Диссертация (1026057), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Высоколегированные стали проявляют наибольшуюсклонность к структурной наследственности в широком интервале скоростейнагрева, так как легирующие элементы замедляют рекристаллизацию и, темсамым, способствуют сохранению внутрезеренной текстуры [36, 58].В работах Садовского В.Д. [35] приведен обзор работ, в которых описаныусловиявозникновенияиразличныеслучаипроявленияструктурнойнаследственности при проведении термической обработки в сталях и сплавах.Методики ТЦО для низкоуглеродистой мартенситной стали представленыв работах Ряпсова И.В., Клейнера Л.М. и других [59 - 62].
Авторами [59, 63]показано, что два цикла нагрева до температуры Ас3+10↔20ºС приводят кформированию структуры аустенита с неравномерным зерном неправильнойформы. После 3 циклов зерно измельчается, но остается неоднородным поразмерам. После 5 циклов выявляется сетка мелких равноосных аустенитныхзерен. Дальнейшая термообработка не приводит к значительному измельчениюструктуры.1.2 Анализ методик экспериментального исследования деформирования сталипри высоких температурахДля совершенствования процесса изготовления деталей гидравлическихтурбиннеобходимо моделированиеповедения стали при высокихтемпературах. Для того чтобы разработать модель поведения материала привысокой температуре нужно рассмотреть влияние различных факторов насвойства материала и возможный механизм деформации.24Существует множество экспериментальных методов исследования свойствматериалов, основные из них, в определенной степени, отражены в работахБелла Ф.Дж., Кобаяши А., Дэлли Д.
и других[64, 65]. Методические вопросыэкспериментальной механики описаны в работах Фридмана Я.В., Беккера Э.,Васина Р.А., Букеткина Б.В., Горбатовского А.А. и других [66 - 68].Одним из наиболее применяемыхмеханическихрастяжение.свойствматериаловСтатическиена практике методов определенияявляетсяиспытаниянаиспытаниеодноосноенаодноосноерастяжениеприповышенных температурах (до 1200°C) регламентированы в ГОСТ 9651-84[69], при этом из результатов испытаний определяютпредел текучести,временное сопротивление, относительное, равномерное и полное удлинение.Однако для описания поведения материала при высоких температурах с учетомморфологии и фазового состава необходимо определить параметры, которые нерегламентированысуществующимистандартами.Поэтомузачастуюнеобходимо дорабатывать существующие стандартные методики испытанийили разрабатывать собственные методики экспериментального исследованиясвойств материала.Одними из основных параметров испытаний для изучения механическихсвойств материала являются температура и скорость деформации.а) Влияние температурыПри повышении температуры пластичность, вязкость и деформируемостьувеличиваются, в то время как модуль упругости и предел текучестиснижаются [70].
Показатель упрочнения также зависит от температуры - он, какправило, уменьшается с ростом температуры.б) Влияние скорости деформацииВлияниескоростидеформациималовусловияххолодногодеформирования, но становиться весьма значительным в условиях горячегодеформирования. Увеличение скорости деформации, как правило, ведет кснижению пластичности и увеличению сопротивления деформированию. Дляколичественной оценки влияния скорости деформации на напряжения течения25вводят так называемый параметр чувствительности к скорости деформации.Довольно часто под величинойэкспериментальныхкривыхэтого параметра понимают«напряжение-скоростьнаклондеформации»влогарифмических координатах [71 - 72]. Параметр чувствительности к скоростидеформации тоже может зависеть от скорости деформации, например, вусловиях сверхпластичности.При комнатной температуре чувствительность к скорости деформацииочень низка, однако при увеличении температуры она возрастает.
Диапазоныпоказателя чувствительности к скорости деформации для большинства сталейимеет следующие значения:- до 0,05 для холодной обработки,- от 0,05 до 0,4 для горячей обработки,- от 0,4 до 0,85 для сверхпластичных материалов [65].Чувствительность к скорости деформации является важным параметромматериала,которыйописываетспособностьматериаласопротивлятьсяобразованию шейки и является одним из ключевых факторов для определениямеханизма деформации.В работах Грабского М.В., Васина Р.А. и других описаны различныеэкспериментальные методы для определения значения этого параметра [71 73].
Можно выделить три основных вида экспериментов для определениячувствительности к скорости деформации: 1) серии испытаний с постояннойскоростью деформации; 2) испытание со скачкообразным изменением скоростидеформации и 3) релаксационные тесты.Наиболее широкое распространение получил метод испытания нарастяжение со скачкообразным изменением скорости деформации.Сначалаобразец деформируется с одной скоростью деформации 1 до установлениянапряжение ζ1, которое наблюдается при деформации 1 . Затем скоростьдеформации изменяется на 2 , где 2 > 1 , что приводит к изменениюнапряжений до уровня ζ2. После того, как значение деформации достигло 2 ,скорость деформации опять возвращается к уровню 1 .Таким образом,26чувствительностькскоростидеформацииопределяетсяследующимуравнением:=ln ( 2 /1 )(1.2)ln ( 2 / 1 )Схематическое изображение кривой со скачкообразным изменениемскорости деформации показано на Рис.
1.5.ζD’ B’EAGF’CD BE’C’εРис. 1.5. Типичная экспериментальная зависимость напряженияот деформации, записанной во время испытания соскачкообразным изменением скорости деформации(схематично)[74].Существуют несколько методов обработки экспериментальной кривой«напряжение - деформация» с целью определения чувствительности к скоростидеформации. Общими для всех методов являются предположения о том, чтоиспытательная установка абсолютно жестка и переключение скоростейпроисходит мгновенно.Метод 1Этот метод предложен в работе Бэкофена В.
[75]. В соответствии с этимметодом, кривая при скорости деформации 1 экстраполируется в точку В, такчтобы деформации в точках В и А, где точка А – экстраполяция кривой прискорости деформации2 , были равны. Чувствительность кдеформации определяется как: = ln( / )/ ln(2 /1 ).скорости27В этом методе предполагается, что напряжение течения зависит только отскорости деформации и не зависит от степени деформации, т.е. материал неиспытывает деформационного упрочнения или разупрочнения во времядеформации.Метод 2Метод 2 является модифицированным методом Бэкофена.
В этом методеучитывается максимальные значения напряжений (в точках С и А) призаданной скорости деформации (1 и 2 , соответственно): = ln( / )/ ln(2 /1 ) .Метод 2 дает более высокие значения, чем метод 1. Недостатком этихметодов являются противоречивые результаты при определении скоростидеформации на участках с повышением и понижением скорости деформации.Метод 3В работах Грабского М.В.
[72] предложен метод, предлагающийэкстраполяцию линейного участка диаграммы «напряжение деформация».Значения напряжений и скоростей деформаций вычисляютсядо и послемгновенного изменения скорости деформации (точки D и Е, соответственно).Чувствительность к скорости деформации определяется, как: = ln( / )/ ln(2 /1 ).Этот метод представляет собой вариант метода 1. Разница заключается втом, что для расчета используются данные, характеризующие состояниематериала в момент изменения скорости деформации. Кроме того, метод 3гораздо проще использовать на практике [73, 74].Метод 4В работах Хэдворта Дж. и Стоуэлла М. Дж.[74] предположено, чтоизменение скорости деформации при переключении скорости траверсы влияетна плотность дефектов структуры, поэтому величину параметра m следуетвычислять по формуле: = ln( / )/ ln(2 /1 )28Метод 4 дает более низкую оценку чувствительности к скоростидеформации, чем методы 1,2 и 3.1.3 Обзор уравнений для описания напряженно-деформированного состояниясталей при высоких температурахВ настоящее время для анализа напряженно-деформированного состоянияматериала в процессе изготовления деталей широко используются методыконечных элементов (МКЭ).
Для корректной постановки задачи и адекватностиполучаемых результатов необходимо подобрать уравнение, которое позволяетнаиболее точное описать реологические свойства материала. Как былоотмечено ранее, свойства стали зависят от ряда факторов: температуры,размера зерна, плотности дислокаций, фазового состава и его морфологии.Таким образом, влияние каждого фактора должно быть изучено и, принеобходимости, отражено в уравнении состояния материала.Существует множество теорий ползучести. Основные из них представленыв работах Работнова Ю.Н., Качанова Л.М., Хоникомба Р.
и многих других [70,76].Одной из самых распространенных моделей является классический законНортона-Бейли для установившейся ползучести [70, 77, 78]: = (1.3)где А и n - постоянные ползучести, а - эквивалентное напряжение.Основное преимущество этой модели – это простота примененияиточность описания, независимо от величины напряжения.Степенной закон Нортона-Бейли [79] предполагает, что параметры А и nзависят от температуры. Дорн Дж.
Е. [80] предположил, что вклад температурыможно учесть с помощью замены постоянной А уравнением Аррениуса: = (−)(1.4)29где В - предэкспоненциальная постоянная, Q - энергия активации деформацииползучести, R - универсальная газовая постоянная и Т - температурадеформации.Тогда уравнениу (1.2) примет вид : = (−)(1.5)В работах [81 -82] показано, что увеличение размера зерна можетприводить как к увеличению, так и к уменьшению скорости ползучести, взависимости от роли границ зерен, свойств материала и параметровдеформации.Как правило, границы зерен способствуют движению дислокаций, тогдаповедение материала с учетом влияния размера зерна может быть описано спомощью уравнения [83]:= (−)(1.6)где G – модуль сдвига при заданной температуре, b – вектор Бюргера, k –константа Больцмана, p – параметр, отражающий влияние размера зерна.Параметры материала, используемые в вышеуказанных уравнениях,отражают физические процессы, которые происходят при деформированииматериала.Ползучестьможетосуществлятьсяпосредствомразличныхмеханизмов, таких как дислокационная ползучесть, межзеренное скольжение идиффузионная ползучесть.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
