профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», главный научный сотрудник НОЦ «Материалы», доктор технических наук, профессор
профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», руководитель НОЦ «Материалы», доктор технических наук, доцент
аспирант кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», мл. научный сотрудник НОЦ «Материалы»
магистрант кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
магистрант кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
Introduction. The process of formation of fatigue defects in metal alloys with different structural morphology is considered. The work objective is to develop a computational tool for determining the moment of the defect nucleation under cyclic loading.
Materials and Methods. A physical model is built, calculation expressions are presented. The physical model is based on the theory of dislocations. It is shown that a structure factor is particularly important in the process of fracture nucleus origination under dynamic cyclic loading. Depending on the structure and properties of the material, as well as on the nature of the loads, the critical fatigue defect develops in the form of cracks, pores or micro-crater wear.
Research Results. A numerical experiment was performed to determine the moment of nucleation of the critical-size defect in iron-base alloys under the drop hypervelocity impacts. Comparative data of calculations and bench tests for droplet impingement erosion of steels and alloys with the structure of ferrite, austenite, sorbitol and martensite are presented. The efficiency of the nucleation stage during the incubation period of erosive wear of the materials studied was evaluated.
Discussion and Conclusions. There are no strict instrumental methods for determining the duration of the nucleation stage; therefore, it is recommended to use the proposed analytical model. In addition, the work performed gave a significant application result, i.e. it showed that the focused design of the material structure can significantly increase the wear resistance.
Введение. Рассмотрен процесс формирования усталостных дефектов в металлических сплавах с различной структурной морфологией.Цель работы — создание расчетного аппарата для определения момента зарождения указанных дефектов в условиях циклического нагружения.
Материалы и методы. Построена физическая модель, представлены расчетные выражения. В основу физической модели положена теория дислокаций. Показано, что при динамических циклических нагружениях определяющее значение в процессе зарождения очагов разрушения имеет структурный фактор. В зависимости от структуры и свойств материала, а также от характера нагрузок, критический усталостный дефект развивается в форме трещины, поры или микрократера износа.
Результаты исследования. Выполнен численный эксперимент по определению момента зарождения дефекта критического размера в сплавах на основе железа при высокоскоростных капельных соударениях. Представлены сравнительные данные расчетов и стендовых испытаний по каплеударной эрозии сталей и сплавов со структурой феррита, аустенита, сорбита и мартенсита. Оценен вклад стадии зарождения в инкубационный период эрозионного износа исследованных материалов.
Обсуждение и заключение. Строгие инструментальные методы для определения продолжительности стадии зарождения отсутствуют, поэтому рекомендовано использовать предложенную расчетно-аналитическую модель. Кроме того, выполненная работа дала важный прикладной результат — продемонстрировала, что целенаправленное конструирование структуры материала может существенно увеличить износостойкость.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.