Научное направление:
«Микромеханика замедленного разрушения стали»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Разработанное новое научное направление «Микромеханика замедленного разрушения стали» можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы, имеющей большое народно-хозяйственное значение, связанной с разработкой физико-механических представлений о закономерностях процессов локального разрушения сталей и разработкой на этой основе критериев локального хрупкого разрушения сталей: критерия замедленного хрупкого разрушения, природа которого связана с остаточными внутренними микронапряжениями и/или воздействием водорода, применимого для изучения закономерностей изменения свойств сталей, так и для прогнозирования прочности стальных образцов и деталей.
Характеристики научного направления:
1.Общим для хрупкого разрушения сталей в различных структурных состояниях (аустенитные, мартенситные, мартенситно-стареющие, порошковые стали) при квазистатическом при пониженных температурах и замедленном хрупком разрушении (мартенситные, мартенситно-стареющие, матастабильные аустенитные, порошковые стали), вызванном остаточными внутренними микронапряжениями и водородом является критическая роль процесса локального разрушения.
2.Необходимым условием изучения процесса локального разрушения является учет напряженного и структурного состояния в локальной области зарождения трещины и изучения связи параметров локального разрушения с макромеханическими характеристиками хрупкого разрушения. Локальное разрушение является результатом достижения локальными напряжениями критического уровня - конструктивной прочности. Величины локальных напряжений зависят от уровня внешней нагрузки, способа, скорости нагружения и геометрии концентраторов напряжений. С другой стороны уровень конструктивной прочности определяется структурным состоянием стали и охрупчивающим воздействием ряда внутренних факторов: наличием и распределением в стали остаточных внутренних микронапряжений, примесей и их сегрегаций, водорода и др. Раздельный учет внешних и внутренних факторов необходим для выяснения условий, определяющих процесс локального разрушения, разработки методов прогнозирования прочности и долговечности стальных деталей.
3.Существует закономерная связь характеристик локального разрушения, текучести стали, геометрии концентраторов напряжений и образцов с критической температурой хрупкости.
4.Согласно установленному автором критерию замедленного хрупкого разрушения конструкционных сталей, вызванному остаточными внутренними микронапряжениями, воздействием водорода из окружающей среды или внутренним водородным охрупчиванием - пороговое локальное растягивающее напряжение в зоне зарождения трещины не зависит от геометрии концентратора напряжений, геометрии образца и способа приложения нагрузки и является физико-механической характеристикой сопротивления стали замедленному хрупкому разрушению.
5.Имеют место, установленные автором, количественные закономерности явления замедленного хрупкого разрушения конструкционных сталей: влияние внутренних факторов (локальных напряжений, вызванных приложением нагрузки, остаточных внутренних микронапряжений, размера зерна, воздействия водорода и охрупчивающих примесей) и внешних факторов (геометрии образцов, концентраторов напряжений, способа и скорости нагружения, температуры испытаний, интенсивности наводороживания) на характеристики зарождения трещины при замедленном разрушении.
Характеристики научного направления:
1.Общим для хрупкого разрушения сталей в различных структурных состояниях (аустенитные, мартенситные, мартенситно-стареющие, порошковые стали) при квазистатическом при пониженных температурах и замедленном хрупком разрушении (мартенситные, мартенситно-стареющие, матастабильные аустенитные, порошковые стали), вызванном остаточными внутренними микронапряжениями и водородом является критическая роль процесса локального разрушения.
2.Необходимым условием изучения процесса локального разрушения является учет напряженного и структурного состояния в локальной области зарождения трещины и изучения связи параметров локального разрушения с макромеханическими характеристиками хрупкого разрушения. Локальное разрушение является результатом достижения локальными напряжениями критического уровня - конструктивной прочности. Величины локальных напряжений зависят от уровня внешней нагрузки, способа, скорости нагружения и геометрии концентраторов напряжений. С другой стороны уровень конструктивной прочности определяется структурным состоянием стали и охрупчивающим воздействием ряда внутренних факторов: наличием и распределением в стали остаточных внутренних микронапряжений, примесей и их сегрегаций, водорода и др. Раздельный учет внешних и внутренних факторов необходим для выяснения условий, определяющих процесс локального разрушения, разработки методов прогнозирования прочности и долговечности стальных деталей.
3.Существует закономерная связь характеристик локального разрушения, текучести стали, геометрии концентраторов напряжений и образцов с критической температурой хрупкости.
4.Согласно установленному автором критерию замедленного хрупкого разрушения конструкционных сталей, вызванному остаточными внутренними микронапряжениями, воздействием водорода из окружающей среды или внутренним водородным охрупчиванием - пороговое локальное растягивающее напряжение в зоне зарождения трещины не зависит от геометрии концентратора напряжений, геометрии образца и способа приложения нагрузки и является физико-механической характеристикой сопротивления стали замедленному хрупкому разрушению.
5.Имеют место, установленные автором, количественные закономерности явления замедленного хрупкого разрушения конструкционных сталей: влияние внутренних факторов (локальных напряжений, вызванных приложением нагрузки, остаточных внутренних микронапряжений, размера зерна, воздействия водорода и охрупчивающих примесей) и внешних факторов (геометрии образцов, концентраторов напряжений, способа и скорости нагружения, температуры испытаний, интенсивности наводороживания) на характеристики зарождения трещины при замедленном разрушении.
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
КРИТЕРИЙ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОПРОТИВЛЕНИЯ СТАЛИ ЗАМЕДЛЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ // Деформация и разрушение материалов. – 2007. – № 3. – С. 37-42.
В.М. Мишин, Г.А. Филиппов
Представлен обзор исследований авторов по исследованию явления замедленного хрупкого разрушения сталей содержащих мартенсит, с целью установления характеристики прочности, применимой в инженерных расчетах деталей. С помощью расчета локальных напряжений в зоне зарождения трещины методом конечных элементов по результатам испытаний образцов с различными концентраторами напряжений при замедленном разрушении, вызванном как остаточными внутренними микронапряжениями, так и при наводороживании, показано, что существует пороговое локальное напряжение (в зоне зарождения трещины) ниже уровня которого, замедленное разрушение не происходит. Установлено, что пороговое локальное напряжение при замедленном хрупком разрушении сталей, содержащих мартенсит, является характеристикой стали в данном структурном состоянии и не зависит от геометрии образцов и геометрии концентраторов напряжений. Пороговое локальное напряжение является прочностной физико-механической характеристикой стали и может применяться в расчетах на прочность деталей.
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАМЕДЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
// Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2008. – № 3. – С.28-33.
В.М. Мишин, Г.А. Филиппов
Разработана кинетическая термоактивационная модель замедленного разрушения закаленной стали описывающая зависимость времени до зарождения трещины от разности характеристики прочности стали - критического локального напряжения ?F и локального напряжения ?11max, вызванного внешней нагрузкой и концентрацией напряжений, температуры испытаний и учитывающая уровень остаточных микронапряжений в закаленной стали. Установлено, что в предельном случае, при достаточно низкой температуре образование зародышевой трещины происходит по достижении локальным напряжением ?11max критического значения ?F по силовому безактивационному механизму.
MICROSTRUCTURAL FACTORS THAT REDUCE THE LOCAL STRENGTH OF GRAIN BOUNDARIES OF MARTENSITIC STEELS // Physics of Metals and Metallography, 2018. 119. Issue 6.
Mishin V.M., Filippov G.A
В результате превращения аустенита в мартенсит при закалке в стали образуются ослабленные структурные зоны – границы исходных аустенитных зерен. Они ослаблены микроструктурными факторами: остаточными внутренними микронапряжениями и сегрегациями охрупчивающих примесей. Проведена количественная оценка совместного влияния и разделены вклады таких микроструктурных факторов как остаточные микронапряжения, сегрегация фосфора и углерода на границах зерен на снижение локальной прочности границ исходных аустенитных зерен мартенситных сталей. Установлена зависимость локальной прочности границы зерна от соотношения различных уровней остаточных микронапряжений и атомной концентрации примеси фосфора на границе зерна в местах его сегрегации. Количественно показано, что адсорбционное обогащение фосфором границ зёрен в аустените, приводит к ослаблению межзёренного сцепления и облегчению зарождения и развития трещины по границам исходных аустенитных зёрен. Показана количественная зависимость локальной прочности границ зерен от соотношения углерода и фосфора на границах зерен. Углерод при концентрациях до 0.04 % снижает охрупчивание границ сегрегациями фосфора, а при концентрациях более 0.04 % углерод теряет нейтрализирующее действие на сегрегирование фосфора, концентрация фосфора на границах зерен растет, хрупкая прочность границ падает. Показана применимость разработанной методики количественной оценки локальной прочности границ зерен закаленной стали с помощью испытаний на замедленное разрушение и применения метода конечных элементов для определения локальных напряжений.
В.М. Мишин, Г.А. Филиппов
Представлен обзор исследований авторов по исследованию явления замедленного хрупкого разрушения сталей содержащих мартенсит, с целью установления характеристики прочности, применимой в инженерных расчетах деталей. С помощью расчета локальных напряжений в зоне зарождения трещины методом конечных элементов по результатам испытаний образцов с различными концентраторами напряжений при замедленном разрушении, вызванном как остаточными внутренними микронапряжениями, так и при наводороживании, показано, что существует пороговое локальное напряжение (в зоне зарождения трещины) ниже уровня которого, замедленное разрушение не происходит. Установлено, что пороговое локальное напряжение при замедленном хрупком разрушении сталей, содержащих мартенсит, является характеристикой стали в данном структурном состоянии и не зависит от геометрии образцов и геометрии концентраторов напряжений. Пороговое локальное напряжение является прочностной физико-механической характеристикой стали и может применяться в расчетах на прочность деталей.
КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАМЕДЛЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
// Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2008. – № 3. – С.28-33.
В.М. Мишин, Г.А. Филиппов
Разработана кинетическая термоактивационная модель замедленного разрушения закаленной стали описывающая зависимость времени до зарождения трещины от разности характеристики прочности стали - критического локального напряжения ?F и локального напряжения ?11max, вызванного внешней нагрузкой и концентрацией напряжений, температуры испытаний и учитывающая уровень остаточных микронапряжений в закаленной стали. Установлено, что в предельном случае, при достаточно низкой температуре образование зародышевой трещины происходит по достижении локальным напряжением ?11max критического значения ?F по силовому безактивационному механизму.
MICROSTRUCTURAL FACTORS THAT REDUCE THE LOCAL STRENGTH OF GRAIN BOUNDARIES OF MARTENSITIC STEELS // Physics of Metals and Metallography, 2018. 119. Issue 6.
Mishin V.M., Filippov G.A
В результате превращения аустенита в мартенсит при закалке в стали образуются ослабленные структурные зоны – границы исходных аустенитных зерен. Они ослаблены микроструктурными факторами: остаточными внутренними микронапряжениями и сегрегациями охрупчивающих примесей. Проведена количественная оценка совместного влияния и разделены вклады таких микроструктурных факторов как остаточные микронапряжения, сегрегация фосфора и углерода на границах зерен на снижение локальной прочности границ исходных аустенитных зерен мартенситных сталей. Установлена зависимость локальной прочности границы зерна от соотношения различных уровней остаточных микронапряжений и атомной концентрации примеси фосфора на границе зерна в местах его сегрегации. Количественно показано, что адсорбционное обогащение фосфором границ зёрен в аустените, приводит к ослаблению межзёренного сцепления и облегчению зарождения и развития трещины по границам исходных аустенитных зёрен. Показана количественная зависимость локальной прочности границ зерен от соотношения углерода и фосфора на границах зерен. Углерод при концентрациях до 0.04 % снижает охрупчивание границ сегрегациями фосфора, а при концентрациях более 0.04 % углерод теряет нейтрализирующее действие на сегрегирование фосфора, концентрация фосфора на границах зерен растет, хрупкая прочность границ падает. Показана применимость разработанной методики количественной оценки локальной прочности границ зерен закаленной стали с помощью испытаний на замедленное разрушение и применения метода конечных элементов для определения локальных напряжений.