РОЗДІЛ 2.
ВИЗНАЧЕННЯ СХИЛЬНОСТІ МАТЕРІАЛІВ ДО ЦИКЛІЧНОГО ДЕФОРМАЦІЙНОГО ЗМІЦНЕННЯ І ЙОГО ВИЗНАЧЕННЯ ДЛЯ ДОВІЛЬНИХ РЕГУЛЯРНИХ ЦИКЛІЧНИХ ТРАЄКТОРІЙ
Виходячи із попереднього аналізу за циклічними властивостями матеріали можна віднести до двох класів - чутливі та нечутливі до непропорційності циклу, тобто відповідно схильні до значного деформаційного зміцнення за складного циклічного навантажування і не схильні. На практиці важливо заздалегідь знати, до якого класу відносяться досліджувані матеріали. Таку якісну оцінку можна отримати дослідивши зв'язок додаткового зміцнення з мікро- і макрохарактеристиками матеріалу.
2.1. Схильність матеріалів до додаткового непропорційного зміцнення
2.1.1. Зв'язок додаткового зміцнення з мікропараметрами матеріалу
У п 1.1.1 було показано, що додаткове циклічне зміцнення добре корелює з таким мікропараметром матеріалу як енергією дефекту упаковки. Встановлення кореляційного зв'язку між додатковим зміцненням при непропорційному навантаженні з ЕДУ дозволило авторам праці [10] поділити всі матеріали на три групи. До першої з них входять метали з високим рівнем ЕДУ (Al, Ni, метали з о.ц.к. граткою), які мають незначне додаткове зміцнення або не мають його взагалі. Метали з середнім рівнем ЕДУ (Cu) належать до другої групи. Для них властива поява додаткового зміцнення за умов непропорційного навантажування і незмінність досягнутого рівня зміцнення при здійсненні зворотного переходу до пропорційного навантажування. Третю групу становлять матеріали з низьким рівнем ЕДУ (нержавіючі сталі, сплави), які демонструють, з одного боку, найбільше додаткове зміцнення, а з іншого - часткове циклічне знеміцнення при зворотньому переході. В Табл. 2.1 представлені дані про значення ЕДУ та рівень додаткового зміцнення при непропорційному навантаженні взяті переважно із праць інших авторів і опубліковані в [13].
Таблиця 2.1. Дані про ЕДУ і додаткове зміцнення для деяких металів
МеталЕДУ,
МДж/м2?, %МеталЕДУ,
МДж/м2?, %Al 1100 [128]2000Cu [6]; [9]4030; 40 ВТ9 [129]-803X21H32M3Б [131]-35AISI 1045 [99]-1108X18H10T30-40 [132] > 60 [133]Д16 [130]-16SS 304 [9]; [134]10; 2050; 901CrMoV [7]-16SS 310 [9]< 1050Сталь 45 [130 ]-20SS 31620 [10]69 [16]
Як бачимо, рівень додаткового зміцнення ? збільшується зі зниженням енергії дефекту упаковки. Найменше значення додаткового зміцнення відповідає алюмінію і його сплавам. Досить низькі рівні зафіксовані для титанового двофазного сплаву мартенситного класу ВТ9. Незначне додаткове зміцнення характерно для вуглецевих і низьколегованих сталей. Найбільше зміцнення і відповідно найменше значення ЕДУ зафіксовано для високолегованих сталей аустенітного класу. При вивченні хромонікелевих сталей [135] спостерігалось збільшення ЕДУ при зростанні вмісту нікелю, який розширює зону існування аустеніту. Збільшення вмісту хрому призводить до протилежного ефекту. Залежність ЕДУ аустеніту хромонікелевих сталей від вмісту хрому є немонотонною з мінімумом при 17-18% Cr. Легування хромонікелевих сталей кремнієм також знижує ЕДУ аустеніту.
Важливим чинником, що впливає на деформаційне зміцнення матеріалів, є температура. Її зростання призводить до зростання ЕДУ аустеніту в сталях [135], і як наслідок, - до зменшення деформаційного зміцнення матеріалу в цілому, а при непропорційному навантаженні - частково.
Виходячи з проведеного аналізу можна констатувати, що хоча встановлено досить однозначний зв'язок мікрофізичних параметрів матеріалу з деформаційним зміцненням для отримання задовільної кількісної оцінки при прогнозуванні деформаційного зміцнення даних виконаних досліджень для практичного використання недостатньо. В зв'язку з цим представляється більш перспективним пошук кореляційних залежностей з залученням макрофізичних параметрів - механічних характеристик матеріалу.
2.1.2. Зв'язок додаткового зміцнення з механічними характеристиками матеріалу
Шукаєвим [13] було висказано припущення, що додаткове циклічне зміцнення може корелювати з механічними характеристиками матеріалу. Це припущення було перевірено в роботах [35, 136, 137]. Розглядалися різні конструкційні матеріали: високолеговані нержавіючі сталі, низьколеговані сталі, вуглецеві сталі, титанові, алюмінієві і магнієві сплави та деякі числі метали.
В таблиці 2.2 представлені механічні характеристики матеріалів і характеристики циклічних діаграм деформування за різних амплітудних значень при пропорційному та непропорційному деформуванні розтягом-стиском і знакозмінним крученням за симетричного циклу навантажування в жорсткому режимі. Позначення ступенів циклічного зміцнення аналогічні прийнятим в формулі (1.2).
Таблиця 2.2. Механічні характеристики та рівні зміцнення за статичного і циклічного навантаження.
МатеріалМеханічні характеристики, ступінь зміцненняХарактеристики циклічних діаграм, ступінь зміцненняГраниця текучості
?Т, МПаГраниця
міцності
?В, МПаСтатичне
зміцнення
?Ампліт. циклу
??/2, %Максимал. напруження ?p, МПаМаксимал. напруження ?n, МПаЦиклічне
зміцнення
?AA6061 [134]320
350
0,090,251842000,0870,4260247-0,0520,62802900,0420,92933180,08742CrMo [138]8689550,100,475546230,1240,65806560,1311,26447290,131VT9 [129]8659730,120,7--0,08*AISI 1045 [99]5055850,16---0,11*SNCM630 [139]95111030,160,6751-0,05*2CrNiMoV [140]6007100,180,3--0,06*In 718 [98]117214070,20---0,10*S460N [141],[142]5006430,290,1041722150,2500,1442172900,3390,1732443210,3150,2312704000,4810,252703500,296Steel 45 [143]3776230,650,44004750,187Steel 45 [144]3525990,700,47404354-0,124Д16 [130]2404200,750,750,16*Steel 45 [130]3406100,7941,0--0,2*1Cr18Ni9Ti [145]3106050,950,23503650,0430,34485010,1160,44726200,3131,05707030,23AA5083 [141], [142]1693401,010,2311611640,0180,3462212460,113SS316 [146]260