Індекс рубрикатора НБУВ: К206.222

Рубрики:

Крихка міцність (крихкість) металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено результати досліджень щодо розробки локального підходу до аналізу крихкого руйнування металів і сплавів. Показано, що розробка статистичного критерію локального руйнування металу в околі концентратора напружень є ключовою проблемою локального підходу. Обгрунтовано можливість опису процесу крихкого (квазікрихкого) руйнування металу перед надрізом на основі "перших принципів", тобто аналізу процесів утворення та катастрофічного росту зародкових тріщин. Розглянуто фізичні ефекти, які необхідно враховувати в ході розробки локального критерію руйнування, й основні фактори, за якими визначають розмір "process zone". Установлено залежність останнього від величини відносного градієнта інтенсивності локальних пластичних деформацій. Проаналізовано коректність використання розподілу Вейбулла для аналізу квазікрихкого руйнування металів. Показано, що параметри Вейбулла не є константами матеріалу як це постулюється в загально прийнятому варіанті локального підходу. Їх значення залежать від величини локальної пластичної деформації та напружено-деформованого стану металу в околі концентратора.

На основе представлений о механическом воздействии на металл как о возбуждении и рассеивании в нем неравновесных колебаний кристаллической решетки (динамических фононов) показано, что хладноломкость является следствием резкого увеличения сил межатомного взаимодействия, обусловленного зависимостью их величины от тепловых и неравновесных колебаний решетки.

Наведено результати експериментальних досліджень впливу попередньої пластичної деформації розтягом і стиском на рівень крихкої міцності деформованого металу. Розроблено методику експериментального визначення величини крихкої міцності деформованого матеріалу. Досліджено вплив гостроти текстури на рівень крихкої міцності деформованого металу. Встановлено існування критичних кутів розмиття текстурної компоненти, починаючи з яких з'являється вплив текстури на крихку міцність. Виявлено, що значення цих кутів залежить від типу текстури та матеріалу. Запропоновано модель крихкого руйнування деформованого металу, відповідно до якої основними факторами, що впливають на рівень крихкої міцності деформованого металу, є кристалографічна текстура та залишкові мікронапруження.

Індекс рубрикатора НБУВ: К206.222 + З855-03

Рубрики:

Крихка міцність (крихкість) металів і сплавів

Кріогенні прилади. Кріоелектроніка

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Предложена математическая модель обратимой водородной хрупкости (ОВХ) металлов с ОЦК решеткой. Модель основана на классической модели Зинера - Стро образования субмикротрещины по дислокационному механизму в зерне металла и включает модель переноса водорода краевыми дислокациями. Создана программа, позволяющая рассчитать влияние водорода на напряжение разрушения зерна металла. При моделировании ОВХ учитаны концентрация свободного водорода в металле, скорость движения краевых дислокаций, температура металла, размер зерна. Расчетные кривые сопоставлены с экспериментом. Полученные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными по ОВХ.

На основании теории диффузии предложена модель транспортировки атомов водорода краевой дислокацией. Получено уравнение диффузии водорода в поле движущейся краевой дислокации, которое позволяет рассчитывать количество водорода, переносимого дислокацией, в зависимости от температуры металла, скорости движения краевой дислокации и концентрации свободного водорода. Численный расчет показал, что перенос водорода краевой дислокацией имеет максимум при температуре, близкой к нормальной. Полученные результаты хорошо согласуются с особенностями обратимой водородной хрупкости.

Приведены результаты исследований влияния водорода на механизм разрушения металла. В металле, содержащем диффузионный водород, в результате пластической деформации образуется остаточный водород, который связан со сформировавшимися дислокациями и микротрещинами. Наличие водорода, связанного с дислокациями, приводит к локализации пластической деформации металла. Зарождение микротрещин происходит по сдвиговому механизму, а их дальнейший рост - за счет образования новых дефектов в вершине старой трещины и их слияния.

Наведено результати аналізу впливу середовища, з яким контактують деталі з конструкційних матеріалів для визначення шляхів підвищення та прогнозування їх працездатності.

За допомогою розрахунків із перших принципів та експериментальних методик досліджено особливості впливу водню на фізико-механічні властивості матеріалів. Показано, що теорія підсиленої воднем локалізованої пластичності адекватно описує явище водневої крихкості металів. Однак її інтерпретація в рамках механіки суцільних середовищ переоцінює значення індукованого воднем екранування пружної взаємодії між дислокаціями, а також не враховує вплив водню на електронну структуру. З огляду на зазначені особливості, запропоновано електронну концепцію водневої крихкості, згідно з якою причиною індукованого воднем знеміцнення є його вплив на електронну структуру матеріалу і, як наслідок, пружні модулі. На основі електронної концепції розроблено практичні рекомендації для підвищення водневої стійкості аустенітних сталей.

Предложен оригинальный физически обоснованный метод определения разброса значений критической температуры хрупкости (КТХ). Принципиальным его отличием и преимуществом (от стандартного) является определение разброса данных не из набора значений КТХ, а из первичных результатов для вычисления КТХ. Введены количественные характеристики серии экспериментов на ударную вязкость для определения КТХ: эффективное количество экспериментальных точек и вес (степень влияния) каждой из них на КТХ. Предложен также критерий достаточности количества значений ударной вязкости для адекватного нахождения из них КТХ. Описаны многочисленные эксперименты, которые продемонстрировали хорошую корреляцию разброса значений КТХ, полученных предложенным методом, и соответственных стандартных отклонений.

Досліджено явища водневої крихкості в конструкційних матеріалах на основі 3d перехідних металів. Використовуючи комплекс теоретичних та експериментальних методів досліджень, проаналізовано наявні в літературі механізми водневої крихкості. Досліджено особливості впливу водню на електронну структуру, фазові переходи та властивості дислокацій в сплавах на основі заліза, титану і нікелю, та наслідки цього впливу для макроскопічних механічних властивостей відповідних матеріалів. Використовуючи азот і вуглець в якості індикаторів кореляції між електронною структурою і механічними властивостями, проведено верифікацію електронної концепції посиленої воднем локалізованої пластичності. Запропонована концепція дозволяє врахувати хімічну природу елементів втілення та коректно спрогнозувати їх вплив на властивості дислокацій, що є основним положенням моделі спричиненої воднем крихкості. Додатковою перевагою даної концепції у порівнянні з моделлю, розробленою в рамках механіки суцільних середовищ, є здатність запропонувати практичні рекомендації для підвищення опору матеріалу водневій крихкості. За допомогою методики механічної спектроскопії, шляхом дослідження явища релаксації Снука-Кьостера, показано, що атмосфери азоту сприяють мобільності дислокацій, тоді як атоми вуглецю перешкоджають дислокаційному ковзанню. З використанням розрахунків із перших принципів встановлено кореляцію між впливом атомів азоту та вуглецю на електронну структуру заліза та властивостями дислокацій. Відповідно, спричинене азотом підвищення концентрації вільних електронів, подібно до атомів водню, має підвищувати рухливість дислокацій, що повністю узгоджується з експериментальними даними. Базуючись на теоретичних розрахунках термодинаміки фазових перетворень, а також шляхом дослідження еволюції кристалографічної текстури зразків показано, що під час інтерпретації індукованих воднем фазових перетворень, окрім механічного ефекту, через неоднорідний профіль розподілу водню по глибині, потрібно приймати до уваги і термодинамічний фактор внаслідок різного впливу водню на вільну енергію фаз, які реалізуються в системі. При цьому, саме пластична деформація, а не лише напруження, є справжньою причиною подібності деформаційно-індукованих та викликаних наводненням мартенситів. За допомогою методів молекулярної динаміки та авторадіографію, доведено, що межі зерен виконують роль пасток для атомів втілення, зокрема водню та вуглецю, в залізі. Запропоновано пояснення прискореної міграції атомів водню вздовж меж зерен, що спостерігається в деяких експериментах, у відповідності з яким, подібна поведінка є наслідком індукованої воднем пластичної деформації і відповідного транспорту атомів водню дислокаціями, а також утворення мікротріщин в околі меж зерна, як наслідок катодного наводнення, яке завжди використовується при вимірюваннях водневої проникності. За допомогою теоретичних та експериментальних досліджень показано подібний характер впливу водню на електронну структуру та властивості дислокацій в сплавах на основі титану та нікелю, що є додатковим підтвердженням коректності електронної концепції посиленої воднем локалізованої пластичності і вказує на загальний характер запропонованого механізму водневої крихкості. Зокрема, на цій основі дано пояснення істотній різниці в прояві водневої крихкості в сплавах на основі β-титану та в аустенітних сталях, що дає змогу використовувати водень в якості легувального елементу для покращення деформаційних характеристик титанових сплавів в однофазному β стані під час їх технологічної обробки. Детальний аналіз термодинамічних та кінетичних процесів в системі нікель - водень дозволив зробити висновок, що так званий гідрид нікелю є наслідком розділу наводненого твердого розчину на збагачену воднем та збіднену атомами водню фази за спінодальним механізмом. Проведено порівняння між явищами спричиненої воднем крихкості та рідиннометалічної крихкості. За допомогою розрахунків із перших принципів, на прикладі атомів йоду, показано, що їх вплив на електронну структуру матеріалу є подібним до впливу водню. Теоретично передбачене підвищення атомами йоду концентрації вільних електронів в сплавах на основі заліза підтверджено проведеними експериментальними вимірюваннями за допомогою електронного спінового резонансу. Методика механічної спектроскопії, також, дозволила виявити подібний вплив атомів йоду та галію на властивості дислокацій, що проявляється у ранньому старті мікропластичної деформації та підвищенні рухливості дислокацій. Отримані результати є підтвердженням однакового механізму водневої та рідиннометалічної крихкостей, а також можливості пояснення обох явищ в рамках електронної концепції локалізованої пластичності, посиленої елементом, який підвищує металічний характери міжатомного зв'язку.