Введение к работе
Актуальность темы. Подавляющее большинство деталей и выполненных из них конструкций и сооружений работает в условиях усталостного нагруже-ния, т.е. при переменных механических (механическая усталость) или температурных (термическая усталость) нагрузках. Специфика поведения материала при данном способе воздействия заключается в том, что в нестационарных условиях в металле, в том числе и стали, легче возникают повреждения и разрушение происходит при действии нагрузок, значительно меньших по сравнению со стационарными условиями. Неожиданное, в большинстве случаев, наступление заключительной стадии усталостного разрушения (хрупкий долом) может приводить (и часто приводит) к катастрофическим последствиям. Несмотря на это, явление усталости материалов нередко недооценивают, не принимая во внимание при расчетах деталей и узлов конструкций различного назначения. Отчасти это связано со сложностью оценки циклической прочности и долговечности материалов, т.к. на усталостное разрушение весьма часто оказывает влияние комплекс факторов (фазовый состав и дефектная субструктура материала, состояние поверхностного слоя, среда и температура испытания, частота, периодичность и амплитуда действующей нагрузки и т.д.). Применение современных структурных методов исследования (электронной дифракционной микроскопии тонких фольг и реплик, растровой электронной микроскопии изломов) позволило сделать определенные шаги в понимании природы усталостного разрушения металлов и сплавов, однако многоплановость, многофакторность данного явления не позволяет к настоящему времени говорить о построении некоей общей теории усталостного разрушения металлических материалов. Более правильным, по-видимому, следует считать, что в настоящее время наука об усталости конструкционных материалов находится на стадии интенсивного накопления фактического материала, его осмысления и обобщения. Все вышесказанное определяет актуальность данной работы.
Настоящая работа проводилась в соответствии с программой фундаментальных исследований «Повышение надежности систем: «машина-человек-среда» АН СССР на 1989-2000г.; Федеральной целевой программой «Интегра-
вяБлііотгал І
ция» на 1997-2002г., 2002-2006г; грантами Министерства образования РФ по фундаментальным проблемам металлургии на 1998-2004г.
Целью работы является установление физической природы структурных и фазовых превращений в предварительно закаленной стали 60ГС2 и частичного восстановления ресурса ее работоспособности в условиях стимуляции импульсным электрическим током при много цикловой усталости. Реализация данной цели потребовала решения следующих задач:
качественные и количественные исследования структурно-фазового состава стали в исходном состоянии и его эволюции в процессе многоцикловых усталостных испытаний в стандартных условиях и в условиях электростимулирования;
исследование закономерностей формирования структурно-фазового градиента стали как в поперечном, так и продольном сечениях усталостно нагруженного материала;
анализ факторов, определяющих усталостную долговечность стали при традиционной и электростимулированной усталости и выявление основных из них.
Научная новизна: впервые на мезо- и микроуровнях проведены сравнительные количественные и качественные исследования закаленной стали 60ГС2 в исходном состоянии и состояниях, реализованных в условиях традиционных усталостных испытаний и испытаний с промежуточным электростимулированием нагруженных образцов. Выявлены и подвергнуты анализу основные факторы, определяющие усталостную долговечность стали в условиях много цикловых испытаний. Вскрыты механизмы, ответственные за повышение усталостной долговечности стали, реализующиеся в условиях воздействия импульсным электрическим током.
Достоверность экспериментальных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задач исследования, комплексным подходом к их решению с использованием современных методов и методик, широким применением статистических методов обработки результатов,
анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей фактам, полученным другими авторами.
Научная и практическая значимость работы заключается прежде всего в значительном увеличении усталостной долговечности стали 60ГС2, обусловленном воздействием импульсным электрическим током на промежуточной стадии нагружения. Выявлен комплексный характер изменения структурно-фазового состояния стали при традиционной схеме нагружения и в условиях
электростимулирования. Установлены основные физические факторы, вскрывающие роль электростимулирования в улучшении свойств закаленной стали при многоцикловых усталостных испытаниях.
Положения, выносимые на защиту:
1.Совокупность экспериментальных фактов о структурных и фазовых превращениях в зоне усталостного роста трещины и в зоне долома предварительно закаленной стали при усталостных испытаниях.
2.Структурный и фазовый градиенты, вызванные усталостными испытаниями стали.
3.Факторы, раскрывающие механизмы пластифицирующего действия электростимулирования при усталостных испытаниях предварительно закаленной стали 60ГС2.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: V Международной конференции "Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов. Воронеж. 2003; семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий». Обнинск. 2003; III Международной конференции "Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений". Тамбов. 2003. XV Международная конференция «Физика прочности и пластичности материалов». Тольятти. 2003; VI Международном семинаре "Современные проблемы прочности" им. В.А.Лихачева. Старая Русса. 2003; XIV Петербургских чтениях по проблемам прочности. С-Петербург. 2003; VI Всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии в машиностроении". Пенза, 2003; Международной конференции «Действие электромагнитных полей и тока на пластичность и прочность материалов». Мо-
сква. 2003; II Всероссийской конференции молодых ученых "Материаловедение, технологии и экология в III тысячелетии". 2003. Томск; V Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение». Алушта. 2003; VII Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах». Барнаул. 2003; XLII семинаре «Актуальные проблемы прочности». Калуга. 2004.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 28 работ, список основных из них приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 141 наименований; содержит 128 страниц машинописного текста, включая 3 таблицы и 60 рисунков.
