Реферат: Дослідження впливу перепадів температур великих діапазонів на руйнування малолегованого молібдену

Вступ

1 Теоретичні дані

2 Вибір методу, характеристика об’єкту дослідження

3 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10

4 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при реалізації транскристалітного руйнування

5 Вплив релаксаційної обробки на в’язкість руйнування сплавів молібдену

Висновки

Література

Вступ

Широке використання металів з ОЦК граткою та сплавів на їх основі значною мірою обмежено їх схильністю до крихкого руйнування. У багатьох попередніх дослідженнях було встановлено, що така властивість ОЦК-металів та сплавів на їх основі зумовлена існуванням різкої температурної залежності критичного напруження зсуву та впливом шкідливих окрихчуючих домішок. Водночас було показано, що особливості електронної будови цих сплавів зумовлюють як низьку розчинність елементів втілення у твердому розчині (особливо для елементів VIА групи), так і, навпаки, високу здатність до міжзеренної сегрегації, що додатково зумовлює окрихчення, пов’язане у багатьох випадках із переходом до міжзеренного руйнування. Основні шляхи боротьби з холодноламкістю було сформульовано у роботах школи В.І. Трефілова. Особливу увагу було приділено термомеханічній обробці, що дозволяє створювати наддрібнозернисті стани деформаційного походження. Така обробка цікава тим, що дозволяє як знизити температуру в’язко-крихкого переходу (Т_х ), так і суттєво зміцнити матеріал. Були встановлені кількісні закономірності впливу різного типу структурних станів на положення Т_х та границі плинності.

У багатьох роботах були спроби зв'язати в'язкість руйнування матеріалів зі структурними параметрами (розмір зерна, об'ємна частка й розмір часток другої фази та ін.) і звичайними механічними властивостями (границя плинності, показник деформаційного зміцнення й ін.). Відзначимо серед них роботи О.М. Романіва, В.С. Іванової, Л.Р. Ботвиної, А.Я. Красовського, Дж. Герланда, Г. Хана, Т. Екоборі та ін. Проте робіт, спрямованих на з’ясування впливу структури на тріщиностійкість такого класу матеріалів, було виконано відносно небагато. Разом з тим стало зрозуміло, що єдина теорія структурної чутливості в'язкості руйнування в широкому діапазоні температур не може бути побудована у зв'язку зі зміною мікромеханізмів руйнування. Саме ця обставина не враховувалася в більшості попередніх робіт, які, по суті, обмежувалися дослідженням впливу параметрів структури на механічні властивості матеріалів в межах температур, де проявлявся один з можливих мікромеханізмів руйнування. В той же час у попередніх роботах В.І. Трефілова, Ю.В. Мільмана, С.О. Фірстова та ін. були встановлені деякі закономірності впливу структури (у тому числі й дислокаційної субструктури) на положення температури в’язко-крихкого переходу. Було встановлено, що метали з ОЦК граткою й сплави на їх основі виявляють, напевно, самий повний набір можливих мікромеханізмів руйнування залежно від структури, складу й умов випробувань. Крім того, вони відрізняються самим широким температурним інтервалом в’язко-крихкого переходу. Так, у молібдені цей інтервал може скласти 400-500 ^о С. Із цієї причини вони являють собою привабливий об'єкт для дослідження впливу структури на особливості руйнування, оскільки в кожному температурному інтервалі нижче , вище й усередині інтервалу переходу можливо встановлення чітких закономірностей для кожного з можливих мікромеханізмів руйнування та їх зміни. Важливою є робота В.І. Трефілова, С.О. Фірстова й О.Д. Васильєва, в якій була запропонована узагальнена схема зміни механізмів руйнування на основі так званої енергетичної концепції.

1 Теоретичні дані

Розглянуто сучасні уявлення про характеристики тріщиностійкості матеріалів - g_ефф , G_{1 C} =2g_ефф , K_{1 C} . Проаналізовано роботи, присвячені вивченню впливу температури та структури на тріщиностійкость. Особливу увагу приділено роботам, у яких встановлено зв’язок тріщиностійкості з іншими механічними властивостями (зокрема, з границею плинності та напругою руйнування) та деякими параметрами структури. Відзначено особливий внесок в цю проблему українських вчених, зокрема, О.М. Романіва, А.Я. Красовського та Ю.Я. Мешкова.

Аналіз літературних даних дозволив зробити висновок, що існує велика різноманітність напівемпіричних формул, які певною мірою суперечать одна одній. Узагальнюючи отримані вирази, можна записати, що К_1с ~, де a може бути як позитивною, так і негативною величиною. А саме, наприклад, згідно критерію критичної деформації:

(1)

а згідно критерію критичної напруги:

(2)

Це протиріччя було з’ясовано в роботі В.І. Трефілова з співавторами, які звернули увагу на те, що у виборі між залежностями типу (1) та (2) треба враховувати мікромеханізм руйнування. Авторами роботи була запропонована енергетична концепція зміни механізмів руйнування в залежності від температури. На прикладі ОЦК-металів із урахуванням робіт В.В. Рибіна показано, що в залежності від температури випробувань може бути реалізовано практично повний спектр існуючих мікромеханізмів руйнування. Відзначено, водночас, що робіт, присвячених вивченню впливу структурних параметрів та температури на в’язкість руйнування ОЦК-металів, існує обмежена кількість, та не завжди в них враховується конкретний мікромеханізм руйнування.

Відзначені останні дослідження, пов’язані зі спробами моделювання в’язко-крихкого переходу та поведінки в’язкості руйнування в інтервалі в’язко-крихкого переходу (С. Дж. Робертс, П.Б.Хірш, М. Танака, С. Наронха).

На підставі літературного огляду зроблено висновок про необхідність систематичного дослідження впливу структурних факторів і, зокрема, розміру зерна на мікромеханізми та в’язкість руйнування у широкому діапазоні температур.

2 Вибір методу, характеристика об ’ єкту дослідження

Для дослідження були обрані відомі промислові сплави. Хімічний склад досліджених сплавів наведено у таблиці. Механічні випробування гладких зразків та зразків з надрізом проводились на одноосьовий розтяг. В роботі використовувались структурні дослідження з застосуванням скануючої та трансмісійної електронної мікроскопії. Широкий спектр методик досліджень, що застосовувались, дозволив одержати високу достовірність та точність результатів.

Таблиця 1

Хімічний склад досліджених сплавів

Сплав	Хімічний склад, мас. %
Мо	Re	Zr	Ti	B	O	N	C	H
ЦМ 10	98,99	-	1,00	-	0,002	0,002	0,002	0,003	-
Mo+Re	96,0	4	-	-	-	-	-	-	-
Т	99,48	-	-	0,5	-	0,002	0,004	0,007	-
МЧВП	99,98	-	-	-	0,005	0,005	0,005	0,003	0,0008

3 Дослідження впливу на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10

Фактографічні дослідження виявили особливості руйнування сплаву в різних інтервалах температур. У нижньому інтервалі ( I ) від 77 до 293 К тріщина відколу починається від вершини електроіскрового надрізу, яка поступово затуплюється . В інтервалі температур 293 - 573 К (II) перед переходом у стадію катастрофічного відколу спостерігається підростання критичної тріщини по механізму відколу з релаксацією .

Подальше зростання температури приводить до змішаного механізму руйнування, що включає в себе як елементи відколу, так і глибокі тріщини розшарування; на окремих ділянках зламів спостерігаються елементи в’язкого ямкового руйнування . На нашу думку, зниження в’язкості руйнування вище 293 К пов’язане саме з

докритичним підростанням тріщини, і в такому випадку на залежності в’язкості руйнування від температури можна виділити дві ділянки: перша - без субкритичного підростання (стадія I) і друга - із субкритичним підростанням тріщини перед переходом у катастрофічний долом (стадія II).

Для з’ясування причин немонотонної температурної залежності в’язкості руйнування розглянуто природу процесів в вершині надрізу. За допомогою підходу, запропонованого в роботах Б. Маслера та В. Свайна, було розраховано нормований коефіцієнт інтенсивності напружень (3), залежність якого від співвідношення c/с (c- довжина тріщини у вершині надрізу, с - радіус скруглення вершини) . Подібний підхід бувтакож запропоновано в роботах О.П. Осташа.

(3)

Встановлено що при величині співвідношенням c/с рівному 0,8-0,9, нормований коефіцієнт стає 1, таким чином при цих значеннях буде досягатись справжнє значення коефіцієнтуінтенсивності напружень.

Для аналізутемпературної залежностітріщиностійкості також була розглянута модель Дагдейла-Баренблатта. Виходячи з цієї моделі, було отримано, що тріщиностійкість в залежності від температури може бути записана таким чином:

(4)

Такий вираз тріщиностійкості дозволяє апроксимувати отримані експериментальні дані(К_с експ) двома окремими залежностями :

для стадії I:

K_c (1)= 4,6 + 175 exp(-0,18/3kT) (5)

Залежність нормованого коефіцієнта інтенсивності напружень від співвідношення c/с (а) та температурна залежність тріщиностійкості (б) сплаву ЦМ-10: 1 - стадія I, 2 – стадія II, 3 – експеримент та для стадії II:

K_c (2)= 2,3 + 76 exp(-0,18/3kT) (6)

До обох виразів увійшла енергія активацій руху дислокацій 0,18 еВ, яка співпадає з величиною цієї енергії, отриманої для молібдену в роботах В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана. Зауважимо, що останнім часом у роботах С. Дж. Робертса та ін. визначено енергії активації руйнування для Мо – 0,185 еВ, Si – 2,1 еВ, Ge – 1,54 еВ, Al₂ О₃ – 3,2 еВ, Fe - 0,21 еВ, що також узгоджуються із отриманими даними В.І. Трефілова та Ю.В. Мільмана.

Таким чином, залежно від співвідношення c/с змінюється ефективна гострота кінчика підростаючої тріщини, що і є причиною немонотонної залежності тріщиностійкості від температури. Вихід вершини підростаючої тріщини з «тіні» надрізу супроводжується спочатку зниженням тріщиностійкості, а потім відзначається її зростання у зв'язку із зниженням границі плинності.

Розглянуто вплив розміру зерна на механічні властивості при різних температурах випробувань . Границя плинності привсіх температурах випробувань

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--