Введение к работе
Актуальность темы:
Микропластичность - это явление, отражающее неоднородность протека
ния пластической деформации в отдельных локальных Объёмах материала
(Н.Н.Давіщенков). '" - г:>. > .
К настоящему времени достигнуты значительные успехи в области изучения микропластичности с применением широкого спектра методов ее исследования (мегоды внутреннего трения', методы микромеханическнх испытании, микроструктурные методы, различные физические методы и т.д.).
В то же время, многие аспекты деформационного поведения начальных стадий пластической деформации и применения ее параметров для оценки важных эксплуатационных характеристик сталей (предела упругости, предела текучести, ударной вязкости, предела усталости, уровня демпфирования, предельной пластичности и др.) не получили достаточного освещения. В частности, требует дополнительного изучения вопрос установлення связей между параметрами микропластической деформации при релаксации напряжений, структурой и практически важными эксплуатационными механическими свойствами конструкционных сталей и сплавов. Нет систематических исследований деформационного поведения и кинетики механизмов микропластической деформации (МПД) при релаксации напряжений в металлических поликристаллических материалах. Вызывает особый научный и практический интерес исследования механизмов МПД и их установленные связи с физико-механическими свойствами в условиях карбидообразовашш при отпуске закаленных углеродистых сталей. Отсутствует простой эффективный метод исследования МПД, позволяющий анализировать структуру и оценивать эксплуатационные механические свойства конструкционных сталей.
В связи с этим, весьма актуальным является создание методики определения и использования параметров МПД для оценки и контроля эксплуатационных свойств конструкционных сталей н сплавов на основе изучения МПД при релаксации напряжений.
Результаты исследования МПД методом релаксации напряжений могут быть успешно применены для решения широкого круга практических задач: контроля эксплуатационного механического состояния основного металла корпусов реакторов АЭС и труб пароперегревателей ТЭЦ; выбора материалов и оптимальных режимов их термического упрочнения упругих элементов гидроакустических излучателей специального назначения с максимальным уровнем предела выносливости: выбора материала коронок бурильных долот с максимально возможной демпфирующей способностью; контроля охрупчивания сталей и процессе их термообработки.
Цели и задачи работы: Целью работы является установление связей между закономерностями микропластической деформации при релаксации напряжений, структурой, составом и физико-механическими свойствами металлических поликристаллических материалов, а также разработка рекомендаций по применению параметров микропластнческой деформации для анализа структуры и эксплуатационных механических свойств сталей.
В работе были поставлены следующие задачи:
Разработка инструментальных, методических и программных средств проблемно-ориентированных на экспериментальное изучение МПД при релаксации напряжений в сплавах.
Изучение влияния состава и структуры на закономерное МПД при релаксации напряжений в металлических поликристаллических материалах: в разбавленных твердых растворах и гетерофазных сплавах.
Анализ основных закономерностей МПД при релаксации напряжений и установление связей между поведением параметров МПД при релаксации напряжений, микромеханизмами начальных стадий пластической деформации и физико-механическими свойствами отпущенных углеродистых сталей.
Изучение корреляционных связей между параметрами МПД при релаксации напряжений и практически важными механическими характеристиками сталей с разработкой рекомендаций по применению параметров МПД для анализа структуры и эксплуатационных механических свойств конструкционных сталей при решении различных технических задач.
На защиту выносятся следующие основные положения, определяющие научную новизну полученных в работе результатов:
-
Впервые изучены закономерности микропластической деформации при релаксации напряжений в металлических поликристаллических материалах и определен комплекс физически обоснованных реологических параметров МПД, которые зависят от состава и структуры материалов и позволяют по результатам измерения МПД анализировать микроструктурные изменения материалов в процессе термообработки и эксплуатации.
-
Установлены основные закономерности микропластической деформации в условиях релаксации напряжений отпущенной углеродистой стали (У10А) в различных структурных состояниях, позволяющие установить связи между поведением реологических параметров, состоянием структуры и физико-механическими свойствами и объяснить аномалии свойств стали, обусловленные процессами карбидообразования при ее отпуске.
-
Показано, что для широкого круга конструкционных материалов существуют корреляционные связи между реологическими параметрами микропластической деформации и важнейшими механическими характеристиками материалов: пределом текучести, пределом усталости, ударной вязкостью, коэффициентом поглощения (демпфирования), предельной пластичностью.
-
Разработаны и созданы инструментальные, методические и программные средства автоматизированной системы исследования микропластической деформации (АС МПД) для изучения закономерностей начальных стадий пластической деформации при релаксации напряжений.
ПРЙКтиткЦЯ Ценность рцботьі:
Экспериментальные исследования МПД при релаксации напряжений и возможность определения ее реологических параметров образцов на специально созданной автоматизированной системе позволили:
1. Установить корреляцию между параметрами МПД и величиной коэффициента.ударной вязкости и на этой основе показать принципиальную возможность контроля эксплуатационного механического состояния основного металла корпуса ВВР реактора АЭС (сталь 15Х2НМФА).
-
Установить корреляцию между параметрами МПД и уровнем предела усталости и на этой основе провести ускоренный выбор наиболее перспективных сталей (6ХС, 9ХС, ВКС-210) и определить оптимальные,режимы термообработки для упругого элемента гидроакустических излучателей специального назначения, работающих в резонансном колебательном режиме.
-
На основе установленной корреляции между параметрами МПД и коэффициентом демпфирования (внутреннего трения) удалось провести выбор порошковых сплавов (Fe-Cr-Al, Fe-Cr-Al-Cu, Fe-Cu разработки НПО "Тулчермет") и режимов их термического упрочнения, обеспечивающих при максимально возможной демпфирующей способности, увеличение эксплуатационного ресурса коронок бурильных долот.
-
Применить установленные в работе закономерности МПД при релаксации напряжений для дальнейшего развития теоретических основ описания начальных стадий пластической деформации в металлических поликристаллических материалах.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертации были представлены на научных конференциях: Всесоюзна конференция "Методы и средства тензометрии и их применение в народном хозяйстве" (Свердаговск, 1989 г.); Всесоюзная конференция "Механика и физика разрушений хрупких материалов" (Киев, 1990 г.); VI Республиканская научно-техническая конференция "Демпфирующие материалы" (Киров, 199! г.); Научно-технический семинар "Проектирование современных машин,- их элементов и систем" (Нижегородский политехнический институт, Н.Новгород, 1991); Всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы создания и эксплуатации испытательной техники (Иваново, 1991 г.); Научно-техническая конференция "Проблемы современных материалов и, технологий, производство наукоемкой продукции" (Пермь, 1993 г.);. УД Российская научно-техническая конференция "Демпфирующие материалы" (Киров, 1994 г.); Материалы совещания "Новые методы технического диагностирования и прогнозирования остаточного ресурса конструкций и оборудования, работающего под давлением" (Новополоцк, 1997 г.).
По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.
