Образования мартенсита

247 146 102J до разрушения до образования макротрещины с момента образования мак -ротрещин до разрушения

Микротрещины в поверхностных слоях циклически деформируемого образца могут образовываться на значительно более ранних этапах нагружения, задолго до II периода появления магистральной трещины. Поэтому оценку долговечности материала наиболее целесообразно проводить по моменту образования макротрещины. Это наиболее правильно при жестких режимах нагружения, когда окончательное разрушение образца

Вторичные кривые выносливости — кривые, полученные при испытании ранее предварительно циклически нагруженного и потому более или менее поврежденного материала. Предложен [[128] расчетный метод построения вторичных кривых выносливости для деформируемых алюминиевых сплавов, учитывающий две стадии повреждения: до образования макротрещины и развитие макротрещины до окончательного разрушения.

Вторичные кривые выносливости характерны для двух случаев: при повреждении материала без образования макротрещины и с макротрещиной. Между ними находится кривая выносливости, которая названа характеристической (рис. 14).

Отличительной особенностью процесса сопротивления материалов малоцикловому нагружению является непостоянство с числом циклов и во времени диаграммы деформирования. Следствием отмеченного оказывается перераспределение в общем случае напряжений и деформаций в процессе циклического нагружения за пределами упругости элемента конструкции. При этом возникает явление нестационарности условий деформирования даже при повторном нагружении конструкции постоянными нагрузками (механическими и термическими). С другой стороны, условия циклического деформирования за пределами упругости определяют величины циклических и односторонне накопленных деформаций на стадии образования макротрещины и особенности достижения предельного состояния по разрушению.

•температур 200 г± 900° С с длительностью цикла 5,5 мин. Образцы нагревались пропусканием тока. Управление режимом термического нагружения выполнялось путем поддержания от цикла к циклу постоянными максимальных и минимальных значений температуры в середине рабочей длины образца. Разрушение фиксировалось по моменту образования макротрещины.

Для расчета накопленного повреждения D по результатам двухступенчатого блочного нагружения с использованием зависимости (1.1.12) необходима прежде всего запись поциклового изменения деформаций на каждом уровне блока нагружения вплоть до достижения образцом предельного состояния по моменту образования макротрещины. Дальнейшая обработка каждой из двух полученных таким образом кривых изменения деформаций в процессе испытания для каждого образца (по числу уровней в блоке) осуществляется по методике, изложенной выше для случая мягкого стационарного нагружения. Суммарное накопленное повреждение, таким образом, учитывает вклад каждой ступени блока нагружения и в соответствии с зависимостью (1.1.12) определяется с учетом усталостных и квазистатических повреждений.

Результаты испытания при малоцикловом нагружении образцов из стали Х18Н10Т в состоянии аустенизации показали, что материал является циклически стабилизирующимся без выраженной циклической анизотропии свойств. После некоторого упрочнения в течение первых пяти полуциклов нагружения наступала стабилизация петли пластического гистерезиса вплоть до момента образования макротрещины.

Исследования Института электросварки им. Е. О. Патона показали, что в доброкачественных соединениях, даже в случае высоких растягивающих остаточных напряжений, образование усталостных трещин начинается только после 0,2—0,4 общего числа циклов, потребного для полного разрушения сварного элемента или крупномасштабного образца. Если за критический размер усталостной трещины принять ее глубину, равную 2—3 мм (с учетом невозможности перехода такой трещины в хрупкую при наиболее неблагоприятных условиях изготовления и эксплуатации сварной конструкции [4]), то в этом случае стадия развития составляет меньшую долю, чем стадия зарождения и начала образования макротрещины.

Процесс формирования предельного состояния по условиям образования макротрещины, тип и степень малоцикловых повреждений при повторных термомеханических воздействиях определяются циклами температур и нагрузки, их сочетанием, а также циклическими и статическими свойствами материала. В значительной степени сопротивление усталости при длительном малоцикловом нагружении связано с деформационной способностью материала, изменением ее во времени в процессе старения при высоких уровнях циклических или постоянных температур.

Термоусталостные испытания проводят при различной жесткости нагружения (установки) на сплошных цилиндрических, корсетных или трубчатых образцах с автоматической записью диаграмм циклического деформирования при переменной температуре. Управление режимом термоциклического нагружения осуществляют, обеспечивая постоянные (от цикла к циклу) предельные значения температуры в середине рабочей части образца; время разрушения фиксируют по моменту образования макротрещины.

Уменьшение скорости охлаждения ниже некоторого предела, не предупреждая образования мартенсита, приводит к значительному росту зерен, вызывающему резкое снижение пластичности. Следовательно, чрезмерно высокий подогрев не только не принесет пользы, а наоборот, может вызвать заметное ухудшение свойств

Это превращение наблюдается ниже температуры метаста-бильного равновесия аустенит—мартенсит (Го). При Г0 более устойчивой фазой является перлит, однако работа, необходимая для образования мартенсита из аустенита, меньше, чем для образования перлита; поэтому ниже То образование перлита (феррито-карбидной смеси) из аустенита может произойти только в результате превращения аустенита в мартенсит, а затем" уже мартенсита в перлит.

Рис. 204. Структура мартенсита (а) и микрорельеф на поверхности полированного шлифа и той же стали (б), возникающий в результате образования мартенсита. Х400

Некоторые легирующие элементы снижают точку мартенсит-ного превращения, и поэтому в некоторых легированных сталях, содержащих достаточное количество углерода и легирующих элементов, точка Мн расположена ниже 0°С и закалкой можно получить чистую аустенитную структуру (см. гл. XIV, п. 6). Из этого следует, что температура образования мартенсита зависит в основном от состава стали (состава аустенита).

В первую очередь следует выяснить, как влияет скорость охлаждения на температуру образования мартенсита. Опытами было показано, что при непрерывном охлаждении аустенита при скорости от УК (для углеродистой стали она примерно составляет 150 град/с) до сверхвысоких скоростей охлаждения (~ 10000 град/с) не удалось снизить температуры начала мартенситного превращения.

ние е-фазы протекает по мартенситному механизму. Поскольку и при температурах своего образования мартенсита е-фаза неустойчива, температурные области ее образования на диаграмме не указаны.

Отпуск стали можно проводить по двум различным режимам. Первый режим (рис. 323,а) состоит в том, что инструмент подвергают трехкратному отпуску при 560°С с выдержкой при температуре отпуска каждый раз 1 ч. После первого отпуска остается около 15% остаточного аустенита, после второго 3— 5% и после третьего 1—2%. Твердость после такой обработки поднимается до HRC 64—65. Образование мартенсита при отпуске происходит, как указывалось выше, при охлаждении от 150 до 20°С (на рис. 289 температуры образования мартенсита указаны волнистыми линиями).

Аустенитная структура получается в результате закалки, а упрочнение — при холодном наклепе (если в закаленном состоянии прочность недостаточна). Сталь должна обладать устойчивым аустенитом, т. е. точка Md должна лежать ниже 0°С, чтобы деформация при комнатной температуре не вызывала образования мартенсита.

Исключить или уменьшить вероятность образования мартенсита на втором участке околошовной зоны можно снижением скорости охлаждения, что достигается увеличением погонной энергии сварки или подогревом изделия.

4 Различают две основные разновидности кинетики образования мартенсита: атермическую и изотермическую. Изотермическое мартенситное превращение, происходящее в некоторых специальных сплавах (например, Fe—Ni—Mn, Fe—Cr—Ni и др.), протекает вяло Изотермическое образование мартенсита может быть описано изотермической диаграммой /—т,. Превращение начинается но истечении инкубационного периода и его длительность зависит от температуры. Положение млртенситнон гочкп при тотермическом превращении зависит от скорости охлаждении. Напряжении замедляю! изотермическое образование мартенсита. Ниже рассматривается только атермическое превращение, которое протекает в обычных промышленных стялях. Именно и УТИХ сталях изотермическое превращение мартенсита существенного значения не имеет.

Разработан новый класс аустенитных сталей, получивших название трип-сталей. Эти стали обладают высоким комплексом механических свойств. Трип-стали содержат 0,2—0,3 % С, 8—10 % О. 8—25 % Ni, 4 % Mo, I—2,5 % Мп, а также до 2 % Si. Отличительной особенностью этих сталей является то, что у них точка мартенситиого превращения М„ лежит при отрицательной температуре, а Мд (начало образования мартенсита деформации) — при температуре выше комнатной.