Повышение контактной долговечности поликристаллических систем управлением параметрами большеугловых границ зерен

Autor: Kopylov, Viacheslav, Kuzin, Oleg, Kuzin, Niсkolay
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 5, № 12 (101) (2019): Materials Science; 14-22
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 5, № 12 (101) (2019): Материаловедение; 14-22
Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 5, № 12 (101) (2019): Матеріалознавство; 14-22
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: Polycrystalline metal systems in the samples made of steel 40X with different morphology and parameters of the distribution of large-angle grains boundaries for energy have been examined. The effect of the structural-energy state of grains boundaries on the operational reliability of improved steel 40X has been established. Based on the hierarchical modeling of polycrystals structure, new approaches have been proposed and algorithms have been developed for defining relationships between the structure that is formed in the technological processing of materials and stages in the life cycle of parts. It has been revealed that it is advisable to use, as a digital prototype of the structure of polycrystalline alloys that describes their performance under conditions of contact loads, the matrix representation of a system model that would incorporate the quantitative characteristics of grains. By using the devised procedures, the ways to execute technological control over the energy state of grain boundaries in the structural components have been defined in order to improve durability of parts exposed under contact loads. An estimation-experimental method has been developed to assess the effect of quantitative characteristics of the structure on the parameters of strength of the grains boundaries and their ability to form intragrain damage under external loads. The energy level of grains boundaries and triple joints between the groups of small and large grains is higher than that between grains of the same size. The boundary surfaces with a high level of energy are places where damage occurs at technological processing and under external loads on structural materials. This points to the crucial role of large-angle boundaries placed between triple joints with a high energy gradient in the process of forming microstructurally short cracks and intragrain destruction of polycrystalline systems. The use of hierarchical modeling methods and computational materials science makes it possible to improve the operational reliability of articles by choosing the optimal parameters for internal boundary surfaces. The lower cost of the parts' life cycle is achieved by thermal treatment regimes, which alter the quantitative characteristics of the steel structure
Досліджено полікристалічні металеві системи зразків стали 40Х з різною морфологією і параметрами розподілу великокутових границь зерен за енергіями. Встановлено вплив структурно-енергетичного стану границь зерен на експлуатаційну надійність стали 40Х після покращення. На основі ієрархічного моделювання будови полікристалів запропоновані нові підходи і створено алгоритми для визначення взаємозв'язків між структурою, яка формується при технологічних обробках матеріалів і етапами життєвого циклу деталей. Виявлено, що в якості цифрового двійника структури полікристалічних сплавів, який описує їх поведінку в умовах контактних навантажень, доцільно використовувати матричне подання системної моделі з її наповненням кількісними характеристиками зерен. З використанням розроблених методик визначено шляхи технологічного управління енергетичним станом меж поділу зерен структурних складових для підвищення довговічності деталей, що працюють при контактних навантаженнях. Розроблено розрахунково-експериментальний метод для оцінки впливу кількісних характеристик структури на параметри міцності границь зерен і їх здатність до утворення межзеренних пошкоджень при зовнішніх навантаженнях. Рівень енергії границь зерен і потрійних стиків між групами зерен малого і великого розміру є вищим, ніж між зернами одного розміру. Поверхні розділу з високим рівнем енергії є місцями утворення пошкоджень при технологічних обробках і зовнішніх навантаженнях конструкційних матеріалів. Це вказує на вирішальну роль великокутових границь, розміщених між потрійними стиками з високим градієнтом енергії в процесах утворення мікроструктурно коротких тріщин і межзеренного руйнування полікристалічних систем. Використання методів ієрархічного моделювання і числового матеріалознавства дозволяє підвищувати експлуатаційну надійність виробів вибором оптимальних параметрів внутрішніх граничних поверхонь. Менша вартість життєвого циклу деталей досягається режимами термічної обробки, які змінюють кількісні характеристики структури сталей
Исследованы поликристаллические металлические системы образцов стали 40Х с различной морфологией и параметрами распределения большеугловых границ зерен по энергиям. Установлено влияние структурно-энергетического состояния границ зерен на эксплуатационную надежность стали 40Х после улучшения. На основе иерархического моделирования строения поликристаллов предложены новые подходы и созданы алгоритмы для определения взаимосвязей между структурой, которая формируется при технологических обработках материалов, и этапами жизненного цикла деталей. Выявлено, что в качестве цифрового двойника структуры поликристаллических сплавов, который описывает их поведение в условиях контактных нагрузок, целесообразно использовать матричное представление системной модели с ее наполнением количественными характеристиками зерен. С использованием разработанных методик определены пути технологического управления энергетическим состоянием границ раздела зерен структурных составляющих для повышения долговечности деталей, работающих при контактных нагрузках. Разработан расчетно-экспериментальный метод для оценки влияния количественных характеристик структуры на параметры прочности границ зерен и их способность к образованию межзеренных повреждений при внешних нагрузках. Уровень энергии границ зерен и тройных стыков между группами зерен малого и большого размера выше, чем между зернами одного размера. Поверхности раздела с высоким уровнем энергии являются местами образования повреждений при технологических обработках и внешних нагрузках конструкционных материалов. Это указывает на решающую роль большеугловых границ, размещенных между тройными стыками с высоким градиентом энергии в процессах образования микроструктурно коротких трещин и межзеренном разрушении поликристаллических систем. Использование методов иерархического моделирования и числового материаловедения позволяет повышать эксплуатационную надежность изделий выбором оптимальных параметров внутренних граничных поверхностей. Меньшая стоимость жизненного цикла деталей достигается режимами термической обработки, которые изменяют количественные характеристики структуры сталей
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: