Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі

Розглянуто вплив попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом за температур 150 і 350°С на напруження відриву сталі 15Х2МФА після термообробки, що моделює радіаційне окрихчування матеріалу корпусу реактора типу ВВЕР-440 на кінець терміну експлуатації. Досліджено залежність...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Ясній, П.В., Гладьо, В.Б., Окіпний, І.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2007
Schriftenreihe:	Проблемы прочности
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48077
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, І.Б. Окіпний // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 19-30. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-48077
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-480772013-08-31T16:05:00Z Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі Ясній, П.В. Гладьо, В.Б. Окіпний, І.Б. Научно-технический раздел Розглянуто вплив попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом за температур 150 і 350°С на напруження відриву сталі 15Х2МФА після термообробки, що моделює радіаційне окрихчування матеріалу корпусу реактора типу ВВЕР-440 на кінець терміну експлуатації. Досліджено залежність напруження відриву сталі від густини дислокацій після попереднього пластичного деформування. Виявлено, що з ростом попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом збільшується густина дислокацій в малокутових границях, що зумовлює збільшення напруження відриву. Напруження відриву після деформування за температури 350°С зростає більш суттєво, аніж за 150°С. Вивчено мікромеханізми зародження і поширення мікротріщин при пластичному деформуванні розтягом сталі 15Х2МФА та вплив субструктури на гальмування мікротріщин. Рассмотрено влияние предварительного пластического деформирования растяжением и комбинированным растяжением при температурах 150 и 350°С на напряжение отрыва стали 15Х2МФА после термообработки, которая моделирует радиационное охрупчивание материала корпуса реактора типа ВВЭР-440 на конец срока эксплуатации. Исследована зависимость напряжения отрыва стали от плотности дислокаций после предварительного пластического деформирования. Обнаружено, что с увеличением предварительно го пластического деформирования растяжением и комбинированным растяжением повышается плотность дислокаций в малоугловых границах, которые обусловливают рост напряжения отрыва. Напряжение отрыва после деформирования при температуре 350°С возрастает более существенно, чем при 150°С. Изучены микромеханизмы зарождения и распространения микротрещин при пластическом деформировании растяжением стали 15Х2МФА и влияние субструктуры на торможение микротрещин. We study the effect of prelim inary plastic defor mation by static and combined static/cyclic ten sile loading at 150 and 350°C on the ultimate tensile strength of steel 15Kh2MFA after heat treatment simulating the irradiation embrittle ment of the WWER-440 reactor shell material corresponding to the final stage o f its operating period. We study the correlation between he ul timate tensile strength of steel 15Kh2MFA and the density o f dislocations after prelim inary plastic deformation. It is shown that the in crease o f prelim inary plastic strains under static and combined static/cyclic tensile loading re sults in the increased density o f dislocations for low values of off-orientation angles, thus in creasing the ultim ate tensile strength value. The latter undergoes m ore pronounced improvement after prelim inary deform ation at the tem perature o f 350°C, than at 150°C. We investigated the m icrom echanism s o f initiation and propagation o f m icrocracks during plastic defor mation of steel 15Kh2MFA by tensile loading, as well as the impact of the material substructure on m icrocrack stopping. 2007 Article Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, І.Б. Окіпний // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 19-30. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48077 620.187.3 uk Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Ясній, П.В. Гладьо, В.Б. Окіпний, І.Б. Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі Проблемы прочности
description	Розглянуто вплив попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом за температур 150 і 350°С на напруження відриву сталі 15Х2МФА після термообробки, що моделює радіаційне окрихчування матеріалу корпусу реактора типу ВВЕР-440 на кінець терміну експлуатації. Досліджено залежність напруження відриву сталі від густини дислокацій після попереднього пластичного деформування. Виявлено, що з ростом попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом збільшується густина дислокацій в малокутових границях, що зумовлює збільшення напруження відриву. Напруження відриву після деформування за температури 350°С зростає більш суттєво, аніж за 150°С. Вивчено мікромеханізми зародження і поширення мікротріщин при пластичному деформуванні розтягом сталі 15Х2МФА та вплив субструктури на гальмування мікротріщин.
format	Article
author	Ясній, П.В. Гладьо, В.Б. Окіпний, І.Б.
author_facet	Ясній, П.В. Гладьо, В.Б. Окіпний, І.Б.
author_sort	Ясній, П.В.
title	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
title_short	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
title_full	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
title_fullStr	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
title_full_unstemmed	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
title_sort	взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/48077
citation_txt	Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі / П.В. Ясній, В.Б. Гладьо, І.Б. Окіпний // Проблемы прочности. — 2007. — № 4. — С. 19-30. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT âsníjpv vzaêmozvâzokmížnapružennâmvídrivuíparametramimíkrostrukturiplastičnodeformovanoíteplotrivkoístalí AT gladʹovb vzaêmozvâzokmížnapružennâmvídrivuíparametramimíkrostrukturiplastičnodeformovanoíteplotrivkoístalí AT okípnijíb vzaêmozvâzokmížnapružennâmvídrivuíparametramimíkrostrukturiplastičnodeformovanoíteplotrivkoístalí
first_indexed	2025-07-04T08:14:55Z
last_indexed	2025-07-04T08:14:55Z
_version_	1836703437953171456
fulltext	УДК 620.187.3 Взаєм озв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі П . В. Я с н ій , В . Б . Г л а д ь о , І. Б . О к іп н и й Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, Україна Розглянуто вплив попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим роз тягом за температур 150 і 350°С на напруження відриву сталі 15Х2МФА після термо обробки, що моделює радіаційне окрихчування матеріалу корпусу реактора типу ВВЕР-440 на кінець терміну експлуатації. Досліджено залежність напруження відриву сталі від густини дислокацій після попереднього пластичного деформування. Виявлено, що з ростом попереднього пластичного деформування розтягом і комбінованим розтягом збільшується густина дислокацій в малокутових границях, що зумовлює збільшення напруження відриву. Напруження відриву після деформування за температури 350°С зростає більш суттєво, аніж за 150°С. Вивчено мікромеханізми зародження і поширення мікротріщин при пластич ному деформуванні розтягом сталі 15Х2МФА та вплив субструктури на гальмування мікро тріщин. Ключові слова: напруж ення відриву, попередня пластична деф орм ація, гус тина дислокацій , м ікром еханізм и зародж ення та пош ирення тріщ ини. В ступ . В ідом о, щ о попереднє пруж но-пластичне деф орм ування (П ПД) мож е зб ільш увати або зм енш увати напруж ення відриву о k сталі 15Х2М Ф А в залеж ності від виду (квазістатичне, циклічне), способу (розтяг, стиск) та парам етрів навантаж ення [1-3]. Зб ільш ен н я н ап руж ення відриву в деф орм ован ій структур і стал і 15Х 2М Ф А зум овлене в основн ом у двом а при чи нам и [2]: утворенням внут- р іш ньозеренн ої субструктури, яка від іграє роль додаткових б ар ’єрів, що здатні гальм увати мікротріщ ину, та ростом розор ієн тац ії границь струк турних складових, щ о існую ть у початковому стан і матеріалу. П ри п ластич ном у деф орм уванн і ф орм ується коміркова дислокаційна структура з подаль ш им зм енш енням розм іру ком ірок до граничного значення та одночасно накопичую ться дислокації на границях структурних елем ентів, щ о зм енш ує розм ір еф ективного структурного блоку. Зростання напруж ення, щ о необхід не для пош ирення м ікротріщ ин через границ і коміркової структури і струк турних елем ентів, зум овлене зм енш енням розм іру ком ірок та зб ільш енням кількості границь [2]. Н еобхідно зазначити, щ о зростання напруж ення в ідри ву отрим ано при відносно м алих циклічних напрацю ваннях матеріалу. П ри більш ом у циклічном у напрацю ванн і і відповідно накопиченні знач н о ї пош кодж уваності від утом и напруж ення в ідриву зм енш ується порівняно з недеф орм ованим м атеріалом [3]. В иявлено, щ о з ростом амплітуди деф ор м ац ії зм енш ується кількість ям ок та зростає крихка складова руйнування, а м еханізм руйнування зм іню ється від внутріш ньозеренного до м іж зеренного [3]. У результаті м ікроструктурних дослідж ень установлено, щ о накопичення пош кодж уваності від утом и у вигляді пор в ум овах попереднього циклічного пруж но-пластичного деф ормування призводить до зменш ення нетто-перерізу © П. В. ЯСНІЙ, В. Б. ГЛАДЬО, І. Б. ОКІПНИЙ, 2007 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4 19 П. В. Ясній, В. Б. Гладъо, І. Б. Окіпний зразка, а наявність значної кількості м ікротріщ ин полегш ує утворення макро- тріщ ини з існую чих дефектів структури і 'її подальш ий р іст вздовж субгра- ниць смугастої дислокаційної структури з граничною густиною дислокацій, щ о зумовлю є зменш ення напруж ення відриву [4]. У роботі [1] показано, щ о П П Д розтягом за тем ператури вищ е в ’язко- крихкого переходу пом ітно підвищ ує критичне напруж ення м ікро сколу, але відсутні дані, яки м чином це п о в ’язано з м ікроструктурни м и особливостям и матеріалу. О скільки м ікроструктурні парам етри м атеріалу після П П Д істотно впли ваю ть на його м еханічні характеристики , в том у числі і на напруж ення відриву, необхідно на м ікроструктурном у рівні дослідити вплив температури і циклічної складової П П Д на м ікроструктурн і парам етри сталі 15Х2М Ф А для обгрунтування на ф ізичном у р івн і м еханізм у ППД. М етою дан ої роботи є дослідж ення засобам и електронної просвічуваль- н о ї м ікроскопії м ікро структурних парам етрів стал і 15Х 2М Ф А після П П Д та виявлення взаєм озв’язку цих парам етрів із напруж енням відриву. М е то д и к а д о сл ід ж ен н я . Д ослідж ували сталь 15Х 2М Ф А після терм іч н о ї обробки (далі - початковий стан), щ о м оделю є радіац ійне окрихчування м атеріалу під дією нейтронного опром інення на кінець терм ін у експлуатації корпусу атомного реактора ти п у В В Е Р-440. Реж им терм ічної обробки для м оделю вання радіац ійного окрихчування наступний: гартування за 1000° С в оливі, в ідпуск 6 г (одноразовий) при 600° С. Х арактеристики м еханічних властивостей та напруж ення відриву ви зн а чали за одновісним розтягом гладких циліндричних зразків двох типорозм і рів: діам етр робочої частини 8 і 5 мм, довж ина робочої частини 20 і 10 мм відповідно. В ипробування проводили на сервогідравлічн ій випробувальній м аш ині С ТМ -100 виробни цтва А Н Т К ім. О. К. А нтонова (Київ) з керуванням за допом огою персонального ком п’ю тера ти п у ІВ М РС/А Т за методикою , що описана ран іш е [5]. Зразки попередньо деф орм ували розтягом і ком бінованим розтягом (розтяг із накладанням ц и клічн ої складової) до р івня пластичн ої деф орм ації £ p r = 0,5; 1,0 та 3,0% за тем ператур 150 і 350°С. Розм ах циклічного н ап ру ж ення Д а за ком бінованого розтягу складав 90, 110 і 220 М П а, частота навантаж ення - 25 Гц, де Д а = Д а max — Д а ̂ ; Д а і Д а ̂ - найбільш е і найм енш е напруж ення циклу. О сновні парам етри реж им ів П П Д подано в таблиці. Н апруж ення відриву а k попередньо деф орм ованого м атеріалу визнача л и за тем ператури —196° С у терм оізольован ій камері, щ о заповнена рідким азотом. К оректним и вваж али результати випробувань, щ о отрим ані на тих зразках, крихке руйнування яки х в ідбувалося у м еж ах робочої частини. Н апруж ення відриву а к визначали за формулою а к = P k / S k , (1) де Р к - зусилля руйнування; S к - площ а поперечного перерізу зразка після руйнування, S к = n d 2/4 ; d - д іам етр зразка п ісля руйнування. 20 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4 Взаємозв ’язок між напруженням відриву Параметри режимів ППД сталі 15Х2МФА Т, 0 с £рг, % До, МПа Умовне позначення режимів ППД 350 1,07 - □ 350 1,25 1 1 0 О 350 0,53 - □ 150 1 , 1 2 - А 150 1,33 90 V 150 0,48 90 V 150 2,17 90 V 350 3,40 - □ 350 3,00 2 2 0 О Недеформований матеріал ■ М ікроструктуру зразків зі сталі 15Х 2М Ф А у початковом у стані, а також п ісля деф орм ування розтягом і ком бінованим розтягом дослідж ували м ето дом електронної просв ічувально ї м ікроскопії. М ікрош ліф и для дослідж ення вирізали з робочої частини зразків у поздовж ньом у напрям ку в кількості не м енш е п ’яти для кож ного зразка. Згідно з методикою [6] о б ’єкти готували для м ікроструктурного д осл ід ж ення методом тонких ф ольг в електронном у просвічувальном у м ікроскопі П ЕМ -125К . О статочного стон ш ення о б ’єктів досягали методом струмового електролітичного полірування ф ольги в електроліті, щ о складається з 10% Н С 104 + 90% С И зС О О И при напрузі 140 В і струмові 90 мА. О скільки переваж на б ільш ість дислокацій скупчена в субграницях, р о з раховували густину дислокацій в м алокутових границях дислокаційної струк тури за результатам и аналізу азим утальної розор ієн тац ії реф лексів м ікро- диф ракційних картин. Згідно з методом січних скалярна густина дислокацій на порядок м енш а і розрахувати її важко, том у щ о дислокації окрем о не розрізняю ться, в зв ’язку чим доцільно аналізувати лиш е густину дислокацій в м алокутових границях. Густину дислокацій з вектором Б ю ргерса Ь в субграницях дислокац ій н о ї структури обчислю вали за середнім розм іром м іж субграницям и d і кутом їх розор ієн тац ії 0 [7]: К 0 Р гр - Ьd ’ (2) де К - коеф іцієнт, щ о залеж ить від ф орм и субзерен. Кут розорієн тац ії м алокутової границі 0 розраховували на основі аналізу м ікродиф ракц ійних картин за співвіднош енням Дг 0 - , (3) к ЬкІ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 21 П. В. Ясній, В. Б. Гладъо, І. Б. Окіпний де Д г - довж ина тяж і, або в ідстань м іж реф лексам и Икі; - відстань р еф лексу Икі від центрального реф лексу. Р е зу л ь т а ти д о сл ід ж ен н я т а їх о б го во р ен н я . С таль 15Х 2М Ф А нале ж ить до теплостій ких сталей перлітного класу. У стані, щ о відповідає початку терм ін у експлуатації корпусу атомного реактора В В Е Р-440, ця сталь м ає ф еритно-бейнітну м ікроструктуру [8]. П ісля терм ічної обробки, що м оделю є радіац ійне окрихчування м атеріалу під д ією нейтронного опром і нення на кінець терм ін у експлуатації корпусу атомного реактора, її м ікро структура бейнітно-м артенситна із середнім розм іром зерен близько 100 мкм (ри с . 1). Рис. 1. Бейнітна (а, б) і мартенситна (в, г) мікроструктура сталі 15Х2МФА (X 30000). У бейнітній структурі стал і виявлено см угасту дислокаційну структуру у вигляді систем и паралельних дислокаційних субграниць (рис. \,а,б). К ар б ідні виділення голкоподібної ф орм и розташ ован і в одном у напрям ку під кутом приблизно 60° до дислокаційних субграниць (рис. 1,а). Н аявність таких виділень під кутом 60° до осі кри стала дозволяє ідентиф ікувати структуру як бейнітну на в ідм ін у від відпущ еного мартенситу, в якому пластинчаті виділення спостерігаю ться одночасно в трьох орієнтаціях [9]. М артенситні ділянки структури - це рейковий дислокаційний мартенсит. П аралельн і рейки м артенситу утворю ю ть його пакети. С труктура останніх характеризується систем ою паралельних рей ок різного розм іру (рис. 1,в,г). 22 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 Взаємозв ’язок між напруженням відриву Усередині м артенситних рейок м ає м ісце висока густина дислокацій пля м истого контрасту, щ о окрем о м айж е не розрізняю ться. Такий контраст призводить до розм итості зображ ення дислокаційних л ін ій і зумовлений, очевидно, наявністю значної концентрації атмосф ер дом іш ок на дислока ціях. Таким чином, особливості зображ ення вказую ть не лиш е на значну густину дислокацій , але й на істотне закріплення дислокацій атмосф ерам и доміш ок. Д ілянки м артенситних рей ок із м енш ою густиною дислокацій на ф ото граф іях м аю ть світліш ий вигляд. Д иф ракційний контраст зображ ення визн а чається не т ільки характером структури, але й кри сталограф ічною орієн тац ією до електронного пучка. Я кщ о локальн і д ілянки м аю ть тем н іш ий вигляд при р ізни х орієнтаціях ф ольги, це свідчить про те, щ о даний контраст відтворю є реальний розподіл дислокацій . С постерігаю ться виділення карб і дів на границях м артенситних рейок (рис. 1,г). Також усереди ні останніх спостерігаю ться дрібнодисперсн і виділення карбідної фази. П ричом у конт р аст зображ ення від карбідних частинок важко в ідрізнити від контрасту дислокацій із-за значної їх густини. Густина дислокацій усередині м іж дислокаційними субграницями бейніт- н о ї структури дещ о м енш а, н іж усереди ні м артенситних рей ок (рис. 1,а,б), О крім карбідних виділень голкоподібної ф орм и під кутом 60° до осі кри с тала в бейнітній структурі наявні др ібнодисперсн і виділення і карбідні на границях структурних елем ентів (рис. 1,6). Т аким чином, терм ічна обробка стал і 15Х2М Ф А, щ о м оделю є р ад іац ій не окрихчування м атеріалу під дією нейтронного опром інення на кінець терм ін у експлуатації корпусу атомного реактора, призводить до зм іни її м еханічних властивостей: поява бейнітної см угастої дислокаційної структу р и та дислокаційних границь рейкового м артенситу; значна густи на дисло кацій в рейках і м іж субграницям и бейнітної структури; дислокаційні згу щ ення усереди ні м артенситних рейок; закріплення дислокацій атмосф ерам и доміш ок; дисперсні виділення; блокуванням руху дислокацій вклю ченнями. Електронно-м ікроскопічні дослідж ення зразків після деф ормування роз тягом і ком бінованим розтягом дозволили виявити наступні незначні зм іни в м орф ології дислокаційної структури, оскільки поздовж ня пластична деф ор м ація складала від 0,5 до 3% : зб ільш ення неп аралельності дислокаційних субграниць; зм енш ення в ідстан і м іж субграницям и бейнітної структури (рис. 2,а) та зб ільш ення ф рагм ентації рей ок дислокаційного м артенситу (рис. 2,6). Також виявлено збільш ення кута розор ієн тац ії м іж субграницям и бейнітної структури та рейкам и дислокаційного м артенситу порівняно з початковим станом матеріалу, щ о спостерігається на м ікродиф ракційних ф отограф іях (рис. 2,в,г). Ч исельн ість реф лексів і їх розм итість на м ікро- диф ракційній ф отограф ії (рис. 2,г) вказую ть на зм енш ення відстан і м іж м алокутовим и границ ям и і присутн ість неп ерервн ої розорієнтації. За даним и аналізу м ікродиф ракц ійних ф отограф ій розраховано зміну густини дислокацій в м алокутових границях в ум овах деф орм ування р о з тягом і ком бінованим розтягом зразків зі сталі 15Х2М Ф А. А налізували не м енш е п ’яти м ікродиф ракц ійних ф отограф ій з кожного о б ’єкта дослідж ень, при чом у не м енш е п ’яти о б ’єктів для кож ного зразка. Таким чином проан а ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 23 П. В. Ясній, В. Б. Гладьо, І. Б. Окіпний лізовано 2 5 -3 0 м ікродиф ракц ійних ф отограф ій для кож ної точки. Залеж ність густини дислокацій в м алокутових границях від П П Д розтягом і ком бінованим розтягом за тем ператур 150 і 350°С представлено на рис. 3. У таких ум овах деф орм ування зразків зі сталі 15Х 2М Ф А зі зб ільш енням пластичної деф орм ації є рг зростає густина дислокацій в м алокутових гра ницях. В пливу ци клічн ої складової П П Д на густину дислокацій в м ало кутових границях не виявлено. Н езалеж но від виду П П Д (розтяг чи комбі нований розтяг) густина дислокацій в м алокутових границях зростає за подібним и залеж ностям и. Є дина точка на рис. 3 ,а, де виявлено зниж ення густини дислокацій в м алокутових границях, випадає із загальної тенденції, однак, це п о в ’язано не з П П Д , а з м енш ою густиною дислокацій в матеріалі в початковом у стані. Рис. 2. Бейнітна (а) і мартенситна (б) мікроструктура сталі 15Х2МФА після деформування (X30000): в, г - мікродифракції з ділянок бейнітної і мартенситної структур відповідно. Залеж ність густини дислокацій в малокутових границях сталі 15Х2М ФА від тем ператури П П Д ілю струє рис. 4. Я к було зазначено вищ е, зі зб іль ш енням пластичн ої деф орм ації є рг густина дислокацій в м алокутових границях зростає, причом у більш інтенсивно при деф орм уванн і зразків за тем ператури 150° С порівняно з деф орм уванням за тем ператури 350° С. О че видно, пластичне деф орм ування за вищ ої тем ператури (350°С) супровод ж ується п роц есам и термічного повороту, що полягаю ть у деякій ліквідац ії нерівноваж ного надлиш ку точкових деф ектів та перебудові дислокаційної 24 ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 Взаємозв 'язок між напруженням відриву структури. П ри сам очинній перебудові вільна енергія кри стала зниж ується, том у в результаті терм ічного повороту густи на дислокацій зм енш ується, а дислокації, щ о залиш илися, утворю ю ть стійкі конф ігурації у вигляді мало- кутових границь. 1 Л - 1 4 - 2 Р гр ’ 1 0 , м 1 Л - 1 4 - 2 Р гр ’ 1 0 , м Рис. 3. Залежність густини дислокацій в малокутових границях сталі 15Х2МФА від ППД розтягом і комбінованим розтягом при 150 (а) і 350°С (б). (Умовні позначення режимів ППД див. в таблиці.) Д ослідж ен о м ікром еханізми зародж ення і пош ирення м ікротріщ ин при П П Д розтягом сталі 15Х2М Ф А. В ідом о, щ о зародж ення м ікротріщ ин є колективним еф ектом у дислокаційних структурах, п о в ’язаних із перебудо вою цих структур із перетворенням накопиченої в них енергії в поверхневу енергію м ікротріщ ини [10]. Таким чином , утворення м ікротріщ ин н езалеж но від м еханізм у їх зародж ення є результатом еволю ції дислокацій ної струк тури матеріалу. ЇББИ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 25 П. В. Ясній, В. Б. Гладьо, І. Б. Окіпний 9,5 9,0 8,5 6,5 7,5 7,0 8,0 6,0 - 5.5 - 5.0 - 4.5 - 4.0 - 3.5 - 3.0 I- Рис. 4. Залежність густини дислокацій в малокутових границях сталі 15Х2МФА від темпе ратури ППД: О - Т = 150°С; □ - Т = 350°С; ■ - иедеформоваиий матеріал. В иявлено, щ о в стал і 15Х 2М Ф А в ум овах П П Д розтягом і комбінованим розтягом м ікротріщ ини і пори утворю ю ться в бейнітній структурі вздовж паралельних дислокаційних субграниць см угастої дислокаційної структури (рис. 5 ,а) і вздовж м артенситних рейок у м артенситній структурі (рис. 5,6). В здовж границь зерен або на границ ях структурних елем ентів утворю ю ться м ікротріщ ини і пори, як і переваж но ін іц ійовані вклю ченням и (рис. 5 ,в). М ікротріщ ини і пори також виникаю ть біля м асивних вклю чень (рис. 5,г). М ікротріщ ини біля м асивних вклю чень утворю ю ться і пош ирю ю ться вздовж дислокаційної структури. Н а рис. 5,г видно великі пори, щ о утворилися за рахунок м асивни х вклю чень, і м ікротріщ ину, яка їх з ’єднує, сам і вклю чення стравлені під час електролітичного полірування фольги. В иявлено утворен ня пор на карбідних виділеннях голкоподібної ф орми внаслідок в ідш аруван ня вклю чень від м атриці (рис. 5,д). У творення пор на вклю ченнях у процесі навантаж ування п о в ’язую ть із появою плоски х скупчень дислокацій , що здатні поруш ити когезивний з в ’язок м іж вклю ченням и і м атрицею [11]. В основн ом у м ікротріщ ини в стал і 15Х 2М Ф А утворю ю ться і пош ирю ю ться вздовж паралельних дислокаційних субграниць і м артенситних рейок. П ри цьом у границ і структурних елем ентів, зокрем а границі зерен, і дисло кац ійні субграниці є еф ективним б ар ’єром на ш ляху пош ирення мікро- тріщ ин. Рис. 5,е ілю струє м ікротріщ ину, щ о пош ирю валася паралельно субграницям , але зупинилася при переході через границю , яка перп ен ди ку лярн а до напрям ку пош ирення тріщ ини. Д ослідж ено залеж ність напруж ення відриву о к сталі 15Х 2М Ф А при тем пературі —196° С від густини дислокацій в м алокутових границях після П П Д розтягом і ком бінованим розтягом (рис. 6). Зі зростанням густини дислокацій в м алокутових границ ях внаслідок пластичного деф орм ування незалеж но від ум ов П П Д (вид навантаж ення, тем пература, пластична деф ор м ація) зб ільш ується напруж ення відриву, причом у більш істотно п ісля де ф орм ування за тем ператури 350°С. О чевидно, це п о в ’язано з утворенням 26 ЇББИ 0556-171Х. Проблеми прочности, 2007, № 4 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Взаємозв ’язок між напруженням відриву при П П Д за вищ ої тем ператури та участі проц есів терм ічного повороту таких дислокаційних структур, як і за однакової густини дислокацій в м ало кутових границях утворю ю ть внутріш ньозеренну субструктуру, щ о від іграє роль додаткових б ар ’єрів, здатних гальм увати м ікротріщ ину. І д е Рис. 5. Мікротріщини і пори в сталі 15Х2МФА після ППД: а, г, д, е - X 30000; б - X 15000; в - X 80000. Т аким чином, вплив П П Д на м ікроструктурном у р івн і полягає у зб іль ш енні густини дислокацій в м алокутових границях, розорієн тац ії субзерен бейнітної структури і ф рагм ентації м артенситних рей ок та зм енш енні в ід стані м іж м алокутовим и границям и (розм іру структурних елем ентів), а при тем пературі 350°С у результаті терм ічного повороту - в утворенні стійких 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 27 П. В. Ясній, В. Б. Гладъо, 1. Б. Окіпний конф ігурацій у вигляді м алокутових границь. Указані чинники викликаю ть зр о стан н я нап руж ення, н еобхідн ого для п ош иренн я м ікротр іщ и н через границі структурних елем ентів, щ о зб ільш ує напруж ення відриву сталі 15Х2М ФА. о k , МПа 1800 1780 1760 1740 1720 1700 1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 - 1 4 - 2 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 р гр '10 ,М 2 Рис. 6 . Залежність напруження відриву сталі 15Х2МФА від густини дислокацій в мало- кутових границях після ППД розтягом і комбінованим розтягом: 1 - T = 350°C; 2 - T = 150°C. (Умовні позначення режимів ППД див. в таблиці.) В иявлено також зм енш ення напруж ення відриву стал і 15Х 2М Ф А після П П Д . В одному випадку це п о в ’язано зі зниж енням густини дислокацій в м алокутови х гран и ц ях (див. м ін ім альн е значення густи н и дислокац ій на рис. 3 ,а і зниж ення для нього напруж ення відриву - на рис. 6 л іва точка). В інш ом у випадку виявлено значну кількість м ікротріщ ин і пор (рис. 5,д), що п ризвело до зм енш ення нетто-перерізу зразка. Н аявність великої кількості м ікротріщ ин полегш ила утворення м акротріщ ини з наявних деф ектів струк тури, щ о зум овило зм енш ення напруж ення відриву (на рис. 6 ниж ня точка). В и с н о в к и 1. Д ослідж ено вплив попереднього пластичного деф орм ування розтягом і ком бінованим розтягом н а м ікроструктурні зм іни в сталі 15Х 2М Ф А після терм ічної обробки, щ о м оделю є радіац ійне окрихчування м атеріалу п ід дією нейтронного опром інення на кінець терм іну експлуатації корпусу атомного реактора. В иявлено, щ о зі зростанням П П Д розтягом зб ільш ується густина дислокацій в м алокутових границях сталі незалеж но від виду навантаж ення і тем ператури випробувань. 2. Д ослідж ено м ікром еханізм и зародж ення і пош ирення м ікротріщ ин при П П Д розтягом сталі 15Х 2М Ф А та вплив субструктури на гальм ування м ікротріщ ин. Б ільш ість м ікротріщ ин утворю ється і пош ирю ється вздовж п аралельних дислокаційних субграниць і м артенситних рейок, а границі структурних елем ентів, зокрем а границ і зерен, дислокаційні субграниці є еф ективним б ар ’єром на ш ляху пош ирення м ікротріщ ин. 28 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2007, № 4 Взаємозв ’язок між напруженням відриву 3. Зі зб ільш енням густини дислокацій в м алокутових границях і зм ен ш енням розм іру структурних елем ентів п ісля П П Д розтягом і комбінованим розтягом підвищ ую ться напруж ення відриву, причом у більш суттєво після деф орм ування за тем ператури 350°С порівняно зі 150°С. Ц е п о в ’язано з утворенням при П П Д за вищ ої тем ператури та за участі проц есів термічного повороту таких дислокаційних структур, які за однакової густини дисло кацій в м алокутових границях утворю ю ть внутріш ньозеренн у субструктуру, щ о від іграє роль додаткових б ар ’єрів, здатних гальм увати м ікротріщ ину. Р е з ю м е Рассмотрено влияние предварительного пластического деф ормирования рас тяж ением и ком бинированны м растяж ением при тем п ературах 1 5 0 и 3 5 0 ° С на напряж ение отры ва стали 15Х 2М Ф А после терм ообработки , которая м оделирует радиационное охрупчивание материала корпуса реактора типа В В Э Р-440 на конец срока эксплуатации. И сследована зависим ость нап ряж е ния отры ва стали от плотности дислокаций после предварительного п ласти ческого деф орм ирования. О бнаруж ено, что с увеличением предварительн о го пластического деф орм ирования растяж ением и ком бинированны м растя ж ением повы ш ается плотность дислокаций в малоугловы х границах, которые обусловливаю т рост напряж ения отры ва. Н апряж ение отры ва после деф ор м ирования при тем п ературе 350°С возрастает более сущ ественно, чем при 150° С. И зучены м икром еханизм ы зарож дения и распространения м икро трещ ин при пластическом деф орм ирован ии растяж ением стали 15Х 2М Ф А и влияние субструктуры на торм ож ение микротрещ ин. 1. Трощенко В. Т., Покровский В. В., Каплуненко В. Г. П рогнозирование трещ ин остой кости теплоустойчивы х сталей с учетом влияния разм еров образцов. Сообщ . 1. Р езультаты эксперим ентальны х исследований // П робл. прочности. - 1997. - № 1. - С. 5 - 20. 2. Карзов Г. П., Марголин Б. 3., Швецова В. А. Ф изико-м еханическое м оделирование процессов разруш ения. - СП б.: П олитехника, 1993. - 391 с. 3. Гуцайлюк В. Б., Ясній П. В. В плив циклічного пруж нопластичного деф ормування на механізм руйнування і напруж ення сколю вання тепло стійкої сталі // В існ. Ж итом ир. інж .-технол. ін-ту. - 2001. - № 16. - С. 8 - 17. 4. Гладьо В. Б., Гуцайлюк В. Б., Ясній П. В. М ікром ехан ізм и втом ної пош кодж уваності сталі 15Х 2М Ф А // Т ам же. - 2003. - 24, № 1. - С. 49 - 55. 5. Гуцайлюк В. Б ., Окіпний I. Б., Ясній О. П. В плив попереднього ком б і нованого розтягу на напруж ення сколю вання // В існ. Т ернопіль. держ. техн. ун-ту. - 2004. - 8, № 4. - С. 5 - 12. 6. Практические м етоды в электронной м икроскопии / П од ред. О. М. Гло- эра: Пер. с англ. - Л .: М аш иностроение, 1980. - 375 с. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4 29 П. В. Ясній, В. Б. Гладъо, І. Б. Окіпний 7. Новиков И. И. Д еф екты кристаллического строения металлов. - М.: М еталлургия, 1983. - 232 с. 8. Мелехов Р. К., Похмурсъкий В. І. К онструкц ійні м атеріали енергети ч ного обладнання. В ластивості, деградація. - Київ: Н аук. думка, 2003. - 384 с. 9. Утевский Л. М. Д иф ракционная электронная м икроскопия в м еталло ведении. - М .: М еталлургия, 1973. - 583 с. 10. Владимиров В. И. Ф изическая природа разруш ен ия металлов. - М.: М еталлургия, 1984. - 280 с. 11. Механика разруш ен ия и прочность м атериалов. С правочное пособие: В 4 т . / П од общ. ред. В. В. П анасю ка. - К иев: Н аук. думка, 1990. - 680 с. Поступила 14. 06. 2006 30 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2007, № 4

Взаємозв’язок між напруженням відриву і параметрами мікроструктури пластично деформованої теплотривкої сталі

Institution

Ähnliche Einträge