Полагали, что применение подходов структурной микромеханики разрушения [3,5,7] позволит установить закономерности зарождения и развития трещины в порошковой стали в зависимости от её пористости и температуры испытаний [2,4].
Цель работы – установить зависимость характеристик локального разрушения порошковых легированных сталей от различной степени пористости при понижении температуры испытаний.
Исследования проводили на стали, полученной в результате спекания частично-легированного порошка (0,013 % C; 4,02 % Ni; 0,53 % Mo; 1,49 % Cu; 0,007 S; 0,009 % P; 0,158 % O). Микроструктура спеченных сталей представляет собой смесь упрочняющих составляющих (бейнита и мартенсита), окруженных пластичным и вязким остаточным аустенитом, расположенным, в основном, в области межчастичных границ. Закалку, с целью предотвращения растрескивания, проводили в масло. Температура отпуска составляла 600 ºС. Проводили испытания образцов типа Шарпи с надрезами, а также с предварительно выращенными усталостными трещинами сосредоточенным изгибом и цилиндрических образцов диаметром 5 мм из порошковой стали с различной степенью пористости 9,8 – 30 % в диапазоне температур 77 – 293 К. Определяли критические коэффициенты интенсивности напряжений (sF) и сопротивление микросколу (sF) при различных температурах испытания и для различной степени пористости. Расчет сопротивления микросколу (sF) осуществляли с помощью метода конечных элементов [1].
Было установлено, что понижение температуры испытаний порошковой стали повышает сопротивление микросколу (sF), то есть локальное напряжение зарождения трещины, а повышение пористости от 9,8 – 30 % ведет к снижению уровня сопротивления микросколу (sF). В то же время известно, что сопротивление микросколу (sF) для сталей практически не зависит от температуры испытаний [3-5]. Таким образом, имеет место существенное отличие поведения порошковой стали от обычных сталей при хрупком разрушении, заключающееся в повышении сопротивления микросколу (sF) с понижением температуры испытаний.
Понижение температуры от 20º до –25 ºС приводит к резкому снижению критического коэффициента интенсивности напряжений sF. Дальнейшее понижение температуры испытаний до – 93 ºС не изменяет величины KIc для пористости 9,8–30 %. Поскольку критический коэффициент интенсивности напряжений характеризует сопротивление трещины ее развитию, следовательно в диапазоне температур –193ºС – –25ºC условия перехода трещины к катастрофическому росту не зависят от температуры. Увеличение пористости порошковой стали как при комнатной так и при температуре –193ºС приводит к снижению критического коэффициента интенсивности напряжений.
Таким образом, установлены основные закономерности влияния степени пористости и температуры испытаний на процессы локального разрушения (зарождения микротрещины) – сопротивление микросколу (σF) и сопротивление трещины ее развитию порошковых легированных сталей. Показано, что имеет место существенное отличие поведения порошковой стали от обычных сталей при хрупком разрушении, заключающееся в повышении сопротивления микросколу (σF) с понижением температуры испытаний.