ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИНЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ИЗДЕЛИИ «ПЕРЕХОД», ИЗГОТОВЛЕННОЙ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ 09Г2С

INVESTIGATION OF THE CAUSES OF CRACK IN THE METAL PRODUCT «TRANSITION» MADE OF LOW-ALLOY STEEL SA-516 GR 70

Anastasia Argunova

PhD of Technical Sciences, head of laboratory of «Materials Science», Department of Physics of Materials and Welding Technology, Institute of Physics and Technology of North-Eastern Federal University,

Russia, Yakutsk

Radiy Adamov

senior Lecturer, Department of Physics of Materials and Welding Technology, Institute of Physics and Technology of North-Eastern Federal University,

Russia, Yakutsk

Saryal Kyppygyrov

3rd year student, Department of Information Technologies, Institute of Mathematics and Computer Science of North-Eastern Federal University,

Russia, Yakutsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье было исследовано металлическое изделие «Переход», в котором обнаружены сквозные трещины, простирающиеся на расстоянии 53 мм от узкого края изделия. Проведенные микро­структурные исследования и фрактографический анализ выявили, что причиной возникновения трещины в металлическом изделии «Переход», изготовленной из низколегированной стали 09Г2С, является загрязнен­ность неметаллическими включениями и нарушение технологии его изготовления.

ABSTRACT

In this article, the metal product “Transition” made of low-alloy steel 09G2S, was investigated, in which through cracks were found extending on distance of 53 mm from the narrow edge of the product. Conducted microstructural investigation and fractographic analysis revealed that the cause of the crack occurrence in the metal product “Transition”, made of low-alloy steel 09G2S, were pollution of non-metallic inclusions and the violation of technology of its manufacturing.

Ключевые слова: разрушение, радиальные рубцы, шевронный узор, микроструктура, концентрация напряжения.

Keywords: destruction, radial scars, chevron pattern, microstructure, stress concentration

Задачу повышения эксплуатационной надежности и долговечности деталей машин и механизмов невозможно решить без эффективной системы технической диагностики причин разрушения.

В данной статье было исследовано металлическое изделие "Переход", изготовленное из низколегированной стали 09Г2С со следующими параметрами (размерами) 325х12 – 219х10 мм, в котором обнаружены сквозные трещины, простирающиеся на расстоянии 53 мм от узкого края изделия (фото 1). Данное металлическое изделие не было в эксплуатации, новое поступление с завода - изготовителя.

Фото 1. Металлическое изделие «Переход», представленный на исследование

После разрезки и раскрытия поверхности трещины установлено, что разрушение началось с внутренней стороны, о чем свидетельствуют радиальные рубцы, исходящие с места очага разрушения, к внешней его стороне, пронизывая всю его толщину, а также образуя шевронные узоры от очага разрушения (фото 2).

Фото 2. Поверхность трещины металлического изделия «Переход». Видны радиальные рубцы, исходящие с места очага разрушения

С внутренней стороны хорошо видно, что очаги разрушения расположены по направлению проката.

Металлографический анализ был проведен на оптическом микро­скопе "Neophot - 32". Образец был отшлифован, отполирован и про­травлен 4%-ным раствором HNO₃ (азотной кислоты) в этиловом спирте. Структура феррито-перлитная, мелкозернистая, имеет слабополосчатый характер, балл зерна 6,7 по ГОСТ 5639-65, перлит пластинчатый. Перлитные составляющие расположены цепочкой в мягкой ферритной матрице и этим образуют более протяженные твердые составляющие карбидной фазы, которые соответственно при внешнем значительном давлении при формировании металлического изделия "Переход" могут инициировать концентрацию напряжений, без возможностей релакси­ровать в мягкую ферритную матрицу (фото 3).

Фото 3. Микроструктура металлического изделия «Переход». Увел. 100х

Фрактографический анализ был проведен на сканирующем электронном микроскопе "Philips".

Материал имеет квазихрупкий характер разрушения, о чем свиде­тельствуют фасетки скола и ступеньки скола, исходящие как бы из центра фасетки скола по направлению развития магистральной трещины, пластичные гребни отрыва, непрерывные цепочки вторичных трещин, идущих перпендикулярно направлению основного развития трещин. Достаточная протяженность непрерывных цепочек вторичных трещин может быть обусловлена неметаллическими включениями или же хрупкими карбидными составляющими, в данном случае неблаго­приятным распределением более прочной составляющей (перлитной), которая при изготовлении формы данного металлического изделия "Переход" (при высоком давлении обжатия) вызывает надрывы и образование вторичных трещин по направлению проката (фото 4).

Фото 4. Фрактограмма поверхности разрушения изделия «Переход». Увел. 723х.

При более однородной структуре, состоящей из ферритной и перлитной составляющих, а также при благоприятном распределении неметаллических включений, при формировании металлического изделия "Переход" должна была быть релаксация напряжений в мягкую ферритную матрицу и разрушение должно было иметь вязкий ямочный характер с высокой энергоемкостью и сопротивлением разрушению.

Квазихрупкий характер поверхности разрушения трещины, выявленной на металлическом изделии «Переход», изготовленной из низколегированной стали 09Г2С, вторичные трещины достаточной протяженности, вызванных вследствие неоднородных структурных составляющих и неметаллическими включениями, могут свидетель­ствовать о низкой энергоемкости данного материала, о низкой сопротивляемости его разрушению, обусловленных некачественным материалом, а также нарушением технологии его изготовления.

Таким образом можно констатировать, что причиной возникновения трещины в металлическом изделии «Переход», изготовленной из низко­легированной стали 09Г2С, является загрязненность неметаллическими включениями и нарушение технологии его изготовления.

Список литературы:

1. Гуляев А.П. Металловедение: учеб. для вузов – М.: Металлургия, 1986.
2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: учеб. для вузов – М.: Машиностроение, 1990.
3. Материаловедение: учеб. для вузов / Под. общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003.
4. Гордеева Т.А., Жегина И.П. Анализ изломов при оценке надежности материалов. – М.: Машиностроение, 1978. – 200 с., ил.
5. Фрактография – средство диагностики разрушенных деталей / М.А. Балтер, А.П. Любченко, С.И. Аксёнова и др.; под общей редакцией М.А. Балтер – М.: Машиностроение, 1987. – 160 + (вкладка 1-112с.).:ил.