The Influence Mechanism of Ferrite Grain Size on Strength Stress at the Fatigue of Low-carbon Steel
eaDNURT - the electronic archive of the Dnepropetrovsk National University of Railway Transport
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
The Influence Mechanism of Ferrite Grain Size on Strength Stress at the Fatigue of Low-carbon Steel
Механизм влияния размера зерна феррита на усталостную прочность низкоуглеродистой стали Механізм впливу розміру зерна фериту на міцність при втомі низьковуглецевої сталі |
|
| Creator |
Vakulenko, Ihor O.
Proidak, Svitlana V. Вакуленко, Игорь Алексеевич Пройдак, Светлана Викторовна Вакуленко, Ігор Олексійович Пройдак, Світлана Вікторівна |
|
| Subject |
ferrite
grain size fatigue strength solid solution carbon феррит размер зерна усталостная прочность твердый раствор углерод ферит розмір зерна міцність при втомі твердий розчин вуглець ТМ |
|
| Description |
Vakulenko, I. A. The influence mechanism of ferrite grain size on strength stress at the fatigue of low-carbon steel / I. A. Vakulenko, S. V. Proydak // Наука та прогрес транспорту. — 2014. — № 1(49). — P. 97—104. — Библиогр. в конце ст. — doi: 10.15802/stp2014/22668 EN: Purpose. Explanation of the influence mechanism of ferrite grain size on the fatigue strength of low-carbon steel. Methodology. Material for research is the low-carbon steel with 0.1% of carbon contnent. The different size of ferrite grain was obtained due to varying the degree of cold plastic deformation and temperature of annealing. The estimation of grain size was conducted using methodologies of quantitative metallography. The microstructure of metal was investigated under a light microscope with increase up to 1 500 times. As a fatigue response the fatigue strength of metal – a maximal value of load amplitude with endless endurance limit of specimen was used. Fatigue tests were carried out using the test machine «Saturn-10», at the symmetric cycle of alternating bend loading. Findings. On the basis of research the dependence for fatigue strength of low-carbon steel, which is based on an additive contribution from hardening of solid solution by the atoms of carbon, boundary of the ferrite grain and amount of mobile dislocations was obtained. It was established that as the grainy structure of low-carbon steel enlarges, the influence of grain size on the fatigue strength level is reduced. For the sizes of grains more than 100 mcm, basic influence on fatigue strength begins to pass to the solid solution hardening, which is determined by the state of solid solution of introduction. Originality. From the analysis of the obtained dependences it ensues that with the increase of ferrite grain size the required amount of mobile dislocations for maintenance of conditions for spreading plastic deformation becomes less dependent from the scheme of metal loading. Practical value. The obtained results present certain practical interest when developing of recommendations, directed on the increase of resource of products work from low-carbon steels in the conditions of cyclic loading. Estimation of separate contribution of the studied processes of structural changes with fatigue load allows one to choose a rational solution – to use the hardening effect from the ferrite alloying or to change the grain size of ferrite. RU: Цель. Объяснение механизма влияния размера зерна феррита на усталостную прочность низкоуглеродистой стали. Методика. Материалом для исследования служила низкоуглеродистая сталь с содержанием углерода 0,1 %. Различный размер зерна феррита получали за счет варьирования степенью холодной пластической деформации и температурой отжига. Оценку величины зерна проводили, используя методики количественной металлографии. Микроструктуру металла исследовали под световым микроскопом при увеличениях до 1 500 раз. В качестве характеристики усталости использовали усталостную прочность металла –максимальное значение амплитуды нагружения при бесконечной выносливости образца. Испытания на усталость осуществляли на испытательной машине «Сатурн-10» при симметричном цикле знакопеременного нагружения изгибом. Результаты. На основе проведенных исследований получена зависимость для усталостной прочности низкоуглеродистой стали, которая основана на аддитивном вкладе от упрочнения твердого раствора атомами углерода, границ зерна феррита и количества подвижных дислокаций. В работе установ лено, что по мере укрупнения зернистой структуры низкоуглеродистой стали влияние размера зерна на уровень усталостной прочности снижается. При размерах зерен более 100 мкм основное влияние на усталостную прочность начинает переходить к твердо растворному упрочнению, определяемому состоянием твердого раствора внедрения. Научная новизна. Из анализа полученных зависимостей следует, что с ростом размера зерна феррита требуемое количество подвижных дислокаций для поддержания условий распространения пластической деформации становится в меньшей степени зависимым от схемы нагружения металла. Практическая значимость. Полученные результаты представляют практический интерес при разработке рекомендаций, направленных на повышение ресурса работы изделий с низкоуглеродистой стали в условиях циклического нагружения. Оценка раздельного вклада от рассмотренных процессов структурных изменений на определенных этапах развития усталостного нагружения позволит выбрать оптимальное решение – использовать эффект упрочнения от легирования феррита либо уменьшить размер его зерна. UK: Мета. Пояснення механізму впливу розміру зерна фериту на міцність при втомі низько вуглецевої сталі. Методика. Матеріалом для дослідження слугувала низько вуглецева сталь із вмістом вуглецю 0,1 %. Різний розмір зерна фериту отримували за рахунок варіювання ступенем холодної пластичної деформації й температурою відпалу. Оцінку величини зерна проводили, використовуючи методики кількісної металографії. Мікроструктуру металу досліджували під світловим мікроскопом при збільшеннях до 1 500 разів. В якості характеристики втоми використовували межу міцності при втомі металу – максимальне значення амплітуди навантаження при необмеженій витривалості зразку. Випробування на втому здійснювали на випробувальній машині «Сатурн-10» при симетричному циклі знакозмінного навантаження вигином. Результати. На основі проведених досліджень отримана залежність для межі міцності при втомі низьковуглецевої сталі, яка заснована на адитивному вкладі від зміцнення твердого розчину атомами вуглецю, меж зерна фериту й кількості рухливих дислокацій. У роботі встановлено, що в міру укрупнення зернистої структури низьковуглецевої сталі вплив розміру зерна на рівень межі міцності при втомі знижується. При розмірі зерен більше 100 мкм основний вплив на міцність при втомі починає переходити до твердо розчинного зміцнення, що визначається станом твердого розчину впровадження. Наукова новизна. З аналізу отриманих залежностей випливає, що зі збільшенням розміру зерна фериту необхідна кількість рухливих дислокацій для підтримки умов поширення пластичної деформації стає меншою мірою залежною від схеми навантаження металу. Практична значимість. Отримані результати становлять певний практичний інтерес при розробці рекомендацій, які спрямовані на підвищення ресурсу роботи виробів із низьковуглецевих сталей в умовах циклічного навантаження. Оцінка роздільного внеску від розглянутих процесів структурних змін на певних етапах розвитку втомного навантаження дозволить обрати оптимальне рішення – використовувати ефект зміцнення від легування фериту або зменшити розмір його зерна. |
|
| Date |
2014-11-05T11:18:17Z
2014-11-05T11:18:17Z 2014 |
|
| Type |
Article
|
|
| Identifier |
doi: 10.15802/stp2014/22668
2307–3489 (Print) 2307–6666 (Online) http://eadnurt.diit.edu.ua/jspui/handle/123456789/2885 |
|
| Language |
en
|
|
| Publisher |
ДНУЗТ
|
|