Побудова математичної моделі залежності коефіцієнта опору розповсюдження тріщини від параметрів структурного стану низьковуглецевої низьколегованої сталі

Abstract

UK: Отримання матеріалу з оптимальним поєднанням міцностних властивостей та в'язкості руйнування неможливо без пошуку компромісу як на етапі виробництва, так і на етапі експлуатації. При цьому слід враховувати як технічні можливості виробничих потужностей, так і економічну доцільність використання металопрокату з підвищеним рівнем експлуатаційних властивостей. З цієї точки зору, в першу чергу виникають проблеми у поєднанні ряду бажаних властивостей в одному матеріалі. Так, відомо, що технологічні схеми виробництва, котрі приводять до зростання міцності металопрокату, знижують його в’язкість руйнування. З іншого боку, для високоміцних сталей з високою в’язкістю характерні складні мікроструктури. Саме тому, з’ясування принципових залежностей між структурним станом низьковуглецевих низьколегованих сталей та кінетикою розповсюдження руйнування є актуальною задачею сучасного матеріалознавства.Мета статті −побудова математичної моделі взаємозв’язку між коефіцієнтом опору розповсюдження тріщини та параметрами структурного стану низьковуглецевих низьколегованих сталей.Висновок. Отримано математичні моделі взаємозв’язку між коефіцієнтом опору розповсюдження тріщини (KIC) та параметрами структурного стану низьковуглецевих низьколегованих сталей. Досліджено морфологічні особливості структурного стану низьковуглецевої низьколегованої сталі після різних режимів термічної обробки. Проведений комплекс досліджень показав, що при температурі обробки 650°С в структурі сталі присутні феритна та перлітна складові. Зниження температури витримки до 600°С призводить до появи в структурі сталі одночасно с феритною та перлітною також бейнітної складової. При температурах витримки 550та 500°С в структурі сталі присутні лише морфологічні типи бейніту. Зниження температури витримки до 450 та 400°С призводить до формування в структурі сталі бейніт них та мартенситних складових у різних відсоткових співвідношеннях. Досліджено вплив режимів термічної обробки на комплекс механічних властивостей та на значення коефіцієнту опору розповсюдження тріщини низьковуглецевої низьколегованої сталі. З використанням математичного апарату одномірного регресійного аналізу отримано моделі залежності параметру KIC: від відсоткового вмісту феритної та перлітної складових у вигляді полінома другого ступеня; від відсоткового вмісту бейнітної та мартенситної складових в експоненціальній формі. З застосуванням математичного апарату множинного регресійного аналізу отримано 3-D модельну залежність параметру KICвід параметрів структурного стану, які формуються шляхом реалізації дифузійного (відсотковий вміст феритної та перлітної структурних складових) та зсувного (відсотковий вміст бейнітної та мартенситної структурних складових) механізмів перетворення переохолодженого аустеніту низьковуглецевих низьколегованих сталей.

EN: Obtaining a material with an optimal combination of strength properties and fracture toughness is impossible without finding a compromise both at the production stage and at the operation stage. In this case, one should take into account both the technical capabilities of production facilities and the economic feasibility of using rolled metal with an increased level of operational properties. From this point of view, problems first of all arise in combining a number of desired properties in one material. Thus, it is known that technological schemes of production, which lead to an increase in the strength of rolled metal, reduce its fracture toughness.On the other hand, high-strength steels with high toughness are characterized by complex microstructures. That is why, elucidating the fundamental dependencies between the structural state of low-carbon low-alloy steels and the kinetics of fracture propagation is an urgent task of modern materials science. Purpose of the article. Construction of a mathematical model of the relationship between the crack propagation resistance coefficient and the parameters of the structural state of low-carbon, low-alloy steels.Conclusion. Mathematical models of the relationship between the crack propagation resistance coefficient (KIC) and the parameters of the structural state of low-carbon low-alloy steels were obtained. The morphological features of the structural state of low-carbon low-alloy steel after various heat treatment regimes were investigated. The conducted set of studies showed that at a treatment temperature of 650°C, the steel structure contains ferritic and pearlitic components. Reducing the holding temperature to 600°C leads to the appearance of a bainite component in the steel structure simultaneously with the ferritic and pearlitic components. At holding temperatures of 550 and 500°C, only morphological types of bainite are present in the steel structure. Reducing the holding temperature to 450 and 400°C leads to the formation of bainite and martensitic components in different percentage ratios in the steel structure. The influence of heat treatment regimes on the complex of mechanical propertiesand on the value of the coefficient of resistance to crack propagation of low-carbon low-alloy steel was investigated. Using the mathematical apparatus of one-dimensional regression analysis, models of the dependence of the KICparameter were obtained: onthe percentage of ferritic and pearlitic components in the form of a second-degree polynomial; on the percentage of bainite and martensitic components in an exponential form. Using the mathematical apparatus of multiple regression analysis, a 3-D model dependence of the KICparameter on the parameters of the structural state, which are formed by implementing the diffusion (percentage of ferritic and pearlitic structural components) and shear (percentage of bainite and martensitic structural components) mechanisms of transformation of supercooled austenite of low-carbon low-alloy steels was obtained.