Tài liệu Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo của thép hợp kim bằng phương pháp nghiên cứu tham số mặt gẫy - Lê Hải Ninh: Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 149
ĐÁNH GIÁ CƠ CHẾ PHÁ HỦY DẺO CỦA THÉP HỢP KIM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THAM SỐ MẶT GẪY
Lê Hải Ninh1, Đỗ Văn Minh2, Nguyễn Xuân Phương1, Nguyễn Huynh1,
Nguyễn Văn Minh1, Vũ Tuấn Linh1
Tóm tắt: Phá hủy dẻo có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành của các
chi tiết. Việc đánh giá cơ chế phá hủy dẻo có nhiều phương pháp khác nhau nhưng
chưa được thống nhất cũng như còn mang nhiều định tính. Sử dụng phương pháp
nghiên cứu mặt gẫy để đánh giá cơ chế phá hủy là cách tiếp cận có cơ sở và tính
thực tiễn cao. Bài báo xác định một số tham số quan trọng của mặt gẫy và tiến hành
nghiên cứu sự thay đổi của chúng trong mối tương quan với cơ tính của vật liệu, từ
đó có những nhận định, đánh giá về quy luật của mặt gẫy phá hủy dẻo cũng như
mối quan hệ giữa cơ chế phá hủy, tổ chức của thép với hình thái học của mặt gẫy.
Từ khóa: Mặt gẫy; Phá hủy dẻo; Ảnh lập thể; Mô hình bề mặt 3D; ...
7 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 591 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo của thép hợp kim bằng phương pháp nghiên cứu tham số mặt gẫy - Lê Hải Ninh, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 149
ĐÁNH GIÁ CƠ CHẾ PHÁ HỦY DẺO CỦA THÉP HỢP KIM
BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THAM SỐ MẶT GẪY
Lê Hải Ninh1, Đỗ Văn Minh2, Nguyễn Xuân Phương1, Nguyễn Huynh1,
Nguyễn Văn Minh1, Vũ Tuấn Linh1
Tóm tắt: Phá hủy dẻo có vai trò rất quan trọng trong quá trình vận hành của các
chi tiết. Việc đánh giá cơ chế phá hủy dẻo có nhiều phương pháp khác nhau nhưng
chưa được thống nhất cũng như còn mang nhiều định tính. Sử dụng phương pháp
nghiên cứu mặt gẫy để đánh giá cơ chế phá hủy là cách tiếp cận có cơ sở và tính
thực tiễn cao. Bài báo xác định một số tham số quan trọng của mặt gẫy và tiến hành
nghiên cứu sự thay đổi của chúng trong mối tương quan với cơ tính của vật liệu, từ
đó có những nhận định, đánh giá về quy luật của mặt gẫy phá hủy dẻo cũng như
mối quan hệ giữa cơ chế phá hủy, tổ chức của thép với hình thái học của mặt gẫy.
Từ khóa: Mặt gẫy; Phá hủy dẻo; Ảnh lập thể; Mô hình bề mặt 3D; Các tham số hình học của mặt gẫy; Cơ chế
phá hủy dẻo; Thép hợp kim.
1. MỞ ĐẦU
Công nghệ hiện nay chưa cho phép chế tạo được thép sạch tuyệt đối. Do đó, bên trong
kim loại luôn tồn tại các loại tạp chất hoặc lỗ xốp với mật độ, kích thước khác nhau, được
sinh ra trong quá trình nấu luyện, tinh luyện, Trên thực tế, các nguyên tố bao gồm cả
ôxy, nitơ, lưu huỳnh có trong thép đều có khả năng tạo tạp phi kim ở các cấp độ khác nhau
(đơn giản hoặc phức hợp), chẳng hạn Al2O3, AlN, TiN, FeO, làm giảm chất lượng của
thép. Các tạp chất này tồn tại làm mất tính liền khối của kim loại, là nguyên nhân trực tiếp
gây ra các lỗ xốp, các khoảng trống (hố) trong lòng kim loại và là một trong các vị trí tập
trung ứng suất, dễ bị phá hủy trong quá trình hoạt động của chi tiết [1-3].
Xét trên quan điểm năng lượng phá hủy, phá hủy giòn hay dẻo khác nhau ở mức độ hấp
thụ năng lượng phá hủy. Phá hủy dẻo có khả năng hấp thụ năng lượng phá hủy cao hơn
phá hủy giòn. Nếu như phá hủy giòn thường xảy ra đột ngột, nguy hiểm, không có sự
cảnh báo thì trước khi xảy ra phá hủy dẻo lại luôn xuất hiện các dấu hiệu biến dạng cục bộ
(đến hàng chục %) cũng như quá trình hình thành vết nứt. Như vậy, phá hủy dẻo chỉ xảy ra
sau một quá trình vật liệu đã chịu biến dạng dẻo tương đối lớn tại vị trí ở đầu các vết nứt
và quá trình nới rộng đầu vết nứt dẻo cho đến khi kích thước của nó lớn hơn kích thước tới
hạn (vết nứt được coi là “nguy hiểm” khi kích thước trung bình (chiều dài) của chúng đạt
khoảng ~10–4 mm [4]); khi đó mật độ lệch vào khoảng 1012÷1013cm-2 [5].
Trong khi đó, phá hủy giòn xảy ra nhanh sau khi vật liệu chịu quá giới hạn hấp thụ
năng lượng. Vết nứt được phát triển với tốc độ không thể kiểm soát mà không có quá trình
biến dạng cục bộ ở đầu vết nứt (tốc độ phát triển vết nứt phát hủy giòn của thép có thể đến
2500m/s) [5]. Các vết nứt giòn phát triển với tốc độ cao và tạo thành các đường rách để
tách rời vật liệu ra từng mảnh gây nguy hiểm cho kết cấu và an toàn của con người.
Như vậy, trên quan điểm vật lý độ bền, so sánh cơ chế phá hủy giòn hay dẻo có có ý
nghĩa khoa học rất quan trọng, đặc biệt khi xem xét bản chất sự khác biệt về tốc độ phát
triển vết nứt của chúng.
Từ đặc điểm phá hủy giòn và dẻo, ngành nghiên cứu mặt gẫy truyền thống quy ước đặc
trưng của mặt gẫy giòn là các phiến phẳng, đa cạnh có màu sáng. Trong khi đó, đặc trưng của
mặt gẫy dẻo là các hố mấp mô (các hố trên mặt gẫy có thể là hố sơ cấp do các hạt tạp bên
trong gây ra hoặc các hố thứ cấp sinh ra trong quá trình vết nứt phát triển). Nói cách khác, đặc
điểm hình thái học cơ bản của các loại mặt gẫy là đường phá hủy giòn tương đối thẳng (mặt
phá hủy phẳng) còn đường phá hủy dẻo tương đối lồi lõm (mặt phá hủy mấp mô).
Hóa học & Kỹ thuật môi trường
L. H. Ninh, , V. T. Linh, “Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo nghiên cứu tham số mặt gẫy.” 150
Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu xem xét mối quan hệ giữa mặt gẫy dẻo thép hợp
kim với mức độ hấp thụ năng lượng phá hủy; Cụ thể là mối tương quan giữa hình thái học
của mặt gẫy dẻo (các hố trên bề mặt) với các chỉ số về độ dẻo, độ dai va đập của các mẫu
thép nhằm đưa ra những khuyến cáo khách quan, định hướng cho việc nâng cao mức hấp
thụ năng lượng phá hủy dẻo của vật liệu.
Về cơ bản, các tạp chất phi kim nằm bên trong là nhân tố rất quan trọng kiểm soát mức
độ phá hủy dẻo và chất lượng của thép [6]. Theo lý thuyết, các hành vi cơ bản của phá hủy
dẻo được quy về hiện tượng: phá, mở các lỗ xốp tế vi sau đó có xu hướng hợp nhất lại
thành các lỗ trống lớn hơn. Như vậy, trên mặt gẫy sẽ phải lưu tâm đến một nhân tố hết sức
quan trọng đó là các hố, được biểu hiện ở dạng bán cầu (là một nửa lỗ trống trong lòng
kim loại bị xé ra), ở đáy của hố thường xuất hiện hạt tạp chất phi kim.
Quá trình nghiên cứu mặt gẫy vẫn được xem là một bước khảo sát tổng thể hết sức
quan trọng của nghiên cứu hiện tượng phá hủy. Thông tin tối thiểu mà mặt gẫy thể hiện là
cho phép khẳng định được mức độ và tính chất phá hủy của vật liệu một cách tổng thể.
Thông thường, mặt gẫy phá hủy sẽ cho phép kết luận được phá hủy có xu hướng giòn hay
dẻo, thậm chí với một số quy ước nhất định thì có thể lượng hóa được tỷ lệ giòn/dẻo của
vật liệu cần xem xét.
Để nghiên cứu mặt gẫy phá hủy thường sử dụng các hình ảnh phẳng dạng 2D truyền
thống. Chúng cho phép đánh giá mức độ nguy hiểm của phá hủy thông qua việc xác định
loại phá hủy là xu hướng giòn hay xu hướng dẻo. Trên thực tế, không bao giờ tồn tại trạng
thái phá hủy giòn hay dẻo thuần túy. Như vậy, việc xác định “thành phần dẻo” trên mặt
gẫy là bài toán thiết thực hàng đầu khi nghiên cứu mặt gẫy bằng ảnh kim tương theo
phương pháp thông thường.
Tuy nhiên, khảo sát mặt gẫy theo phương pháp truyền thống vẫn có một số vấn đề nội
tại trong đó đáng chú ý là nghiên cứu mặt gẫy từ trước đến nay vẫn có xu hướng định tính
hơn định lượng. Điều đó gây khó khăn cho việc đối chiếu khách quan các tham số hình
học về cấu tạo mặt gẫy cũng như tìm kiếm các yếu tố về tổ chức vật liệu hoặc yếu tố công
nghệ có ảnh hưởng đến hiện tượng phá hủy.
Với sự hỗ trợ của công cụ ảnh lập thể, các nghiên cứu ngày nay đều cho phép so sánh,
đánh giá phá hủy của kim loại ở cấp độ sâu hơn, cho phép lượng hóa các tham số mặt gẫy
để đối chiếu với các tham số phá hủy tương ứng cũng như xây dựng, phát hiện các quy
luật phân bố các hạt tạp phi kim trong nền kim loại.
2. NGHIÊN CỨU THAM SỐ MẶT GẪY PHÁ HỦY THÉP HỢP KIM
2.1. Vật liệu
Trong bài báo lựa chọn một số loại thép hợp kim để lấy mẫu. Các mác thép
12Cr2NiWV, 09Cr16Ni4Nb và 14Cr17Ni2 do nhóm nghiên cứu tổ chức nấu luyện, tinh
luyện, gia công để phục vụ cho Quốc phòng, lấy mẫu ở trạng thái hóa bền; mác thép
09Mn2Si là mẫu thép nhập được lấy mẫu ở trạng thái thường hóa. Các chỉ số về thành
phần được mô tả trong bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hóa học của các mác thép (% khối lượng).
Ng.tố/
Mẫu*
C Si Mn Ni P S Cr V W Nb
1 0,122 0,687 1,581 0,115 0,008 0,003 0,042 - - -
2 0,132 0,325 2,115 1,164 0,012 0,011 2,035 0,128 1,127 -
3 0,102 0,473 0,435 4,126 0,013 0,003 15,852 0,055 0,152 1,210
4 0,152 0,492 0,449 1,990 0,009 0,007 17,135 0,190 - -
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 151
*Mẫu 1 lấy từ mác 09Mn2Si; mẫu 2 lấy từ mác 12Cr2NiWV; mẫu 3 lấy từ mác
09Cr16Ni4Nb; mẫu 4 lấy từ mác 14Cr17Ni2.
Xử lý nhiệt theo các chế độ trong bảng 2.
Bảng 2. Chế độ xử lý nhiệt của phôi.
Mẫu Mác thép Chế độ xử lý nhiệt
1 09Mn2Si Thường hóa 930 °С – 2 h.
2 12Cr2NiWV Tôi 920 °С - 30 phút - dầu - ram 550 °С - 3 tiếng
3 09Cr16Ni4Nb Tôi 1150 oC – 5 tiếng – dầu- ram 600 oC - 3 tiếng
4 14Cr17Ni2 Tôi 1000 oC – 30 phút – dầu- ram 620 oC - 3 tiếng
2.2. Phương pháp
Sử dụng các phương pháp nghiên cứu vật liệu phổ quát. Tiến hành làm mẫu thử kéo, va
đập (thử khắc-V Charpy tiêu chuẩn) trên các thiết bị kéo nén TT HW2-1000, thiết bị va
đập con lắc WPM. Kiểm tra cơ tính của vật liệu để làm thông số nghiên cứu.
Bảng 3. Cơ tính của mẫu.
Mẫu Mác thép
0,2,
MPa
В
MPa
δ,%
Ψ,
%
ан,
Kgf.m/cm2
1 09Mn2Si 395 490 32 75 27
2 12Cr2NiWV 902 1010 12,5 60 8,5
3 14Cr17Ni2 915 1090 11 40 5,6
4 09Cr16Ni4Nb 980 1250 9 40,5 5
Nghiên cứu tổ chức, kim tương với thiết bị kính hiển vi điện tử Axio Observer D1m.
Sử dụng phương pháp chụp ảnh mặt gẫy (fractography fracture) truyền thống 2D, chụp
cặp ảnh lập thể (bằng kính hiển vi điện tử quét HITACHI-800) để xây dựng mô hình 3D.
Sử dụng phương pháp tái lập địa hình 3D của mặt gẫy bằng các phần mềm chuyên
dụng như PhotoMod để nghiên cứu mặt gẫy phá hủy. Bề mặt tái lập này cho phép mô tả
sâu hơn về cơ chế phá hủy của vật liệu so với phương pháp ảnh “phẳng” truyền thống
[Error! Reference source not found.[7]]. Để nghiên cứu quy luật thay đổi của hố trên
mặt gẫy, sự biến thiên hình dáng cũng như phát triển của hố khi chịu tải, tiến hành xây
dựng đồ thị thể hiện mối quan hệ d và h của các hố trên mặt gẫy (lựa chọn biến độc lập là
d, biến phụ thuộc là h). Sử dụng phân tích hồi quy (regression analysis) thống kê để xác
định phương trình ước lượng mô tả mối quan hệ giữa các biến số.
Sau khi sử dụng phần mềm chuyên dụng Photomod đối với các cặp ảnh lập thể để tạo
các file thông tin với đầy đủ tọa độ các vị trí trên mặt gẫy. Dùng phần mềm Origin mở file,
trên màn hình nhận được hình ảnh 3D trực quan của mặt gẫy, tương ứng với đó là các tọa
độ tại các vị trí bất kỳ của nó. Các đường viền dạng elip hoặc hình tròn bị biến dạng trên
bề mặt là dấu hiệu của các hố trên mặt phẳng. Tính d bằng cách vẽ 8 “đường kính” để lấy
giá trị trung bình của chúng. Xác định h bằng cách sử dụng chức năng “scan” của phần
mềm quét qua các hố để tìm vị trí sâu nhất (scan đến đâu thì chiều sâu sẽ thể hiện đến đó).
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ LUẬN GIẢI
Sử dụng các thuật toán đối chiếu các vị trí tương ứng nhau trên cặp ảnh lập thể (sử
dụng kính hiển vi điện tử quét chụp 2 lần với cùng một trường quan sát nhưng lệch nhau
một góc nhỏ khoảng 3-6o), từ sự khác biệt về sắc độ của các điểm cùng vị trí trên cặp ảnh
lập thể, ứng dụng phần mềm xây dựng mô hình bề mặt (mặt gẫy) địa hình 3D để đưa vào
nghiên cứu cơ chế phá hủy vật liệu (hình 1).
152
a –
b –
c –
09
tuân theo quy luật tuyến tính
va đập của kim loại
trưng cho kim loại có độ dai lớn hơn
hố càng sâu th
nó
cục bộ quanh đỉnh vết nứt để mở rộng khoảng trống về phía hai cạnh
nứt bị dài và nhọn
càng lớn
phát triển của vết nứt
14
khuy
II). H
0,55
có cơ sở chắc chắn để khẳng định là quan hệ hàm số toán học nhưng được biểu
L. H. Ninh
Ảnh 2D của mặt gẫy (x1000)
Đ
Mô hình 3D c
Kết quả khảo sát thực tế mẫu thử các thép
Mn
. Điều này phù hợp với nguyên lý phá hủy dẻo
Nghiên cứu quan hệ “d
Cr17
ến nghị đ
đến
ịa h
Hình
2Si chỉ ra sự phụ thuộc giữa hai tham số d và h của các hố trên mặt gẫy phá hủy dẻo
Ni
ệ số xác địn
ình
, năng lượng biến dạng cục bộ tại gần đỉnh vết nứt càng nhiều trong khi chính sự
2
0,79
m
1.
mẫu thép
, 09
,
ặt gẫy đ
Mặt gẫy
ể hiện mức biến dạng càng lớn theo cơ chế “mở
Mn
ường xu h
(dạng II
, V. T. Linh
ủa mặt gẫy
.
, giảm thiểu khả năng tập trung ứng suất gây nguy hiểm
D
Hình
2Si thông qua các điểm thực nghiệm
h R
a
ư
09Mn2Si
Đối với các hố có cùng độ rộng thì hố có chiều sâu lớn hơn sẽ đặc
(đặc trư
ạng I
² của phương trình dao động trong khoảng
).
ợc tái lập 3
2D và
2
ướng l
Thấy rằng
.
.
ng bằng độ rộng của hố
. Quan h
, “Đánh giá cơ ch
3D của
.
Hình thái học của các lỗ tế vi có
-h” đối với các mẫu thép
à hàm đơn gi
;
,
D;
(hình
ệ d
tồn tại mối quan hệ giữa d và h
-h c
2
ủa các hố tr
ế phá hủy dẻo
12
). Theo
ản bậc nhất (dạng I) hoặc h
Cr
,
2NiWV
[8, 9]
năng lượng tập trung cho biến dạng dẻo
) lại đủ chậm để không gây phá hủy
ên m
. L
,
,
ặt gẫy thép
ựa chọn xây dựng ph
Hóa h
nghiên c
09
quan hệ trực tiếp đến độ dai
với quan điểm
12
Cr16
/cắt” sang hai bên mạn của
D
Cr2
0
ọc & Kỹ thuật môi tr
b
c
Ni
,
ạng II
NiWV
,55
. Mối quan hệ này chưa
ứu tham số mặt gẫy.
4
hạn chế
.
đến
Nb
.
,
àm b
0
, 14
vật liệu học thì
khả năng vết
Biến dạng dẻo
09
,78
Cr
Cr16
ương tr
ậc hai (dạng
(dạng I
17Ni
Ni
hiện là
ường
2
4Nb
)
”
và
.
,
ình
và
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 153
quan hệ tương quan thống kê, có xu hướng rõ rệt (bảng 4). Hệ số R² đặc trưng cho mức độ
(%) biến động của biến độc lập (h) giải thích sự biến động của biến phụ thuộc (d) khi có
quan hệ tương quan giữa chúng.
Bảng 4. Đường quan hệ được đề xuất.
Mác thép
Hàm gần đúng F(x),
hệ số xác định R²
Dạng I Dạng II
09Mn2Si y = (1,163±0,071)x +
(0,277±0,587), R² = 0,768
y = (-0,007±0,013)x2 +
(1,309±0,269)x – (0,208±1,047),
R² = 0,769
12Cr2NiWV y = (0,912±0,048)x +
(0,660±0,296), R² = 0,789
y = (-0,023±0,01338)x2 +
(1,209±0,179)x – (0,088±0,525),
R² = 0,796
14Cr17Ni2 y = (0,795±0,079)x +
(0,070±0,591), R² = 0,552
y = (-0,017±0,020)x2 +
(1,088±0,349)x – (0,968±1,345),
R² = 0,556
09Cr16Ni4Nb y = (0,693±0,069)x +
(0,105±0,500), R² = 0,594
y = (-0,019±0,017)x2 +
(1,021±0,300)x – (1,054±1,146),
R² = 0,601
Nếu căn cứ trên hệ số xác định R² thì đối với cả hai kiểu hàm xu hướng, các giá trị này
ở mức độ trung bình, mặt khác sự chênh lệch cũng không đáng kể. Các điểm thực nghiệm
bao gồm sai số do nhiều yếu tố ảnh hưởng, bao gồm cả sai số của chính phương pháp đem
lại. Tuy nhiên, đối với hàm bậc nhất, ưu điểm của nó là sự đơn giản với quan hệ tuyến tính
dễ hiểu, trong giới hạn thực tế khảo sát (h≤13 mkm, d≤18 mkm) thì sự sai khác so với hàm
bậc hai là có thể chấp nhận được. Ngoài kết quả thực nghiệm thể hiện trên hình 2, đối với
các mẫu thép 12Cr2NiWV, 14Cr17Ni2, 09Cr16Ni4Nb, 09Mn2Si thì kết quả nghiên cứu
một số loại thép kết cấu khác đã được công bố cũng cho thấy: giữa độ rộng và chiều sâu
của hố tồn tại quan hệ phụ thuộc tuyến tính trong một giới hạn nhất định [10].
Đối chiếu sự biến đổi của đường quan hệ d-h với độ dai va đập thấy rằng hố càng sâu
thể hiện năng lượng hấp thụ phá hủy càng lớn tương ứng với độ dai va đập càng lớn (hệ số
góc tạo bởi đường thẳng xu hướng với trục hoành càng lớn (bảng 5)). Kết quả thực nghiệm
này tương đối thích hợp với nhận định trong tài liệu [11]: độ sâu của hố là chỉ số đo khả
năng biến dạng dẻo của vật liệu; nghĩa là vật liệu sẽ biến dạng trong giới hạn nào đó tương
ứng với độ sâu của hố mà vật liệu còn chưa phá hủy.
Bảng 5. Tương ứng hệ số góc và độ dai va đập một số mẫu thép hợp kim.
Hệ số góc của đường quan hệ Độ dai va đập, Kgf.m/cm2
1,163±0,071 27
0,912±0,048 8,5
0,795±0,079 5,6
0,693±0,069 5
Với việc chấp nhận quan hệ tuyến tính d-h trong phạm vi cho phép với mác thép và chế
độ xử lý nhiệt xác định, có thể giúp nhanh chóng suy luận, tính toán một trong các giá trị d
hoặc h khi biết giá trị còn lại. Nghĩa là có thể sử dụng hình ảnh mặt gẫy 2D đơn giản để
đánh giá, so sánh, đối chiếu phá hủy hoặc cơ tính nhanh mà không cần xây dựng mô hình
3D của nó.
Nhìn chung, khi vượt qua giới hạn kích thước hố cũng như trường quan sát, quan hệ
tuyến tính d-h có thể bị phá vỡ. Khi đó, vật liệu chịu quá giới hạn biến dạng của mình, độ
Hóa học & Kỹ thuật môi trường
L. H. Ninh, , V. T. Linh, “Đánh giá cơ chế phá hủy dẻo nghiên cứu tham số mặt gẫy.” 154
sâu của các hố tăng không đáng kể hoặc không tăng nữa (khi đã tăng đến tới hạn) đồng
thời các hố chuyển sang cơ chế khác như tăng chiều rộng hoặc sáp nhập lẫn nhau. Điều
này có mối liên hệ với giá trị hệ số R² (0≤ R²≤1) nhận được không quá cao, đây là dấu hiệu
của sự biến đổi phức tạp các biến số, vì trong quá trình phát triển của h và d (tương ứng
với quá trình phá hủy dẻo) có những giai đoạn “đột biến”, phá vỡ nguyên tắc tỷ lệ hình
học (khi các hố nhỏ sáp nhập vào nhau hoặc vào hố lớn). Trong nhiều trường hợp hố trên
mặt gẫy phá hủy dẻo có dạng bậc thang, đó là nguyên nhân các vết nứt, lỗ xốp tế vi đồng
thời phát triển và di chuyển cho đến khi chúng giao cắt nhau và để lại các vết “bậc thang”
(mỗi “bậc thang” là biểu hiện của hành trình một vết nứt). Vết nứt giòn thường không tuân
theo cơ chế “bậc thang” này vì trong quá trình phá hủy chỉ có một vết nứt chính chạy
xuyên suốt. Giai đoạn sắp phá hủy, độ rộng hố phát triển nhanh làm tăng chiều dài của vết
nứt đến mức vượt quá kích thước tới hạn và gây phá hủy vật liệu. Quan hệ d-h chuyển
sang phi tuyến tính. Như vậy, xét về sự phù hợp với lý thuyết phá hủy dẻo thì mô hình
hàm bậc hai có triển vọng hơn và mô tả được quá trình phức tạp hơn.
4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu mặt gẫy dẻo của các mẫu thép hợp kim ở các chế độ xử lý nhiệt khác nhau
(09Mn2Si – thường hóa; 12Cr2NiWV, 09Cr16Ni4Nb, 14Cr17Ni2 – tôi và ram) cho thấy
tính quy luật của quan hệ “d-h” đạt hệ số xác định R² trong khoảng 0,55 đến 0,78 (dạng I)
và 0,55 đến 0,79 (dạng II); hệ số góc của đường quan hệ “d-h” tăng từ 0,693 đến 1,163
tương ứng với độ dai va đập của các mẫu thép tăng từ 5 đến 27 Kgf.m/cm2.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. A.W. Thompson, P.F. Weihrauch, “Ductile fracture: nucleation at inclusions”,
Scripta Met., vol.10, №2 (1976), p.205.
[2]. 何人葵, 刘树主编., “工程材料与热处理.”, 北京: 冶金工业出版社 (2015).
[3]. S.H. Goods, L.M. Brown, “The nucleation of cavities by plastic deformation”, Acta
Metallurgica, Volume 27, Issue 1 (1979) p.3-10.
[4]. В.С. Золоторевский, “Механические свойства металлов”, 3-е изд. М.
МИСиС (1998).
[5]. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева, “Материаловедение: Учебник для высших
технических учебных заведений”. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.:
Машиностроение (1990). - 528 с.
[6]. М.А. Штремель, “Проблемы металлургического качества стали
(неметаллические включения)”, Металловедение и термическая обработка
металлов, № 8 (1980), с.2-6.
[7]. А.В. Кудря, Э.А. Соколовская, Т.Ш. Салихов, Д.В. Кудрявцев, С.В.
Скородумов, “Изв. вузов. Черная металлургия”, № 5 (2009), с.35-39.
[8]. М.А. Штремель, “Вязкость разрушения структур с разномасштабными
включениями”, Физика металлов и металловедение, Т. 99, № 4 (2005), с.16-25.
[9]. А.В. Кудря, Э.А. Соколовская, В.А. Траченко, Ле Хай Нинь, С.В. Скородумов,
К.Б. Папина, “Измерение неоднородности разрушения в конструкционных
сталях с разнородной структурой”, МиТОМ, №4 (2015), с.12-18.
[10]. Т. А. Гордеева, И. П. Жегина, “Анализ изломов при оценке надежности
материалов”, М.: Машиностроение (1978), 200 с.
[11]. РД-50-672-88, “Методические указания. Расчеты и испытания на прочность.
Классификация видов изломов металлов”, Переизд. Февр. 1989 с изм. 1, М.:
Изд-во стандартов (1989).
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 155
ABSTRACT
ELABORATION FOR DUCTILE FRACTURE MECHANISM OF ALLOY STEEL
BY FRACTOGRAPHY PARAMETER ANALYSIS METHOD
Ductile fracture plays a very important role in the working process of details.
There are many methods to evaluate the mechanism of ductile fracture but those
methods had not unified and they have many quantitative characteristics as well.
Using a ductile fracture surface of metals method to evaluate the destruction
mechanism is a well-grounded and practical approach. The paper identifies some
important parameters of broken surfaces and studies their changes in relation to the
mechanical properties of the materials, thereby making judgments and assessments
of the ductile fracture rules as well as the relationship between the ductile fracture
mechanism, the structure of steels and the morphology of their face.
Keywords: Fracture surface; Ductile fracture; Stereophotogrammetry; 3d-model of topography; Fracture
surface geometry parameters; Ductile fracture mechanism; Fractography; Alloy steel.
Nhận bài ngày 30 tháng 9 năm 2019
Hoàn thiện ngày 29 tháng 11 năm 2019
Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 02 năm 2020
Địa chỉ: 1Viện Công nghệ/ TC CNQP ;
2Học viện Kỹ thuật Quân sự.
*Email: Lehaininh2003@yahoo.com.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 16_ninh_8839_2220871.pdf