Анализ начальной стадии усталостного износа гетероструктурных материалов в условиях контактных циклических нагрузок

Автор: Кудряков О.В., Варавка В.Н., Забияка И.Ю., Ядрец Э.А., Шведчикова О.В.

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 4 т.19, 2019 года.

Бесплатный доступ

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...

Еще

Сплавы на основе железа, субструктура сплавов, циклические нагрузки, зарождение очагов разрушения, физическая модель, численный эксперимент, каплеударная эрозия

Короткий адрес: https://sciup.org/142221966

IDR: 142221966 | DOI: 10.23947/1992-5980-2019-19-4-328-334

Список литературы Анализ начальной стадии усталостного износа гетероструктурных материалов в условиях контактных циклических нагрузок

Field, J. E. The Effects of Target Compliance on Liquid Drop Impact / J. E. Field, J. P. Dear, J. E. Ogren // Journal of Applied Physics. - 1989. - Vol. 65. - P. 533-540.
Heymann, F. J. Liquid Impingement Erosion / F. J. Heymann // Friction, Lubrication, and Wear Technology. - 1992. - Vol. 18. - P. 214-220.
Itoh, H. Evaluation of Erosion by Liquid Droplet Impingement for Metallic Materials / H. Itoh, N. Okabe // Transaction of JSME. - 1993. - Vol. 59. - P. 2736-2741.
Richman, R. H. Liquid-Impact Erosion / R. H. Richman // Failure Analysis and Prevention. - 2002. - Vol. 11. - P. 1013-1018.
Haller, K. K. Computational Study of High-speed Liquid Droplet Impact / K. K. Haller, Y. Ventikos, D. Poulikakos // Journal of Applied Physics. - 2002. - Vol. 92. - P. 2821-2828.
Arai, J. Numerical Analysis of Droplet Impingement on Pipe Inner Surface Using a Particle Method / J. Arai, S. Koshizuka // Journal of Power Energy Systems. - 2009. - Vol. 3. - P. 228-236.
Xiong, J. Numerical Analysis of Droplet Impingement Using the Moving Particle Semi-implicit Method / J. Xiong, S. Koshizuka, M. Sakai // Journal of Nuclear Science Technology. - 2010. - Vol. 47. - P. 314-321.
Li, R. A Numerical Study of Impact Force Caused by Liquid Droplet Impingement onto a Rigid Wall / R. Li, H. Ninokata, M. Mori // Progress in Nuclear Energy. - 2011. - Vol. 53. - P. 881-885.
Li, R. A Numerical Study on Turbulence Attenuation Model for Liquid Droplet Impingement Erosion / R. Li// Annals of Nuclear Energy. - 2011. - Vol. 38. - P. 1279-1287.
Sanada, T. A Computational Study of High-speed Droplet Impact / T. Sanada, K. Ando, T. Colonius // Fluid Dynamics Materials Processing. - 2011. - Vol. 7. - P. 329-340.
Kudryakov, O. V. Integrated Indentation Tests of Metal-Ceramic Nanocomposite Coatings / O. V. Kudryakov, V. N. Varavka // Inorganic Materials. - 2015. - Vol. 51, № 15. - P. 1508-1515.
Varavka, V. N. Regularities of Steel Wear under the Impact of Discrete Water-Droplet Stream. Part I: Initial Stage of Droplet_Impingement Erosion / V. N. Varavka, O. V. Kudryakov // Journal of Friction and Wear. - 2015. - Vol. 36, № 1. - P. 71-79.
Varavka, V. N. Regularities of Steel Wear under the Impact of Discrete Water-Droplet Stream. Part II: Stage of the Developed Droplet-Impingement Erosion / V. N. Varavka, O. V. Kudryakov // Journal of Friction and Wear. - 2015. - Vol. 36, № 2. - P. 153-162.
Оценка эрозионной стойкости упрочненных металлических сплавов в условиях каплеударного воздействия / О. В. Кудряков// Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2018. - Т. 18, № 1. - С. 6-15.
Application of Nanocomposite Coatings to Protect Power Equipment from Droplet Impingement Erosion / V. N. Varavka// Thermal Engineering. - 2014. - Vol. 61, no. 11. - P. 797-803.
Кинетика зарождения и развития процесса эрозионного разрушения поверхности сталей при каплеударном воздействии / В. А. Рыженков// Надежность и безопасность энергетики. - 2012. - № 1 (16). - С. 67-71.
Закономерности и параметры каплеударной эрозии титановых сплавов / В. Н. Варавка// Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2011. - № 6. - С. 92-98.
Li, R. A Calculation Methodology Proposed for Liquid Droplet Impingement Erosion / R. Li, M. Mori, H. Ninokata // Nuclear Engineering and Design. - 2012. - Vol. 242. - P. 157-163.
Sasaki, H. Numerical Analysis of Influence of Roughness of Material Surface on High-Speed Liquid Droplet Impingement / H. Sasaki, Y. Iga // Journal of Pressure Vessel Technology. - 2019. - Vol. 141, 031404. - 7 p.
Isomoto, Y. Erosion Phenomenon Caused by Water Droplet Impingement and Life Prediction of Industrial Materials. Part 2. Establishment of Predictive Equations and Evaluation of Material Performance / Y. Isomoto, H. Miyata // Zairyo-to-Kankyo. - 2008. - Vol. 57. - P. 146-152.
Modeling Study of Liquid Impingement Erosion of NiAl Alloy / J. Zhao// Wear. - 2014. - Vol. 311. - P. 65-70.
Ботвина, Л. Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности / Л. Р. Ботвина. - Москва: Наука, 2008. - 334 с.
Frost, H. J. Deformation-Mechanism Maps. The Plasticity and Creep of Metals and Ceramics / H. J. Frost, M. F. Ashby. - Oxford; New York; Sydney: Pergamon, 1982. - 166 р.
Kudryakov, O. V. Dislocation Quasi-Dipoles and Their Possible Role in Martensitic Transformations in Steel / O. V. Kudryakov // The Physics of Metals and Metallography. - 2002. - Vol. 94, № 5. - P. 421-428.
Кудряков, О. В. Феноменология мартенситного превращения и структуры стали / О. В. Кудряков, В. Н. Варавка. - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2004. - 200 с.
Hedstrӧm, P. Deformation and Martensitic Phase Transformation in Stainless Steels / P. Hedstrӧm. - Luleå: Universitetstryckeriet, 2007. - 218 р.
Ashby, M. F. Engineering Materials. An Introduction to their Properties and Applications / M. F. Ashby, D. R. Jones. - 2nd ed. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1996. - 322 p.
Morphological features and mechanics of destruction of materials with different structures under impact drop cyclic loading / V. N. Varavka// MATEC Web of Conferences. - 2017. - Vol. 132, 03004. - 4 p.
Механика разрушения и прочность материалов. Справ. пособ.: в 4 т. Т. 3. Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения / С. Е. Ковчик, Е. М. Морозов. - Киев: Наукова думка, 1988. - 436 с.
Селезнев, Л. И. Эрозионный износ конструкционных материалов / Л. И. Селезнев, В. А. Рыженков // Технология металлов. - 2007. - № 3. - С. 19-24.
Ahmad, M. Experimental Assessment of Droplet Impact Erosion Resistance of Steam Turbine Blade Materials / M. Ahmad, M. Casey, N. Sürken // Wear. - 2009. - Vol. 267. - P. 1605-1618.
Seleznev, L. I. Phenomenology of Erosion Wear of Constructional Steels and Alloys by Liquid Particles / L. I. Seleznev, V. A. Ryzhenkov, A. F. Mednikov // Thermal Engineering. - 2010. - Vol. 57, № 9. - P. 741-745.
Experiments on Liquid Droplet Impingement Erosion by High-speed Spray / N. Fujisawa// Nuclear Eng. Design. - 2012. - Vol. 250. - P. 101-107.
Hattori, S. Effect of Impact Angle on Liquid Droplet Impingement Erosion / S. Hattori, M. Kakuichi // Wear. - 2013. - Vol. 298-299. - P. 1-7.

Еще

Статья научная