Смирнов С.В., Задворкин С.М. Взаимосвязь между параметрами напряженно-деформированного состояния и магнитными характеристиками углеродистых сталей // Физика металлов и металловедение. 2007. № 3. С. 1 – 6.

14. Максимов А.Б., Гуляев М.В. Распределение прочности по толщине бруса при пластическом циклическом изгибе // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2005. № 2. С. 39 – 43.

15. Лухвич А.А. Влияние дефектов на электрические свойства металлов. – Минск: Наука и техника, 1976. – 104 с.

16. Dawson H.Y. Electric resistivity and shear modulus of copper during cyclic stressing // Journal of Applied Physics. 1968. Vol. 39. No. 7. Р. 3022 – 3025.

17. Williams C.R., Lee Y.L., Rilly J.T. A practical method for statistical analysis of strain-life fatigue data // Int. J. Fatigue. 2003. No. 25. P. 427 – 436.

18. Shah M.B., Bose M.S.C. Magnetic NDT technique to evaluate fati gue amage // Physica status solidi (a). 1984. Vol. 86. No. 1. P. 275 – 281.

19. Lo C.C.H., Tang F., Biner S.B., Jilis D.C. Effects of fatigue-induced changes in microstructure and stress on domain structure and magnetic properties of Fe-C alloys // J.Appl. Phys. 2000. Vol. 87. No. 9. P. 6520 – 6522.

20. Одинг И.А., Иванова В.С. Механизм зарождения трещин усталости в металлах и особенности их развития. –В кн.: Вопросы механической усталости. –М.: Машиностроение, 1964. С. 239 – 265.

21. Максимов А.Б. Исследование пластической деформации при циклическом растяжении –сжатии // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2010. № 1. С. 61 – 66.