Толстолистовой прокат с изменяющимися механическими свойствами по толщине

Исследовано влияние одностороннего ускоренного охлаждения толстолистовой судостроительной стали А32 толщиной 10 мм наструктуру и механические свойства. Вследствие такого охлаждения по толщине заготовки формируется непрерывный спектр микроструктур от феррито-бейнитной на ускоренно охлажденной поверхности до феррито-перлитной на противоположной. Поэтому по толщине заготовки прочностные свойства уменьшаются от ускоренно охлажденной поверхности к противоположной. Таким образом, градиент прочностных характеристик (твердости, предела текучести и временного сопротивления разрыву) по толщине заготовки направлен к ускоренно-охлажденной поверхности. Для сравнительного анализа другие партии заготовок подвергали нормализации и закалке с высоким отпуском.

Анализ механических свойств показал, что прочностные и пластические свойства образцов при одностороннем ускоренном охлаждении находятся на уровне свойств образцов при термоупрочненном состоянии. При испытании на ударный изгиб образцов с изменяющимся распределением механических свойств по толщине показано, что работа удара зависит от соотношения направлений градиента прочностных свойств и приложения нагрузки. Показано, что при испытании на ударный изгиб при температуре –40 °С в случае, если направление приложения нагрузки противоположно градиенту прочностных свойств, работа удара составляла более 300 Дж (образец не разрушился). При совпадении направлений градиента сопротивления деформации и приложения нагрузки работа удара составляла 262 Дж. Таким образом, если направление градиента сопротивления деформации совпадает с направлением действия внешней приложенной нагрузки, то это приводит к повышению пластичности стали. Показано, что, зная распределение прочностных характеристик (предела текучести, временного сопротивления разрыву) по толщине образца, можно рассчитать интегральные значения предела текучести и временного сопротивления разрыва образца. Величина относительного удлинения по толщине увеличивается от ускоренно охлажденной поверхности к противоположной. Интегральное относительное удлинение образца не больше наименьшего значения относительного удлинения по толщине. При изменяющейся прочности по толщине заготовки при изгибе неизбежно смещение нейтральной линии деформации относительно геометрически средней линии в направлении градиента прочностных свойств. Положение нейтральной линии деформации при изгибе предлагается определять по значению экспериментального интегрального предела текучести (временного сопротивления разрыву).

1. Пат. Украины № 75518. Способ упрочнения листового проката / Максимов А.Б. Опубл. 17.04.2006. Бюл. № 4.

2. Maximov A.B., Gadeyev A.V. Thermally reinforced steel flat product // International Robotics & Automation Journal. 2018. Vol. 5. No. 4. P. 343 – 345.

3. Максимов А.Б. Особенности разрушения неоднородного материала // Новые материалы и технологии в металлургии и машиностроении. 2012. № 2. С. 130, 131.

4. Максимов А.Б., Гуляев М.В. Поверхностное упрочнение сталей для изделий шахтного оборудования // Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. № 2. С. 370 – 375.

5. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: Металлургия, 1985. – 408 с.

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

7. Danchenko V.N. Metal forming. – Dnepropetrovsk: NMetAU, 2007.– 183 p.

8. Gasko M., Rosenberg G. Correlation between hardness and tensile properties in ultra – high strength dual phase steel – short communication // Materials Engineering. 2011. No. 18. P. 155 – 159.

9. Nobuhito Fujeta, Kazukisa Kusumi, Tochmasa Tomokijo. Present Situation and Future Trend of Ultra – High Strength Steel Sheets of Auto –Body // Nippon Steel technical reports. 2013. No. 103. P. 99 – 103.

10. Douthwaite R.M. Relationship between the hardness, flow stress, and grain size of metals // Journal of the Iron and Steel Institute. March, 1970. P. 265 – 269.

11. Farrell K., Loh B.T.L. Hardness-Flow Stress-Grain-size relationships in iron // Journal of the Iron and Steel Institute. November, 1971. P. 915 – 917.

12. Чукин М.В., Полецков П.П., Гущина М.С., Бережная Г.А. Опрделение механических свойств высокопрочностных и сверх-прочностных сталей по твердости // Производство проката. 2016. № 12. С. 37 – 42.

13. Фридман А.В. Механические свойства металлов. Ч. 1. Деформация и разрушение. – М.: Машиностроение, 1972. – 472 с.

14. Atsushi Monden, Kei Miyanishi, Shingo Yamasaki Tatsuro Ochi / Development of Middle – carbon Steel Bars and Wire Rods for Cold Forging // Nippon Steel Technical Reports. 2013. No. 103. P. 127 – 132.

15. Liu D.L., Huo X.D., Wang Y.L. and Sun X.W. Aspects of microstructure in low carbon steels produced by the CSP process // J. Univ. Sci. Technol. B. 2003. Vol. 4. No. 10. P. 1 – 6.

16. Потапова Л.Б. Механика материалов при сложном напряженном состоянии. Как прогнозируют предельные напряжения. – М.: Машиностроение-1, 2005. – 244 с.

17. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. – М.: Металлургия, 1977. – 60 с.

18. Нотт Дж.Ф. Основы механики разрушения. – М.: Металлургия, 1978. – 256 с.

19. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 2. – СПб.: Лань, 2018. – 612 с.

20. Wang Su-Fen, Peng-Yan, Li Zhi-Jie. Work – Hardening and Deformation Mechanism of Cold Rolled Low carbon Steel // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2013. Vol. 3. No. 5. P. 823 – 828.

21. ASM Handbook, Vol. 1: Properties and Selection: Irons, Steels and High-Performance Alloys. ASM Handbook Committee. P. 673 – 688.

22. Васильев Г.Г., Елагина Т.В. О целесообразности учета величины отношения предела текучести к временному сопротивление при выборе труб для строительства в сложных условиях // Трубопроводный транспорт. Теория и практика. 2013. № 5 (39). С. 34 – 38.