Випуски $\rightarrow$ Том 23, випуск 4 (2022)

Природа крихкости металів

Ю. Я. Мєшков, Г. П. Зіміна, Н. М. Стеценко

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36; 03142 Київ, Україна

Отримано 18.08.2022; остаточна версія — 13.10.2022 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Розглядається стан крихкости матеріалу як специфічний прояв механічної поведінки під навантаженням, що проявляється у нестабільності значення характеристики міцности в умовах неоднорідностей напружено-деформаційного стану (НДС). Для природньо пластичних металів така механічна поведінка можлива в умовах неоднорідного НДС під дією концентраторів напружень (КН), тріщин тощо. Протидію втраті стабільности міцности (σ0,2 — умовна межа плинности) чинить наявна пластичність матеріалу, але у вимірі особливого показника — деформаційної стійкости (зламостійкости) Br, який комплексно відображає міру пластичности та деформаційного зміцнення металу в зоні дії КН. Критична величина Brс відповідає міцності σ0,2C, за якої стабільність міцности переходить у стан нестабільности за температури ТC, де розрив зразка з КН відбувається за номінального напруження σNF, нижчого за σ0,2C: σNF ≤ σ0,2C. Аналізуються експериментальні результати різних авторів на зразках з КН (тріщинами), для яких можливо визначити критичні величини σ0,2C та Brс залежно від наявного рівня Br у сталях. Виявлено сталу закономірність залежности Brс від Br для різних видів КН, що уможливлює попередньо визначати схильність досліджуваної сталі до втрати стабільности міцности під дією КН за відомими показниками стандартних механічних характеристик під час розтягнення зразків σ0,2 і SK — істинного напруження руйнування у шийці зразка. Розглянута концепція крихкости металів як прояву нестабільности міцности в умовах дії КН може стати основою для розроблення інноваційної методології інженерного розрахунку силової надійности виробів техніки, що містять конструктивні види КН або відомі тріщини. Це можливо шляхом визначення гранично допустимої критичної характеристики міцности стопу σ0,2C, що ґарантує відсутність крихкого руйнування для виробу з даним видом КН за умови σNF ≤ σ0,2.

Ключові слова: міцність, нестабільність міцности, крихкість, окрихчення сталей, концентратор напружень, зламостійкість, пластичність.

Citation: Yu. Ya. Meshkov, G. P. Zimina, and N. M. Stetsenko, Nature of the Brittleness of Metals, Progress in Physics of Metals, 23, No. 4: 744–755 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.04.744

Цитована література   
  1. А.А. Shmykov, Spravochnik Termista (Moscow: Mashgiz: 1961) (in Russian).
  2. P.F. Koshelev and S.E. Belyaev, Prochnost’ i Plastichnost’ Konstruktsionnykh Materialov pri Nizkikh Temperaturakh [Strength and Plasticity of Structural Materials at Low Temperatures] (Moscow: Mashinostroenie: 1967) (in Russian).
  3. G.S. Pisarenko and А.А. Lebedev, Deformirovanie i Prochnost’ Materialov pri Slozhnom Napryazhyonnom Sostoyanii (Kiev: Naukova Dumka: 1976) (in Russian).
  4. Mekhanika Razrusheniya i Prochnost’ Materialov (Ed. V.V. Panasyuk) (Kiev: Naukova Dumka: 1988), vol. 3 (in Russian).
  5. Ya.B. Fridman, Mekhanicheskie Svoistva Metallov (Moscow: Mashinostroenie: 1972) (in Russian).
  6. Metally. Metody Ispytaniya na Udarnyy Izgib pri Ponizhennykh, Komnatnoy i Povyshennykh Temperatyrakh [Metals. Impact Test Methods at Low, Room, and High Temperatures], GOST 9454-78 (Moscow: Izdatel’stvo Standartov: 1978) (in Russian).
  7. Raschety Ispytaniy na Prochnost’. Metody Mekhanicheskikh Ispytaniy Metallov. Opredelenie Kharakteristic Treshchinostoykosti (Viazkosti Razrusheniya) pri Staticheskom Nagruzhenii], GOST 25.506-85 (Moscow: Izdatel’stvo Standartov: 1985) (in Russian).
  8. V.M. Gryshchenko, Yu.Ya. Meshkov, Yu.O. Polushkin, and A.V. Shiyan, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 37, No. 7: 961 (2015) (in Russian); https://doi.org/10.15407/mfint.37.07.0961
  9. Yu.Ya. Meshkov and A.V. Shiyan, Steel in Translation, 49, No. 12: 888 (2019); https://doi.org/10.3103/S0967091219120088
  10. Yu.Ya. Meshkov and A.V. Shiyan, Steel in Translation, 48, No. 4: 256 (2018); https://doi.org/10.3103/S0967091218040083
  11. Yu.Ya. Meshkov and A.V. Shiyan, Stal’, No. 1: 45 (2018) (in Russian).
  12. Yu.Ya. Meshkov and K.F. Soroka, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 6: 781 (2021) (in Ukranian); https://doi.org/10.15407/mfint.43.06.0781
  13. G.G. Kurdyumova, Yu.V. Mil’man, and V.I. Trefilov, Metallofizika, 1, No. 2: 55 (1979) (in Russian).
  14. A.V. Shiyan and Yu.Ya. Meshkov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 6: 755 (2019) (in Russian); https://doi.org/10.15407/mfint.41.06.0775
  15. A.V. Shiyan, Fizicheskaya Priroda Lokal’nogo Napryazheniya Khrupkogo Razrusheniya Staley i Svarnykh Shvov [Physical Nature of Local Stress of Brittle Fracture of Steels and Welds] (Thesis of Disser. for Cand. Phys.-Math. Sci.) (Kyiv: 1990) (in Russian).
  16. A.N. Stroh, Pros. Roy. Soc. London A, 223, No. 1154: 404 (1954); https://doi.org/10.1098/rspa.1954.0124
  17. Yu.Ya. Meshkov, Fizicheskaya Priroda Razrusheniya Stalnykh Konstruktsiy (Kiev: Naukova Dumka: 1981).
  18. A.V. Shiyan, Yu.Ya. Meshkov, and Yu. A. Polushkin, Steel in Translation, 49, No. 6: 414 (2019); https://doi.org/10.3103/S096709121906010X
  19. J.H. Hollomon, Amer. Inst. Min. Metallurg. Eng.: Iron Steel Div., 162: 268 (1945).
  20. Yu.Ya. Meshkov and G.P. Zimina, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 6: 807 (2022); https://doi.org/10.15407/mfint.44.06.0807

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,