ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТАТИЧЕСКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ И ПРОЧНОСТИ ТЕРМООБРАБОТАННЫХ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

 

INTERRELATION OF INDICATORS OF STATIC PLASTICITY AND strength of heat-treated ALLOYED BY STEELS

 

Густов Ю.И., Воронина И.В. (ФГБОУ ВПО «МГСУ», г. Москва, РФ)

Gustov Yu.I., Voronina I.V. (Moscow State University of Civil Engineering)

 

Исследованы взаимосвязи между показателями статической пластичности и прочности на основе механических свойств легированных сталей.

Investigated the relationship between measures of static strength and plasticity based on the mechanical properties of alloy steels.

 

Ключевые слова: сталь, пластичность, прочность, показатель деформационного упрочнения.

Key words: steel ductility, strength, strain hardening index.

 

Известный теоретический и прикладной интерес представляет взаимосвязь между показателями статической пластичности (d, y) и прочности (НВ, sт, sв). Для ее установления рассматривали механические свойства легированных сталей после сорбитизации и закалка с самоотпуском по различным режимам [1].

При исследовании использовали предложенные  ранее [2,3] безразмерные коэффициенты (критерии) пластичности вида

 

 .                                           (1)

 

Экспериментальной проверке подлежали зависимости

 

                                                                                                      (2)

 

                                                                                           (3)

 

                                                                         (4)

 

                                                                            (5)

 

Заметим, что выражение (4) тождественно (3) и может применяться при отсутствии показателя пластичности y. Зависимость  (5) предусматривает использование среднего значения величин Кd и Кy.

Для исследования выбраны произвольные варианты сталей после сорбитизации (табл. 1) и после закалки с самоотпуском (табл. 2).

 

Таблица 1- Механические свойства сталей после сорбитизации

Марка стали

σт,

кгс/мм2

σв,

кгс/мм2

δ,

%

Ψ,

 %

НВ

Кδ

КΨ

σвр,

кгс/мм2 по

 

D, %

(2)

(3)

(4)

(5)

 

50Г2

81

90

73

81,5

93

103,5

83

95

11,5

8,5

13,0

11,5

42,5

45

53,0

49,5

232

321

255

262

0,346

0,352

0,323

0,346

0,257

0,260

0,255

0,287

80,2

112,9

87,4

90,6

91,4

101,0

81,3

92,5

91,4

101,0

81,3

92,5

92,4

102,9

82,9

93,5

0,6

0,6

0,1

1,6

40Х

86

75

90

78

91,5

108

97,5

84

102

90

105

120

10,0

13,0

10,0

12,5

9,0

6,0

50,0

50,0

48,0

50,0

46,5

38,0

286

269

302

269

321

430

0,349

0,343

0,349

0,344

0,351

0,357

0,259

0,255

0,259

0,256

0,260

0,263

99,7

92,3

105,4

92,5

112,5

153,5

96,5

84,0

101,0

87,4

102,7

121,4

96,5

84,0

101,0

87,4

102,7

121,4

98,2

85,5

102,8

88,9

104,5

123,6

0,7

1,8

0,8

1,2

0,4

3,0

38ХГН

102

90

102

113,5

115

101

115

128

16

20

17

11,5

50,5

56,0

51,0

45,5

311

286

311

364

0,336

0,328

0,334

0,346

0,252

0,247

0,250

0,257

104,6

93,4

103,9

125,9

114,1

100,5

114,1

127,2

114,1

100,5

114,1

127,2

116,0

101,8

115,9

129,5

0,9

0,8

0,8

1,2

 

Таблица 2- Механические свойства сталей после закалки с самоотпуском

Марка стали

σт,

кгс/мм2

σв,

кгс/мм2

δ,

%

Ψ,

 %

НВ

Кδ

КΨ

σвр,

кгс/мм2 по

 

D,

%

(2)

(3)

(4)

(5)

 

50Г2

90

95

74

78

103

106

86

91,5

9,5

10,0

15,5

12

48

46

54

57

302

340

262

286

0,350

0,349

0,337

0,345

0,259

0,259

0,252

0,256

105,7

118,6

88,3

98,7

101,0

106,6

82,8

87,4

101,0

106,6

82,8

87,4

102,8

108,5

84,2

89,0

0,2

2,3

2,1

2,7

40Х

90

70

91,5

77,5

102

81

104,5

89

11,0

15

9,5

11,5

49

56

46

52

302

277

311

293

0,347

0,338

0,350

0,346

0,257

0,253

0,259

0,257

104,8

93,7

108,9

101,4

100,9

78,4

102,7

80,2

100,9

78,4

102,7

80,2

102,7

79,7

104,5

81,6

0,7

1,6

0,0

8,3

38ХГН

103

117

100

90

117

130

112

104

17

12

16

20

48,5

42

47

52

332

402

321

286

0,334

0,345

0,336

0,328

0,251

0,256

0,252

0,247

110,9

138,7

107,9

93,8

115,2

131,1

111,9

100,5

115,2

131,1

111,9

100,5

117,1

133,4

113,8

102,1

0,084

2,6

1,6

1,8

 

По результатам исследования можно сформулировать следующие основные выводы:

1.     В большинстве рассмотренных вариантов сталей после сорбитизации и закалки с самоотпуском наиболее близкое соответствие расчетных и экспериментальных значений временного сопротивления разрыву наблюдается при использовании зависимости (5). Расхождение между сопоставляемыми значениями находится в пределах D = 0,0-8,3% в случае закалки с самоотпуском и D = 0,1-3,0% после сорбитизации сталей.

2.     При числовой тождественности выражений (3) и (4) вычисление по формуле (3) предпочтительнее вследствие ее простоты и большей оперативности расчета.

3.     Удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных значений временного сопротивления разрыву при использовании формулы (2) подтверждает физический смысл коэффициента пластичности Кδ как коэффициента пропорциональности в качественной зависимости . Использование коэффициента Кδ конкретизирует данную взаимосвязь и исключает априорный выбор коэффициента К.

Из выражения (3), что сомножитель (1+Кy)0,5 характеризует степень деформационного упрочнения сталей. В связи с этим теоретический и практический интерес представляет согласование данного сомножителя с показателем трибодеформационного упрочнения КS [4]. Он выражается через парциальные величины микрометалла Dm и микроизноса Da в форме

 

                                        (6)

 

В этой зависимости величине Da придается смысл относительного сужения поверхностного слоя вследствие изнашивания. Тогда уравнение (6) можно представить в виде

 

                                                                              (7)

 

Результаты вычислений КS приведены в таблице 3. Здесь же показаны значения sв, рассчитанные по предлагаемой формуле              (8)

 

Таблица 3- Показатель упрочнения КS – сталей после сорбитизации

Марка

стали

Ψ

КS

(1+Кy)0,5

D1,

%

σв,

кгс/мм2

по КS (8)

D2,

%

(1+Кd)0,5

D3,

%

КS0,5× σт

D,

%

50Г2

0,425

0,45

0,53

0495

1,102

1,153

1,275

1,229

1,121

1,122

1,120

1,134

1,7

2,7

13,8

8,3

89,3

103,8

93,0

100,1

4,0

0,3

2,0

5,4

1,160

1,163

1,150

1,160

5,0

0,8

10,9

5,9

85

96,6

82,4

90,4

8,6

6,6

0,7

4,9

40Х

0,50

0,50

0,48

0,50

0,465

0,38

1,236

1,236

1,206

1,236

1,180

0,995

1,122

1,120

1,122

1,121

1,122

1,124

10,2

10,3

7,5

10,3

5,1

11,5

106,3

92,7

108,5

96,4

108,0

108,6

9,0

10,4

6,4

7,1

2,8

9,5

1,161

1,159

1,161

1,159

1,162

1,165

6,4

6,7

4,5

6,6

1,5

14,6

95,6

83,4

98,8

86,7

99,4

107,7

1,9

0,7

3,1

3,6

5,3

10,2

38ХГН

0,505

0,56

0,51

0,455

1,243

1,306

1,250

1,163

1,119

1,117

1,118

1,121

11,1

16,9

11,8

3,7

126,8

117,5

127,5

131,9

10,2

16,4

10,9

3,1

1,156

1,152

1,155

1,160

7,5

13,3

8,2

0,3

113,7

102,9

114

122,4

1,1

1,8

0,8

4,4

 

По результатам таблицы 3 можно сделать выводы:

1.     Показатель деформационного упрочнения КS удовлетворительно согласуется со значениями сомножителя (1+Кy)0,5 (расхождение (D1) составляет 1,7-13,8% для стали 50Г2; 5,1-11,5% для стали 40Х; 3,7-16,9% для стали 38ХГН). Меньшее расхождение (D3) КS наблюдается с величиной (1+Кd)0,5: 0,8-10,9% для стали 50Г2; 4,5-14,6% для стали 40Х; 0,3-13,3% для стали 38ХГН.

2.     Расчет по предлагаемой зависимости (8) показывает возможность определения временного сопротивления разрыву σв посредством коэффициента КS и предела текучести σт при расхождении расчетных и экспериментальных значений σв в интервалах 0,3-5,4% для стали 50Г2; 2,8-10,4% для стали 40Х; 3,1-16,4% для стали 38ХГН. Еще меньшее расхождение достигается при расчетах по уточненным формулам σвS0,5× σт (D=0,7-10,2%) и σв=(1+Кd)0,5(D=0,47-4,8%)

 

Список использованных источников

1.    Тылкин М.А. Прочность и износостойкость деталей металлургического оборудования. –М.: Металлургия, 1965. - 347с.

2.    Густов Ю.И., Аллаттуф Х. Исследование взаимосвязи коэффициентов пластичности и предела текучести сталей стандартных категорий прочности // Вестник МГСУ. -2013.- №7. -с.22-26

3.    Густов Ю.И., Воронина И.В. Влияние подстуживания на механические свойства стали при непосредственной закалке из газовой цементационной печи// Новые материалы и технологии в машиностроении/ под общей редакцией Е.А. Памфилова Сборник научных трудов по итогам междисциплинарной научно-технической конференции. Выпуск18. – Брянск: БГИТА, 2013. –С.30-33.

4.    Густов Ю.И. Синергетические критерии металлоконструкций и трибосистем: Труды НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева. Серия: Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования/ РХТУ им. Менделеева, Новомосковский институт, Новомосковск, 2008. Выпуск 7(20). С.9-16.