WPŁYW WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ W STALI SZYBKOTNĄCEJ

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "WPŁYW WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ W STALI SZYBKOTNĄCEJ"

Józef Żurek
6 lat temu
Przeglądów:

1 MODELOWANIE INśYNIERKIE IN X 36, s , Gliwice 008 WPŁYW WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ W TALI ZYBKOTNĄCEJ JERZY WODECKI Kted Budowy Mszyn, Politechnik Śląsk e-mil: jezy.wodecki@polsl.pl teszczenie. Poddno nlizie oddziływnie inkluzji n loklną koncentcję npęŝeń w płskim stnie odksztłceń, w mikostuktuze stli szybkotnącej H6-5-. Metodą nlityczną, w skli mezo, wyznczono wtości npęŝeni n powiezchni ozdziłu węglików piewotnych i osnowy. Wykzno oddziływnie ksztłtu węglików n wtości npęŝeń powiezchniowych. Poównno kytyczne wtości npęŝeni ściskjącego i ozciągjącego, inicjujących mikopęknięci w węglikch, z włściwościmi wytzymłościowymi stli szybkotnącej.. WTĘP tl szybkotnąc nleŝy do gupy mteiłów, któe ze względu n ich znczenie w pzemyśle ciągle znjdują się w centum zinteesowni. Mikostuktu stli szybkotnącej zpewni duŝą twdość oz odponość n zuŝycie, jednocześnie wytzymłość i twłość. Włściwości te uzyskuje się dzięki obecności w mikostuktuze tej stli twdych węglików piewotnych oz węglików wtónych, w osnowie odpuszczonego mtenzytu. Bdni pocesu pękni stli szybkotnącej wykzły, Ŝe pęknięci zodkują w kuchych węglikch piewotnych. Osnow stli szybkotnącej, w skli mko, chkteyzuje się duŝą skłonnością do pękni kuchego. Z tego względu kytei pękni plstycznego, zkłdjące wzost poów w mteile osnowy, są niepzydtne w pognozowniu włściwości wytzymłościowych tej stli []. W mezomechnice pzyjęto, Ŝe w mteiłch niejednoodnych, tkich jk np. stl szybkotnąc, twde cząsteczki dugiej fzy odgywją istotną olę w loklnym intensyfikowniu npęŝeń. W konsekwencji moŝe to powdzić do inicjcji mikopęknięć i dekohezji mteiłu. Wtości tych npęŝeń zleŝą od ksztłtu wydzieleń oz ich włściwości mechnicznych, tkŝe włściwości mechnicznych osnowy. W pcy pzedstwiono wpływ ksztłtu węglików piewotnych n wtość npęŝeń w stli szybkotnącej H6-5-. NpęŜeni n powiezchni węglików piewotnych wyznczono metodą nlityczną, w skli mezo, pzyjmując płski stn odksztłceń. Wtość npęŝeni w osnowie wyznczono n podstwie ównni konstytutywnego dl mteiłu osnowy, pzy złoŝonej wtości odksztłceni.

2 308 WPŁYW WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ.... METODA ANALITYCZNA OBLICZANIA NAPRĘśEŃ NA POWIERZCHNI INKLUZJI W nlizie, w skli mezo, stnu npęŝeń n powiezchni wydzieleń węglików piewotnych pzyjęto model inkluzji w ksztłcie wlc, otoczonej osnową, w obecności npęŝeni ozciągjącego (ys. ). Rys.. chemt modelu inkluzji NpęŜeni w otoczeniu inkluzji wyznczono z zleŝności [3]: ( ) ( ) = Θ σ cos 3 () ( ) = Θ σ Θ cos 3 () ( ) ( ) Θ σ Θ sin 3 = (3) gdzie: npęŝenie ozciągjące, E moduł Young, ν współczynnik Poisson, ( ) ν E G = moduł Kichhoff, G moduł Kichhoff osnowy, G moduł Kichhoff inkluzji, G G =, pomień inkluzji, ( ) = i i i ν ν dl płskiego stnu odksztłceń, i =,, dl płskiego stnu npęŝeń. x y p q m Θ n

3 J. WODECKI 309 Do obliczeni npęŝeń n powiezchni węglików piewotnych pzyjęto włściwości mechniczne chkteyzujące stl szybkotnącą H6-5- (Tblic ). Tblic. Włściwości mechniczne węglików piewotnych i osnowy stli H6-5- [, ] Włściwość Węgliki Osnow Moduł Young, GP MC 35 M 6 C 86 0 Współczynnik Poisson 0,9 0,30 tosowne kyteium zniszczeni mksymlne npęŝenie ozciągjące odksztłcenie plstyczne Wtość kytyczn dl pzyjętego kyteium 500 MP 0,% Póby ozciągni in-situ wykonne pzy zstosowniu mikoskopu skningowego wykzły, Ŝe pęknięci póbek wykonnych ze stli szybkotnącej nstępują juŝ pzy młych wtościch odksztłceni plstycznego osnowy. Podobne wyniki uzyskno, stosując obliczeni modelowe metodą elementów skończonych. Wykzno, Ŝe zodkownie mikopęknięć w osnowie występuje pzy jej odksztłceniu plstycznym ε = 0,%. Te mikopęknięci wywoływły z kolei pęknie znjdujących się w ich pobliŝu węglików []. W bdnich pękni stli H6-5-, pzepowdzonych metodą nlityczną, pzyjęto więc, Ŝe npęŝeni występujące w osnowie powstną n skutek jej odksztłceni plstycznego o wtości ε = 0,%. Dl okeśleni wtości npęŝeni ozciągjącego w ównnich () (3), zstosowno ównnie konstytutywne, któe dl osnowy stli szybkotnącej m postć [] [ exp( / 0,00369) ] σ = ε () gdzie: σ npęŝenie nomlne pzy ozciągniu, MP, ε odksztłcenie plstyczne w kieunku σ. N podstwie zleŝności () wyznczono wtość = 76 MP. Pozostłe wtości współczynników występujących w ównnich () (3) podno w tblicy.

4 30 WPŁYW WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ... Tblic. Wtości współczynników ównń () (3), dl modelu inkluzji węglik otoczony osnową Wtość Typ węglik obliczon Osnow MC M 6 C Moduł Kichhoff, MP , ,8 0,8 -,70,35 Wtości npęŝeń okeślonych n podstwie zleŝności () (3) w punktch q, n, p, m inkluzji (ys. ) pzedstwiono w tblicy 3. Tblic 3. Wtości npęŝeń n powiezchni inkluzji węglik otoczony osnową Wtość obliczon, MP MC pt. q, p pt. n, m Typ węglik M 6 C pt. q, p pt. n, m σ σ θ σ θ Uzyskne wtości npęŝeń n powiezchni węglików piewotnych, dl pzyjętego modelu inkluzji, nie pzekczją ich wytzymłości n ozciągnie (500 MP). MoŜn więc zło- Ŝyć, Ŝe wydzieleni węglików o idelnym, wlcowym ksztłcie nie będą inicjtomi mikopęknięć pzy złoŝonej wtości odksztłceni ε = 0,%. Rzeczywisty ksztłt węglików piewotnych jest jednk nieegulny. Mogą występowć n ich powiezchnich zgłębieni (ys. ). W ich obszch wtości npęŝeń są większe od npęŝeń n powiezchni idelnie wlcowej. W bdnich modelowych, pzepowdzonych metodą numeyczną, pocesu pękni stopu luminium wzmocnionego twdymi cząstkmi Al O 3 stwiedzono, Ŝe w zgłębienich tych cząstek inicjowne są mikopęknięci [3]. Ksztłt zgłębień n powiezchni wydzieleń węglików jest óŝny. Do wyznczeni wtości npęŝeń pzyjęto stn gniczny. ZłoŜono, Ŝe inkluzje z mteiłu osnowy otoczone są wydzielenimi z węglików. Zmieniono więc włściwości mteiłu inkluzji i osnowy, pzyjmując, Ŝe miękkie inkluzje otoczone są twdymi wydzielenimi węglików.

5 J. WODECKI 3 Do wyznczeni wtości npęŝeń pzyjęto, jk popzednio, zleŝności () (3). Uzyskne wtości npęŝeń pzedstwiono w tblicy 5. ) b) n n Rys.. chemt modelu inkluzji o nieegulnym ksztłcie; ) npęŝenie ozciągjące, b) npęŝenie ściskjące Tblic. Wtości współczynnik w ównnich () (3) dl modelu inkluzji mteił osnowy otoczony węglikmi typu MC i M 6 C Typ węglik Współczynnik MC 0,60 M 6 C 0,7 Tblic 5. Wtości npęŝeń n powiezchni inkluzji mteił osnowy otoczony węglikmi typu MC i M 6 C Wtość obliczon, MP MC Typ węglik M 6 C pt. q, p pt. n, m pt. q, p pt. n, m σ σ θ σ θ Wyznczone wtości npęŝeń, zówno dl węglików MC jk i M 6 C, są większe od ich wytzymłości n ozciągnie. Powstją więc wunki do twozeni się mikopęknięci.

6 3 WPŁYW WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW PIERWOTNYCH NA INICJACJĘ MIKROPĘKNIĘĆ WNIOKI N podstwie uzysknych wyników obliczeń wtości npęŝeń, pzepowdzonych w skli mezo metodą nlityczną, moŝn pzyjąć, Ŝe węgliki piewotne w osnowie stli juŝ pzy młym odksztłceniu (ε = 0,%) inicjują mikopęknięci w stli szybkotnącej H6-5-. DuŜy wpływ n koncentcję npęŝeń m ksztłt węglików. Węgliki o ksztłcie nieegulnym pękją pzy mniejszych wtościch npęŝeń, w poównniu z węglikmi o ksztłcie kulistym. Pęknięci węglików piewotnych w stli szybkotnącej mogą być wywołne w obecności zówno npęŝeni ozciągjącego jk i ściskjącego (ys. ). W obliczenich wtości npęŝeń w punkcie n, dl npęŝeni ozciągjącego, uzyskno wtość npęŝeni σ θ = 708 MP n powiezchni węglików MC. Dl npęŝeni ściskjącego wtość npę- Ŝeni w tym punkcie wynosi σ θ = 95. Pzyjęto, Ŝe pęknięcie węglik nstąpi w obu pzypdkch pzy tkiej smej wtości npęŝeni σ θ, stąd bezwzględn wtość npęŝeni ściskjącego, wywołującego pęknięcie, powinn być ok.,8 zy większ od npęŝeni ozciągjącego. Inteesujące wydje się poównnie wtości npęŝeni ściskjącego i ozciągjącego uzysknych w skli mezo, powodujących pęknie węglików, z włściwościmi stli szybkotnącej H6-5- w skli mko. Śedni wtość gnicy wytzymłości n ścisknie stli szybkotnącej wynosi R c = 39 MP, ntomist wytzymłości n ozciągnie R m = 060 MP []. Iloz popocji tych wtości wynosi ok.,9 i jest zbliŝony do wtości ilozu kytycznych wtości npęŝeni ściskjącego i ozciągjącego w skli mezo, uzysknych n podstwie pzepowdzonej nlizy. LITERATURA. Mishnevsky L. J., Lippmnn N., chmude.: Computtionl modeling of cck popgtion in el micostuctues of steels nd vitul testing of tificilly designed mteils. Intentionl Jounl of Fctue 003, Vol. 0, p Mishnevsky L. J., Webe U., chmude.: Numeicl nlysis of the effect of micostuctues of pticle-einfoced metllic mteils on the cck gowth nd fctue esistnce. Intentionl Jounl of Fctue 00, Vol., p Blokhonov R.R., Romnov V.A., chmude.: Computtionl nlysis of defomtion nd fctue in composite mteil on the mesoscle level. Computtionl Mteils cience, Poceedings of the th Intentionl Wokshop on Computtionl Mechnics of Mteils 006, Vol. 37, p Kunstette.: Nzędzi skwjące do metli: konstukcj. Wszw: WNT, 973. THE INFLUENCE OF PRIMARY CARBIDE ON THE INITIATION OF MICROCRACK IN HIGH PEED TEEL ummy. The influence of inclusions on the locl concenttion of stesses in plne stin stte in micostuctue of high speed steel H6-5- ws nlyzed. Using nlyticl method, in mesoscle level, the vlues of stesses on the seption sufce of pimy cbides nd mtix wee clculted. The influence of the shpe of cbides on the mgnitude of sufce tension ws shown. The citicl vlues of stesses cusing micoccks in cbides in cse of compession nd tension wee comped with stength chcteistics of high speed steel.

Podobne dokumenty

Temat ćwiczenia. Pomiary kół zębatych

Temat ćwiczenia. Pomiary kół zębatych POLITECHNIKA ŚLĄSKA W YDZIAŁ TRANSPORTU Temt ćwiczeni Pomiy kół zębtych I. Cel ćwiczeni Zpoznnie studentów z metodmi pomiu uzębień wlcowych kół zębtych o zębch postych oz pktyczny pomi koł. II. Widomości