ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ  ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРЕПЛЕНИЯ

О.Б. Бердник Berdnik; И.Н. Царева Tsareva; Л.А. Кривина Krivina; С.В. Кириков Kirikov; Ю.П. Тарасенко Tarasenko; М.К. Чегуров Chegurov

doi:10.32326/1814-9146-2021-83-2-207-219

О.Б. Бердник Berdnik Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
И.Н. Царева Tsareva Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
Л.А. Кривина Krivina Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
С.В. Кириков Kirikov Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
Ю.П. Тарасенко Tarasenko Институт проблем машиностроения РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», Нижний Новгород, Российская Федерация
М.К. Чегуров Chegurov Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2021-83-2-207-219

Ключевые слова: высокопрочные болты, фрактография, структура, сталь, механические свойства, твердость

Аннотация

Представлены результаты исследований структуры и физико-механических свойств материала элементов крепления (резьбовые метизы) с целью определения причин их разрушения при эксплуатации. Проведен фрактографический анализ изломов разрушенных болтов, который установил выраженные очаги зарождения трещин со следами замедленного хрупкого разрушения, что характерно для высокопрочных метизов, находящихся длительное время под высокой нагрузкой, близкой к пределу текучести. С помощью механических испытаний исследуемых элементов крепления определены повышенные значения пределов прочности. Проведены релаксационные испытания материала разрушенных болтов и выявлено повышенное значение предела микропластичности, отвечающего за начало протекания процессов пластической деформации в микрообъемах материала, а для материала целых метизов получено, что величина предела входит в допустимый интервал, причем средняя твердость материала всех изделий соответствует нормативным требованиям. Максимальный разброс твердости по Бринеллю в 70 HB зафиксирован на разрушенном болте. С использованием экспериментальных значений микротвердости проведены теоретические оценки коэффициента пластичности, характеризующего способность материала воспринимать упругие и пластические деформации. Получено, что для обеспечения достаточного уровня пластичности длительно работающего металлического материала коэффициент пластичности должен быть не менее 0,8. По результатам пошагового анализа микроструктуры образцов установлена неоднородность распределения карбидной фазы по поперечному сечению болтов. Методом рентгеноструктурного анализа установлен двухфазный состав стали (a-Fe+Fe3C), что подтверждает результаты микроструктурных исследований. По результатам проведенных исследований установлено, что разрушение произошло вследствие пониженной прочности и повышенной хрупкости материала из-за наличия микродефектов. Материал целых болтов по структуре и механическим свойствам соответствует нормативным требованиям.