Mechanical Stability and Brittleness of Metals and Alloys. Pt. 2. The Role of Mechanical Properties

Yu. Ya. Meshkov, G. P. Zimina

Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 11.07.2023; окончательный вариант - 15.07.2023. Скачать: PDF

Regularities of the influence of strength and ductility of steels on the embrittlement effect of stress raisers (SR) as fatigue cracks in standard specimens for determining the fracture toughness of metals and alloys are ascertained. Special indices proposed in Pt. 1 of this report are used for this analysis, namely: strength margin, $B_{r}$, and the effective coefficient of stress raise, $\alpha_{ef}$. As shown, an excess of $\alpha_{ef}$ over $B_{r}$ is the condition for mechanical instability of metal (brittleness) under the SR influence; this means fracture of the specimen with SR at the average stress that does not exceed the yield strength of metal, $\sigma_{0.2}$.Regularities are found for the effect of strength, $\sigma_{0.2}$, on indices of strength margin, $B_{r}$, and the value of the effective stress raise coefficient, $\alpha_{ef}$, due to an increase in strength of steels, $\sigma_{0.2}$, within the range 140-500 MPa (as a result of decrease in temperature) and within the range 140-2200 MPa at room temperature (as a result of changing the chemical composition of steel and heat treatment). As established, the SR destructive effect, $\alpha_{ef}$, is governed directly by the value of strength margin, $B_{r}$, which, in turn, is related to the strength characteristic, $\sigma_{0.2}$. Thus, ductility reduces SR embrittlement effect, $\alpha_{ef}$, not by itself, but against the background of yield strength, $\sigma_{0.2}$, more strongly for low-strength steels and less strongly for high-strength steels.

Ключевые слова: strength, strength margin, mechanical stability, brittleness, stresses’ raiser.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v46/i04/0355.html

PACS: 46.32.+x, 46.50.+a, 62.20.fk, 62.20.mj, 62.20.mm, 62.20.mt, 81.40.Np


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Ю. Я. Мєшков, Г. П. Зіміна, Металофіз. новітні технол., 45, № 8: 1029 (2023). Crossref
  2. В. Н. Грищенко, Ю. Я. Мешков, Ю. А. Полушкин, А. В. Шиян, Металлофиз. новейшие технол., 37, № 7: 961 (2015). Crossref
  3. Ю. Я. Мешков, А. В. Шиян, Сталь, № 4: 46 (2018).
  4. Ю. Я. Мешков, А. В. Шиян, Сталь, № 12: 52 (2019).
  5. А. В. Шиян, Ю. Я. Мешков, Металлофиз. новейшие технол., 41, № 6: 775 (2019). Crossref
  6. Р. Петерсон, Коэффициенты концентрации напряжений (Москва: Мир: 1977).
  7. Г. Н. Савин, В. И. Тульчин, Справочник по концентрации напряжений (Киев: Вища школа: 1976).
  8. Ю. Я. Мешков, Г. А. Пахаренко, Структура металла и хрупкость стальных изделий (Киев: Наукова думка: 1985).
  9. Ю. Я. Мешков., С. А. Котречко, А. В. Шиян, Механическая стабильность металлов и сплавов (Киев: Наукова думка: 2014).
  10. А. В. Шиян, Физическая природа локального напряжения хрупкого разрушения сталей и сварных швов: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук (Киев: Институт металлофизики АН УССР: 1990).
  11. А. В. Шиян, Ю. Я. Мешков, Ю. А. Полушкин, Сталь, № 6: 39 (2019).
  12. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. ГОСТ 25.506-85 (Москва: Изд-во стандартов: 1985).
  13. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. ГОСТ 9454-78 (Москва: Изд-во стандартов: 1978).
  14. Ю. Я. Мєшков, Г. П. Зіміна, Металофіз. новітні технол., 44, № 6: 807 (2022). Crossref
  15. П. Ф. Кошелев, С. Е. Беляев, Прочность и пластичность конструкционных материалов при низких температурах (Москва: Машиностроение: 1967).
  16. J. Knott, Phil. Trans. R. Soc. A, 373: 20140126. Crossref