CC BY
30
ВЕСТНИК 8/2011
О ВЗАИМОСВЯЗИ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ МЕТАЛЛОВ КОНСТРУКЦИЙ И ТРИБОСИСТЕМ
ABOUT INTERCOMMUNICATION OF RELATIVE INDEXES OF DURABILITY AND PLASTICITY OF METALS OF DESIGNS AND
TRIBOSISTEM
Ю.И. Густов, И.В. Воронина, А.А.Орехов Y.I. Gustov, I.V. Voronina, A.A. Orekhov
ФГБОУ ВПО МГСУ
Представлены результаты исследования взаимосвязи относительных прочностных и пластических показателей металлов с различными системами легирования в зависимости от температурных условий.
The results of research of intercommunication of relative strength and plastic indexes of metals are presented with the different systems of alloying depending on temperature conditions.
Целью работы является исследование взаимосвязи относительных показателейп-рочности А = От/Ов и пластичности В = 5/у, рассматриваемых в уравнении прочностно-пластических показателей [1 ]
стт/ав = С. (1)
Для ферритных и сорбитизированных сталей предлагается аппроксимирующая функция вида
о-т /ав = (8/¥)\ (2)
удовлетворительно согласующаяся по результатам расчета с зависимостью
ат/ав = 1 - [0,618 - (¿V)2]. (3)
Для аустенитных сталей удовлетворительные расчетные результаты дает выражение
ат /ав ={Sl¥)s /(1 -Sl¥). (4)
Результаты расчетов для ферритных и сорбитизированных сталей по (2) приведены в таблицах 1и 2 соответственно.
Таблица 1
Сопоставление экспериментальных (от/ов) и расчетных (о1/ов)р показателей ферритных
сталей
Марка стали Тисп? К 0В, МПа 0,/Ов 5, % 5/v (от/ов)р А, %
ОН3А 293 550 0,8118 25 0,3846 0,7875 3,8
90 850 0,8235 30 03454 0,8334 1,24
ОН6А 293 600 0,7500 25 0,3571 0,7730 3,0
77 900 0,8330 22 0,3670 0,8020 3,72
ОН9А 293 650 0,7385 30 0,4000 0,7597 2,9
77 1000 0,8500 26 0,4333 0,8046 5,3
А/ЭПИ ВЕСТНИК
Таблица 2
Сравнение экспериментальных (от/ов) и расчетных (от/ов)р показателей сорбитизиро-
ванных сталей
Марка стали ов, МПа От/Ов 5, % 5/у (от/ов)р А, %
50Г2 930 0,871 11,5 0,271 0,861 1,1
40Х 975 0,882 10,0 0,200 0,851 3,5
38ХГН 1150 0,887 16,0 0,317 0,832 6,2
Из таблиц 1 и 2 следует, что для ферритных никельсодержащих сталей и сорбитизи-рованных сталей расхождение между экспериментальными (От/Ов) и расчетными по (2) показателями (о1/ов)р не превышает соответственно 5,3 и 6,2 %.
Результаты сопоставления экспериментальных и расчетных по (2) показателей сталей 40С2Х и 60С2Х после ВТМО и контрольной закалки (КЗ) приведены в таблице 3.
Таблица 3
Экспериментальные и расчетные показатели сталей после ВТМО и КЗ*
Марка стали Т °С А отш ^ ов, МПа Оо,2/Ов 5, % 5/у (оо,2/ов)р А, %
40С2Х 200 2060 0,857 12 0,226 0,837 2,4
1960 0,827 9,5 0,317 0,897 8,4
300 1910 0,885 12 0,218 0,833 5,9
1860 0,884 10 0,270 0,877 3,9
60С2Х 300 2400 0,191 8 0,211 0,883 3,9
2160 0,898 5 0,185 0,919 2,3
425 2160 0,954 10 0,286 0,882 7,5
2010 0,925 7 0,233 0,903 2,4
500 1710 0,918 11,5 0,288 0,867 5,6
1620 0,895 11 0,306 0,878 1,9
* - в числителе -ВТМО, в знаменателе - КЗ.
Из таблицы 3 видно, что после ВТМО и контрольной закалки (КЗ) при различных температурах отпуска (Тотп) расхождение экспериментальных (о0,2/ов) и расчетных по (2) величин (о0,2/ов)р не превышает 7,5 и 8,4% соответственно.
Расчет по формуле (3) для сталей 40С2Х и 60С2Х дает значения (о0,2/ов)р, близкие к представленным в таблице 3. Расхождение с экспериментальными величинами (о0,2/ов)составляет 1,1____9,96% для стали 40С2Х и 0,8...9,2% для стали 60С2Х (табл.4).
Таблица 4
Значения (о0,2/ов)р по формуле (3)
Вид обработки Сталь 40С2Х Сталь 60С2Х
ВТМО 0,846 0,840 0,834 0,890 0,891
КЗ 0,909 0,879 0,813 0,852 0,903
Сопоставление относительных экспериментальных и расчетных показателей прочности аустенитных сталей посредством зависимости (4) показало их удовлетворительную сходимость (табл. 5).
ВЕСТНИК МГСУ
8/2011
Экспериментальные и расчетные величины (01/0в)раустенитных
Таблица 5 сталей
Марка стали Т °Г А отш ^ 0В, МПа От/Ов 5, % 5/у (0Т/Ов)р А, %
12Х18Н9Т 293 660 0,378 58 0,8056 0,3292 13,2
77 1520 0,2960 43 0,7818 0,3239 9,4
20 1420 0,3662 28 1,0769 0,3817 4,2
10Х14Г14Н4Т 293 710 0,3802 64 0,9552 0,3595 5,4
77 1360 0,316 40 0,7273 0,311 1,57
20 1400 0,3214 20 0,714 0,271 15,7
09Х13АГ19 293 770 0,4805 64 0,8649 0,503 4,64
77 1300 0,5308 28 0,9655 0,3743 29,5
20 1340 0,6045 16 0,9412 0,379 37,3
03Х20Н16АГ6 293 780 0,5256 52 0,6933 0,5375 2,26
77 1550 0,5806 48 1,09 0,6344 9,3
20 1930 0,7047 31 1,1482 0,7490 6,3
4 1500 0,6667 25 1,19 0,7954 19,3
Результаты расчета по формуле (2) показателей сталей при С~1 работы [1] приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты расчета по (2) данных [1] при С~1
т °г А отш ^ 0В, МПа 0Т/0В 5, % 5/у (0т/0в)р А, %
20 641 0,79 15,3 0,194 0,778 1,50
250 496 0,84 8,6 0,110 0,827 1,54
350 452 0,87 8,0 0,103 0,834 4,13
450 407 0,91 8,6 0,113 0,829 8,90
550 306 0,95 11,4 0,132 0,794 16,45
650 172 0,94 17,3 0,187 0,748 20,4
20 613 0,80 13,8 0,179 0,789 1,42
250 526 0,84 10,6 0,139 0,811 3,4
350 488 0,86 9,2 0,122 0,824 4,17
450 433 0,90 11,0 0,143 0,807 10,3
550 327 0,96 14,3 0,172 0,778 19,0
650 194 0,94 24,4 0,266 0,724 23,0
Отметим, что с повышением температуры от 550°С расхождение расчетных и экспериментальных показателей прочности увеличивается до 23%. До температур 450°С эти расхождения изменяются незначительно от 1,4___1,5 до 9...10%о. Можно полагать увеличение расхождения с ростом температуры.
Для сталей при 1 <С< 2 получены следующие результаты (табл.7).
Таблица 7
0В, МПа 0Т/0В 5, % 5/у (0т/0в)р А, %
776 0,853 19,0 0,528 0,886 3,3
763 0,868 9,2 0,444 0,928 6,9
752 0,880 14,1 0,688 0,949 7,8
752 0,880 14,0 0,824 0,970 10,2
8/2011 ВЕСТНИК
750 0,880 13,0 0,578 0,930 5,8
763 0,868 10,0 0,740 0,970 11,8
752 0,864 15,6 0,693 0,944 9,3
752 0,880 9,6 0,640 0,958 8,9
776 0,870 7,0 0,603 0,965 10,95
762 0,869 10 0,588 0,948 9,1
738 0,910 6,0 0,400 0,947 4,0
762 0,885 8,8 0,587 0,954 7,8
Заметим, что расхождения относительных расчетных и экспериментальных прочностных показателей не превышают 12% и не отражают выраженной температурной зависимости.
С учетом установленных зависимостей (2) и (4) уравнение прочностно-пластических показателей (1) можно представить в виде
- для ферритных и перлитных сталей
{8/у)3+8/у = С, (5)
- для аустенитных сталей
(S/w)s'(l's'r) + 5/у = С,
или
{8/у)3ч"{¥-3) +5/у = С.
Показатель степени 5/(1-5/у) содержит меру сопротивления линейной пластической деформации (1/5) и меру сопротивления двумерной пластической деформации
(1/у).
По формулам (5) и (6) можно определить величину С посредством только пластических показателей, что представляется удобнее, чем по выражению (1).
При установленном в [1,2]выражении с = [(1 + £)/(1 + решение относи-
тельно равномерной пластической деформации дает формулу
0,5
1 + ' - 1. (7)
Рассматривая уравнение трибодеформационного упрочнения в виде [2]
К-1 + 0,5(1 - грр)/Ба = с (8)
и учитывая установленную зависимость (от/ов) = (5/у)8, представим
к;1 = [0,5(1 - грр)/ Ва >. (9)
Тогда (8) запишем следующим образом
[0,5(1 - 1рр)/ Ва > + 0,5(1 - 1рр)/Ва = С
или
[0,5(1 - грр)/ Ва ^^> [о,5(1 - tpp)/Ва ^^ > = С.
ВЕСТНИК 8/2011
Поскольку [2] c = деформации 5р имеем
I0'5
_0'5(3 - tpp )_1 !
М - tpp )/ Da I0'5(1 - tpp )/ ]-0'5К )+1f5Da (3-'pp)} - ■ Таким образом, величина 5Р может быть определена по микротопографическим показателям шероховатой поверхности трения.
На основании проведенных исследований можно сформулировать следующие основные выводы:
1. Для ферритных и перлитных сталей относительные показатели прочности и пластичности практически связаны зависимостью (c-j/Ob) = (5/у)8, для аустенитных сталей (от/ов) = (5/y)S(1-(S/v)).
2. Для наплавленных металлов с различными системами легирования [2] можно принять KS,1 =[0,5(1 - tpp)/Da ]°'5<1_tpp) и выразитьтрибодеформационное упрочнение KS
через микротопографические показатели шероховатой поверхности трения.
3. Посредством микротопографических показателей поверхностей трения возможно определение равномерной пластической трибодеформации поверхностных слоев.
Литература:
[1] Густов Д-Ю-' Густов Ю.И. К развитию научных основ строительного металловедения. // Докл. X российско-польского семинара «Теоретические основы строительства». Варшава, М.: изд. АСВ' 2001. - с.307-314
[2] Густов Ю.И. Синергетические критерии металлоконструкций и трибосистем. Труды НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Серия: Инженерная механика. Материаловедение и надежность оборудования. / РХТУ им. Менделеева, Новомосковский институт, Новомосковск, 2008, вып. №7 (20). С. 9...16.
Literature:
[1] Gustov D.U., Gustov U.I. K razvitiumuchmhosnovstroitelnogomerallovedemya. //Docl. X ros-siysko-polskogoseminara "Teoreticheskieosnovistroitelstva". Varshava, M.: izd. ASV, 2001.- c.307-314
[2] Gustov U.I. Sinergeticheskiekriteriimetallokonstruktciy i tribosistem.Trudi NI RHTU im. D.I. Mendeleeva. Seriya: Ingenernsyamekhanika. Materialovedenie I nadegnost' oborudovaniya./ RHTU im. Mendeleeva, novomoskovskiy institute, Novomoskovsk, 2008, vip. №7(20).C.9.. .16.
Ключевые слова: прочность, пластичность, температура, аустенит, сталь, конструкция, трибосистема, трибодеформация, упрочнение.
Key words:durability, plasticity, temperature, austenite, steel, construction, tribosistema, tribode-formaciya, work-hardening.
Работа выполнена no проекту № 5.1.11. (6/11) в рамках мероприятия 1 Аналитической целевой программы «развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011гг)
email автора: tm@mgsu.ru
Рецензент: Штейн Л.М., д.т.н., профессор, завкафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов» МГАКХиС
1/ (//(1+0)
1 + ^ , то относительно равномерной пластической
