Оценка трещиностойкости конструкционной стали 38ХН3МФА-Ш по характеристикам изломов и значениям скоростей упругих волн

Приведены результаты исследования влияния температуры отпуска на параметры статической прочности и трещиностойкости конструкционной особо высококачественной стали 38ХН3МФА-Ш. Проведено исследование рельефа поверхности разрушения методом электронного фрактографического анализа после термической обработки. Обнаружена связь характеристик изломов с критическим коэффициентом интенсивности напряжений. Исследовано влияние температуры отпуска на скорость ультразвуковых объемных волн. Найдена линейная связь между скоростью упругих волн и критическим коэффициентом интенсивности напряжений стали. Полученная зависимость позволяет провести оценку изменения трещиностойкости стали неразрушающим методом контроля при вариации температуры отпуска. Методом электронной фрактографии проведен анализ изломов образцов с трещиной. Исследования рельефа поверхности разрушения после различных режимов термической обработки показали, что микрорельеф представлен уплощенными ямками-конусами. Повышение температуры отпуска сопровождается увеличением диаметра ямок-конусов на поверхности разрушения. Между параметром трещиностойкости и диаметром ямок установлена квадратичная зависимость. Показано, что вклад структурного состояния матрицы феррита в значение трещиностойкости намного более весомый, чем вклад обособленных карбидов. Измерены скорости упругих волн в стали, установлено, что их значение возрастает с повышением температуры отпуска. Сделан прогноз характеристик прочности и трещиностойкости конструкционной стали при высоких отпусках по значениям скорости поперечных волн. Отклонение спрогнозированных значений трещиностойкости K1C и предела прочности σв от экспериментальных составляет не более 5,4 и 12,6% соответственно.

1. Владимиров В. И. Физическая природа разрушения металлов. – М.: Металлургия, 1984. – С. 264.

2. Gross D., Seelig T. Fracture Mechanics:Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. – P. 74.

3. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей. – Новосибирск: Наука, 1996. – С. 43.

4. Raj B., Moorthy V., Jayaku mar T., Rao K. B. S. Assessment of microstructures and mechanical behaviour of metallic materials through non-destructive characterization // International Materials. Reviews. – 2003. – V. 48, N 5. – P. 273–325.

5. Droney B. E., Klinman R. Ultrasonic techniques for determining the mechanical properties of steel // AIP Conference Proceedings. – 1982. – V. 84. – P. 210.

6. Павлов А. М., Павлов А. В., Жилкашинова А. М., Сатбаева З. А. Исследование связи скорости ультразвука с механическими свойствами литой стали // Технические науки – от теории к практике. – 2016. – № 8 (56). – С. 60–68.

7. Ботаки A. A., Ульянов В. Л., Шарко A. B. Ультразвуковой контроль прочностных свойств конструкционных материалов. – М.: Машиностроение, 1983. – С. 11.

8. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Э. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. Кн. 1 / Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – С. 134.

9. Криштал М.М., Ясников И. С., Полунин В. И. Сканирующая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ в примерах практического применения / Под общ. ред. М. М. Криштала. – М.: Техносфера, 2009. – С. 34.

10. Изотов В.И., Киреева Е.Ю. Исследование особенностей хрупкого разрушения углеродистой стали в различных структурных состояниях методом растровой электронной микроскопии подтравленной поверхности изломов // Физика металлов и металловедение. – 2011. – Т. 112, № 3. – С. 320– 327.

11. Практическая растровая электронная микроскопия / Пер. с англ. / Под ред. Дж. Гоулдстейна и Х. Яковица. – М.: Мир, 1978. – 642 с.

12. Гуляев А. П., Гуляев А. А. Металловедение. – М.: ИД «Альянс», 2011. – 644 с.

13. Курдюмов Г. В. Явления закалки и отпуска стали. – М.: Металлургиздат, 1960. – 64 с.

14. Шайманов Г. С., Симонов М. Ю., Симонов Ю. Н., Перцев А. С. Особенности поверхности разрушения стали 09Г2С после холодной радиальной ковки // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. – 2016. – Т. 18, № 3. – С. 119–134.

15. Георгиев М. Н., Липчин Н. Н., Симонов Ю. Н. Связь структуры металла с фрактографическими особенностями поверхности усталостных изломов // ФММ. – 1987. – Т. 63, № 3. – С. 622– 624.

16. Григоренко В. Б., Морозова Л. В., Орлов М. Р. Исследование причин появления участков с различной морфологией излома в кованых заготовках из стали 38ХН3МФА // Труды ВИАМ. – 2014. – № 8. – С. 11.

17. Ботвина Л. Р. Разрушение. Кинетика, механизмы, общие закономерности. – М.: Наука, 2008. – С. 25.

18. Георгиев М. Н., Догадушкин В. Ю., Межова Н. Я., Минаев В. Н., Строк Л. П. О механизме распространения усталостной трещины в металлических материалах // ФХММ. – 1982. – Т. 18, № 4. – С. 35–42.

19. Белоусов М. В., Черепин В. Т., Васильев М. А. Превращения при отпуске стали. – М.: Металлургия, 1973. – С. 32.

20. Souissi M., Numakura H. Elastic properties of Fe−C and Fe−N martensites // ISIJ International. – 2015. – V. 55, N. 7. – P. 1512–1521.

21. Воробьев Р. А., Евстифеева В. В., Литовченко В. Н., Мишакин В. В., Дубинский В. Н. Применение ультразвуковой диагностики для оценки трещиностойкости стали 38ХН3МФА // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2018. – Т. 84. № 2. – С. 64–69.

22. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1978. – С. 305.