Расчет конструктивной прочности стали по параметрам структуры - Методичка

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетной образовательное учреждение высшего профессионального образования Кафедра металлургии, машиностроения и технологического оборудования «Расчет конструктивной прочности стали по параметрам структуры» по курсу «Материаловедение»Задачей курсовой работы является научить студента применять теоретические знания по различным механизмам упрочнения сталей и сплавов для решения конкретных практических задач.При этом происходит изменение состава и природы фаз, образующих сплав, их количества и размера, характера распределения дислокаций и других дефектов кристаллического строения. Под теоретической прочностью понимают сопротивление деформации и разрушению, которое должны были бы иметь материалы согласно физическим расчетам с учетом сил межатомного взаимодействия и предположения, что два ряда одновременно смещаются относительно друг друга под действием напряжения сдвига. Если плотность дислокаций меньше величины а, сопротивление деформации резко увеличивается и прочность быстро приближается к теоретической. Схема зависимости сопротивления деформации от плотности дислокаций и других дефектов кристаллического строения металлов: 1 - теоретическая прочность; 2 - «усы»; 3 - чистые неупрочненные металлы; 4 - сплавы, упрочненные легированием, наклепом, термической или термомеханической обработкой Высокопрочные материалы должны также иметь определенную пластичность (d, y), вязкость (KCU, KCV, KCT), необходимые пределы вязкости разрушения - коэффициент интенсивности напряжений при плотности деформации К1с, температуру вязкохрупкого перехода (порог хладноломкости) Тпр и др.Беспорядочно расположенные дислокации ("лес дислокаций") в деформированном металле вызывают сильное повышение прочности (st = 10-3 ?10-2G при r = 1011 ?1012 см-2), но одновременно резко снижают сопротивление хрупкому разрушению. Степень торможения дислокаций в твердом растворе определяется фактором размерного несоответствия атомов растворителя и растворенного элемента, разностью модулей упругости и возрастает пропорционально концентрации. Очень затрудняют движение дислокаций, а следовательно, повышают прочность, атмосферы Коттрелла, даже при малом содержании компонента внедрения. Это объясняется тем, что дислокация не может перейти границу зерна, так как в новом зерне плоскости скольжения не совпадают с плоскостью движения этой дислокации. Чем мельче зерно, тем труднее развивается хрупкая трещина, поскольку границы зерен затрудняют переход трещины сколом из одного зерна в другое вследствие изменения направления ее движения.Знание механизмов упрочнения позволяет провести количественную оценку предела текучести и изменения температуры вязко хрупкого перехода стали. Исходными данными для количественной оценки прочности сплава служат данные о его химическом составе, распределении элементов между фазами и количественные параметры структуры (размер зерна, соотношение фаз, их размер и т.д.) в основу такого расчета положены количественные соотношения, установленные для каждого механизма упрочнения. Можно полагать, что в различных сталях и сплавах действуют следующие главные механизмы упрочнения: s0 - сопротивление решетки металла движению свободных дислокаций (напряжение трения решетки); Dsд - упрочнение, обусловленное сопротивлением скользящей дислокации другим дислокациям в кристалле (дислокационное упрочнение); Dsд.у - упрочнение, вызванное образованием дисперсных частиц второй фазы при распаде пересыщенного твердого раствора (дисперсионное упрочнение);Повышение пределов текучести и прочности сталей обычно приводит к снижению вязкости, уменьшению работы развития трещины, повышению порога хладноломкости, т.е. увеличению склонности к хрупким разрушениям. Температура перехода из вязкого состояния в хрупкое Тп.р (порог хладноломкости), соответствующая температуре, при которой в изломе содержится 50% волокнистой составляющей температуры Т50, является наиболее часто применяемым критерием оценки склонности к хрупким разрушениям малоуглеродистых строительных ферритно-перлитных сталей. При грубой оценке влияния упрочнения на хладноломкость обычно считают, что увеличение предела текучести подобных сталей на каждые 15 МПА вызывает повышение температуры перехода на 4°С. Однако, как показывают специальные исследования, повышение температуры перехода при упрочнении, или, как его можно упрощенно назвать, охрупчивание стали, зависит от того, каким из механизмов упрочнения достигнуто повышение предела текучести стали. Другими словами, желательно использовать такие механизмы упрочнения, которые обеспечили бы минимальное повышение температуры перехода на единицу возрастания предела текучести стали.