Механические свойства и структура металла в локальных зонах концентрации напряжений изделий машиностроения

- 20 -

Основные публикации по диссертационной работе в журналах, рекомендуемых ВАК РФ:

1. , , Дубов масштабного фактора на результаты определения макротвердости материалов методом Бринелля // Технология металлов, 2008, № 8. С.49-52.

2. , , Дубов степени наклепа поверхности силового контакта ригелей пресса силой 750 МН после 50 лет эксплуатации // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 2009, № 10. С.42-44.

3. , , Марченков механических свойств металла в зонах концентрации напряжений изделий машиностроения // Технология металлов, 2009, № 6. С.19-22.

4. , , Марченков закономерности проявления масштабного фактора при определении прочности и твердости материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2010, № 8. С. 43-47.

5. , , Марченков фактор при определении твердости металлических материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2009, № 9. С.59-62.

6. , , Дубов склерометрии для оценки механических свойств локальных зон сварных соединений // Сварочное производство, 2010, № 1. С.32-34.

7. Matyunin V. M., Dubov A. A., Marchenkov A. Yu. Regularities in the Manifestation of the Scale Factor during Determination of the Strength and Hardness of a Metal/ Inorganic Materials, 2011, Vol.47, №15, pp. .

___________________________________________________________________________________

Подписано в печать 23.05.2013 г. Формат 60x84/16.

Печать офсетная. Усл. п. л. 1,25. Уч. - изд. л. 1.1

Тираж 100 экз. Заказ

__________________________________________________________________________________

Ротапринт МАДИ г. Москва, Ленинградский проспект, 64.

На правах рукописи

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

И СТРУКТУРА МЕТАЛЛА В ЛОКАЛЬНЫХ

ЗОНАХ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность - 05.16.09

Материаловедение (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013

- 2 -

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Университет «МЭИ» на кафедре «Технология металлов».

Научный руководитель	доктор технических наук, профессор кафедры «Технология металлов» НИУ МЭИ
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор, заведующий отделом экспертизы металлов им. Мельникова
	доктор технических наук, профессор кафедры «Механическое оборудование, детали машин, технология металлов» НИУ МГСУ
Ведущая организация:	-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (ГИАП)», г. Москва

Защита диссертации состоится «25» июня 2013 года в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.126.03 при Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ) г. Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

Телефон для справок: (4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан «24» мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.126.03, к. т.н., доцент

- 19 -

4. Установлено, что параметр деформационного упрочнения при вдавливании сферического индентора n (параметр Е. Мейера) и предельная равномерная деформация при растяжении YВРАС подобных образцов снижаются при уменьшении диаметра индентора и диаметра образца соответственно. Особенно сильно эти параметры начинают снижаться при переходе от макро - к мезо - и микроуровням деформирования металла.

5. Предложены условия подобия, при выполнении которых возможен пересчет характеристик твердости на характеристики прочности по единой зависимости на макро-мезо-микроуровнях деформирования металла. Такими условиями являются равенство площади поверхности отпечатка и абсолютного изменения площади поперечного сечения образца, а также равенство относительной пластической деформации при вдавливании и растяжении.

6. Разработана методика определения механических свойств металла ЗКН путем индентирования на мезо - микроуровнях с последующим пересчетом значений механических свойств на макроуровень по предложенным зависимостям. Предложены коэффициенты, учитывающие влияние масштабного фактора на определяемые значения характеристик твердости.

7. Выполнен спектральный, микроструктурный и электронномикроскопический анализы металла ЗКН. Выявлены полосы первичного и вторичного скольжения, измерены их длины и расстояния между ними. Определена степень деформационного упрочнения металла ЗКН экспериментальным путем по результатам микроиндентирования, а также расчетным путем по дислокационной модели Тейлора. Показано примерное совпадение экспериментальных и расчетных значений.

8. Выполнено опробование разработанной методики определения механических свойств металла в ЗКН лопаток и роторов паровых турбин, гибов паропроводов, поверхностей нагрева, шпилек, сварных соединений и других конструкций. Показано, что характеристики твердости, предел текучести, временное сопротивление, отношение предела текучести к временному сопротивлению металла ЗКН резко возрастают, а предельная равномерная деформация столь же резко снижается, в результате чего повышается склонность металла к хрупкому разрушению. Для более обоснованной оценки степени опасности ЗКН необходим совместный контроль механических свойств и микроструктуры металла. Количественными показателями степени опасности ЗКН могут быть значения отношения предела текучести к временному сопротивлению и предельной равномерная деформации.

9. Общее научно-практическое значение полученных результатов состоит в том, что они дают возможность:

- определения механических свойств металла в малых объемах на мезо - и микроуровнях деформирования (ЗКН, локальные зоны сварных соединений, покрытия различного назначения, пленки, поверхностные слои деталей, упрочненые различными способами обработки и др.), а также контроля наноматериалов, микро - и наноизделий;

- прогнозировать характеристики твердости для инденторов различного диаметра и характеристики прочности для подобных разрывных образцов различного диаметра;

- уточнять коэффициенты запаса при расчетах на прочность, используя значения характеристик прочности для образцов с поперечным сечением, равным поперечному сечению сплошных деталей;

- применять предложенную методику при входном контроле и в процессе эксплуатации изделий машиностроения.

- 18 -

использовать и в других целях, когда требуется определение механических свойств весьма малых объемов металла, например, тонких покрытий, пленок, отдельных зерен и их границ и др.

В качестве примера в таблице 4 приведены результаты определения механических свойств металла ЗКН лопатки паровой турбины К-300 Конаковской ГРЭС. Лопатка была изготовлена из стали 20Х13 и пробыла в эксплуатации около 40 лет. В таблице также приведены механические свойства металла той же лопатки вне ЗКН. Данные таблицы свидетельствуют о резком увеличении отношения s0,2/sВ металла ЗКН и снижении предельной равномерной деформации yв до критических значений. Металлографический анализ показал, что в месте расположения некоторых ЗКН образовались микротрещины, вследствие чего лопатка была демонтирована и заменена на другую.

Таблица 4. Результаты определения механических свойств металла в ЗКН и вне ЗКН лопатки паровой турбины из стали 20Х13 после 40 лет эксплуатации.

Механические свойства	Металл вне ЗКН	Металл в ЗКН
n	2,09	2,05
НВВ, Н/мм2 (кГ/мм2)	2	2992(305)
sВ, Н/мм2 (кГ/мм2)	883(90)	994(101)
s0,2, Н/мм2 (кГ/мм2)	716(73)	922(94)
s0,2 /sВ	0,81	0,93
YВ, %	8,3	4,8

Аналогичным образом были определены механические свойства металла ЗКН на гибах паропроводов диаметром 423х40 мм из стали 15Х1М1Ф. Результаты испытаний показали, что для металла ЗКН отношение s0,2/sВ и предельная равномерная деформация еще не достигли критических значений (s0,2/sВ = 0,86,
YВ = 5,5 %), хотя и выходят за рамки допускаемых значений этих характеристик, согласно нормативным документам. Несмотря на то, что металлографический анализ показал отсутствие трещин, структурно-механическое состояние металла в ЗКН приближается к предельно допустимому.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлено, что структурные зоны концентрации напряжений (ЗКН), образующиеся в процессе эксплуатации изделий машиностроения могут стать причиной зарождения трещин и очагом разрушения металла. Чаще всего ЗКН имеют малые размеры в диапазоне от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, что сильно усложняет контроль их механических свойств.

2. Показано, что образование ЗКН происходит путем концентрации полос скольжения вокруг неметаллических включений, карбидных частиц, границ зерен и других элементов структуры металла, а также дефектов металлургического и технологического происхождения, что приводит к резкому увеличению плотности дислокаций, твердости металла и его охрупчиванию.

3. Установлен и экспериментально подтвержден общий характер влияния масштабного фактора на изменения характеристик прочности стали при растяжении образцов различного диаметра и характеристик твердости при вдавливании сферических инденторов различного диаметра.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимостью определения механических свойств металла в зонах концентрации напряжений (ЗКН), являющихся источниками развития повреждений изделий машиностроения.

Причины возникновения ЗКН в изделиях машиностроения можно подразделить на металлургические, технологические, конструктивные и эксплуатационные. Отдельно следует выделить локальные структурные ЗКН, образующиеся в процессе изготовления или эксплуатации изделий под воздействием рабочих нагрузок, температуры, давления. В этих зонах происходят пластические сдвиги на разных масштабных уровнях. Как показывают экспериментальные исследования, локальные структурные ЗКН могут иметь размеры в пределах от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. При средних напряжениях в изделии ниже предела текучести в локальных ЗКН напряжения значительно возрастают, а в некоторых случаях достигают разрушающих напряжений, вызывая образование трещин.

Особую актуальность проблема определения механических свойств металла локальных ЗКН приобретает в настоящее время в связи с необходимостью оценки остаточного ресурса оборудования и конструкций во всех отраслях промышленности.

Анализ существующих видов механических испытаний материалов показал, что индентирование (твердометрия) является наиболее перспективным способом определения механических свойств локальных ЗКН. Однако трудности такого вида испытания состоят в том, что из-за малых размеров ЗКН для контроля механических свойств можно использовать только мезо-, микро-, наноиндентирование. Определяемые при этом значения мезо-, микро-, нанотвердости превосходят значения макротвердости из-за влияния масштабного эффекта. А существующие связи характеристик прочности, определяемых при растяжении образцов, с характеристиками твердости, определяемыми при индентировании, установлены для макроуровня деформирования металла. В справочниках, сертификатах на металл и машиностроительную продукцию значения твердости и других механических характеристик представлены по результатам испытаний также на макроуровне. Поэтому необходимо установить условия подобия и обосновать возможность пересчета характеристик прочности по характеристикам твердости на разных масштабных уровнях.

Таким образом, разработка методики определения механических свойств металла ЗКН непосредственно в элементах оборудования по характеристикам твердости на разных масштабных уровнях, представляется актуальной задачей.

Целью исследования является – разработка методики определения фактических механических свойств металла ЗКН непосредственно в элементах оборудования, используя возможность пересчета характеристик прочности по характеристикам твердости на разных масштабных уровнях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1.  Исследовать влияние масштабного фактора на механические свойства конструкционных материалов при растяжении образцов разного диаметра.

2.  Исследовать влияние масштабного фактора на твердость этих же конструкционных материалов, определенную методом Виккерса при изменении нагрузки вдавливания и на твердость, определенную методом Бринелля при изменении диаметра индентора.

3.  Выявить общие закономерности влияния масштабного фактора на характеристики прочности материалов, определенные испытаниями образцов на растяжение и характеристики твердости, определенные вдавливанием инденторов.

- 4 -

4.  Предложить условия подобия для сопоставления характеристик прочности с характеристиками твердости материалов в целях установления связи между ними на разных масштабных уровнях..

5.  Разработать методику определения механических свойств металла структурных ЗКН изделий машиностроения, возникающих в условиях эксплуатации.

6.  Исследовать микроструктуру металла ЗКН на разных масштабных уровнях.

7.  Оценить упрочнение металла ЗКН и критическое напряжение, необходимые для образования трещины, согласно дислокационным моделям.

8.  Провести экспериментальное опробование разработанной методики на различных элементах оборудования, находящегося в эксплуатации.

Методы исследования. В ходе выполнения диссертационной работы были применены современные методы и технические средства микроструктурного анализа, электронной микроскопии, спектроскопии, фрактографии со стереоизображением в формате 3D, определения механических свойств металла растяжением и индентированием на разных масштабных уровнях.

Научная новизна полученных результатов.

Установлено, что параметр деформационного упрочнения при вдавливании сферических инденторов и предельная равномерная деформация при растяжении подобных цилиндрических образцов снижаются при уменьшении диаметра индентора и диаметра образца. Особенно сильно эти параметры снижаются при переходе от мезо - к микроуровням деформирования металла.

Установлен и экспериментально подтвержден общий характер влияния масштабного фактора на изменение характеристик прочности стали при растяжении образцов различного диаметра и характеристик твердости при вдавливании сферических инденторов различного диаметра. Предложены условия подобия, при выполнении которых возможен пересчет характеристик твердости на характеристики прочности по единой зависимости на макро-, мезо-, микроуровнях деформирования металла. Такими условиями являются равенство поверхности отпечатка и абсолютного изменения площади поперечного сечения образца, а также равенство относительной пластической деформации при вдавливании и растяжении.

Разработана методика определения механических свойств металла ЗКН путем индентирования на мезо-микроуровнях с последующим пересчетом значений механических свойств на макроуровень по предложенным зависимостям.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методик, приборов, оборудования, вычислительной и информационно-измерительной техники, сравнением и достаточно точным совпадением предложенных аналитических и расчетных зависимостей с экспериментальными данными.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

Разработанная методика определения механических свойств металла ЗКН на мезо-микроуровнях индентирования расширяет возможности оперативного контроля и дополняет ценными сведениями оценку фактического структурно-механического состояния металла элементов конструкций и машин в условиях эксплуатации. Для повышения эффективности методики необходимо дополнять ее анализом микроструктуры металла с использованием метода пластических реплик.

Практическое опробование методики выполнено на следующих узлах энергетического и нефтяного оборудования:

- гибы и лопатки паропроводов энергоблока №4 Конаковской ГРЭС;

- шпильки фланцевого соединения пароперепускных труб ЦВД турбины
ПТ-60-130/13 Дягилевской ТЭЦ;

- трубы конвективного пароперегревателя КПП «ИнтерРАО»;

- 17 -

НV10=HV0,1/b. Учитывая близость значений твердости по Виккерсу и Бринеллю на макроуровне можно принять НV10» НВ2,5 и оценить sВ=f(HB2,5).

Для обоснования возможности использования коэффициентов b1 и b2 при определении механических свойств металла ЗКН были проведены следующие эксперименты. Сталь 45 была термически обработана по двум режимам: 1-й режим – закалка 850оС и низкий отпуск 200оС; 2-й режим – закалка 850оС и высокий отпуск 600оС. В результате такой обработки структурно-механическое состояние стали резко различалось. После 1-го режима термообработки структура стали состояла из мартенсита отпуска и имела высокий уровень остаточных напряжений и твердости. После 2-го режима термообработки сталь приобрела структуру сорбита отпуска зернистого строения, остаточные напряжения и твердость резко снизились. На микрошлифе из этой стали, обработанной по двум режимам, были определены значения n2,5, n0,4, (HBB)2,5, (НВВ)0,4, b1, b2 (см. таблицу 3).

Таблица 3. Значения n, НВВ, b1, b2 для стали 45 в различном структурно-механическом состоянии, определенные на разных размерных уровнях.

Термическая обработка	D = 0.4 мм	D = 2.5 мм	b1	b2
n0,4	(НВВ)0,4	n2,5	(НВВ)2,5
Н/мм2	кГ/мм2	Н/мм2	кГ/мм2
Закалка 850°С, отпуск 200°С	2.02	5788	590	2.06	5121	522	1.020	1.130
Закалка 850°С, отпуск 600°С	2.06	2511	256	2.10	2207	225	1.019	1.138

Как следует из таблицы 3 значения b1 и b2 оказались примерно одинаковыми независимо от структурно - механического состояния стали 45. Аналогичные результаты были получены и для стали 30ХГСА, термически обработанной по таким же двум режимам. Таким образом, проведенные эксперименты позволяют сделать вывод о том, что предложенные коэффициенты b1 и b2, учитывающие влияние масштабного фактора, могут быть использованы для одного и того же материала независимо от его структурно-механического состояния. Из этого следует, что предложенную методику можно применить для определения механических свойств металла ЗКН.

Основные этапы применения методики:

- уточнение границ и контуров ЗКН по результатам неразрушающего контроля (например, акустическим или магнитным методами) и измерений микротвердости; маркировка ЗКН и выбранных мест испытаний для определения механических характеристик;

- подготовка поверхности металла ЗКН и вне ЗКН для металлографического анализа; снятие пластических реплик с контролируемых мест;

- испытания металла вне ЗКН и в ЗКН индентированием на микро-мезо-макроуровнях с определением механических характеристик;

- анализ микроструктуры и механических свойств металла в ЗКН и вне ЗКН;

- принятие решений о структурно-механическом состоянии металла в ЗКН.

Методика была опробована на гибах паропроводов, поверхностях нагрева котлоагрегатов, лопатках и роторах турбин, шпильках, а также на изделиях установок нефтедобычи, на которых были обнаружены локальные ЗКН. Кроме того, методика была использована для определения механических свойств металла в локальных зонах сварных соединений (зона термического влияния, линия сплавления и др.), в которых испытания можно проводить только микроиндентированием. Методику можно

- 16 -

Таблица 2. Механические характеристики металла в ЗКН и вне ЗКН трубы 36х5 мм из стали ДИХ13Г12БС2Н2Д2).

HV, кГ/мм2 вне ЗКН	HV, кГ/мм2 в ЗКН	b	sв, Н/мм2 (кГ/мм2) вне ЗКН	sВ, Н/мм2 (кГ/мм2) в ЗКН	Dsв, Н/ мм2 (кГ/ мм2) в ЗКН
Макроуровень	1,102	Макроуровень
176 НV10	260 НV0,1		840,8 (85,8)	272,8 (27,8)
Микроуровень
194 НV0,1	286 НV0,1

В пятой главе «Разработка методики определения механических свойств металла ЗКН » рассматриваются основные положения методики и ее практическое опробование на реальных деталях и конструкциях.

За основу методики взята методика МЭИ, которая используется на макроуровне при индентировании сферическими инденторами диаметром 2,5 и 10 мм. Для применения этой методики на мезо-и микроуровнях индентирования в целях определения механических свойств металла локальных структурных ЗКН необходимо учитывать влияние масштабного фактора на результаты индентирования индентором диаметром менее 1 мм. Для этого можно воспользоваться установленными зависимостями характеристик твердости металла от диаметра индентора и характеристик прочности от диаметра образца, а также предложенными условиями подобия, обеспечивающими испытания металла вдавливанием и растяжением на одном масштабном уровне. Для реализации методики можно использовать переносной аттестованный прибор МЭИ-Т7, оснастив его инденторами диаметром D=0,4 мм для индентирования на мезо-и микроуровнях и диаметром D= 2,5 мм для индентировании на макроуровне. Методика предусматривает двукратное вдавливание под разными нагрузками инденторов диаметром D=0,4 мм и D=2,5 мм в металл, расположенный вне ЗКН, и двукратное вдавливание индентора диаметром D=0,4 мм в металл, расположенный в ЗКН. Для повышения локальности индентирования рекомендуется вдавливать каждый индентор под разными нагрузками в одну и ту же точку поверхности металла. Максимальная нагрузка вдавливания составляет 4,8 кГ для D=0,4 мм и 187,5 кГ для D=2,5 мм, что соответствует степени нагружения Р/D2=30 кГ/мм2 (294 Н/мм2) согласно ГОСТ 9012-59. Этих испытаний достаточно для определения следующих механических характеристик металла вне ЗКН при вдавливании инденторов диаметром D=0,4 мм и D=2,5 мм: a, n, НВВ = f(a, n, D), sВ=f(HBB), k= s0,2/sB=f(n). Эти же механические характеристики определяются для металла ЗКН при вдавливании индентора диаметром D=0,4 мм. Затем для металла вне ЗКН рассчитываются коэффициенты, учитывающие влияние масштабного фактора;
b1 =n2,5/n0,4 и b2=(НВВ)0,4/(НВВ)2,5 (индексы 0,4 и 2,5 означают диаметры инденторов, мм). Зная b1 и b2, можно рассчитать для металла ЗКН следующие механические характеристики на макроуровне индентирования: n2,5=b1n04, (HBB)2,5=(HBB)0,4)/b2, sB=f(HBB)2,5 , k=s0,2/sB=f(n2,5), s0,2=ksB, YВ=f(n2,5).

Если задача состоит в приближенной экспресс-оценке на макроуровне только НВ2,5 и sв металла ЗКН, то методика упрощается и сводится к определению НВ0,4, НВ2,5, b2=НВ0,4/HB2,5 для металла вне ЗКН, а затем по НВ0,4 и b2,
НВ2,5= НВ0,4/b2, sВ=f(HB2,5) для металла в ЗКН. При невозможности использования для металла ЗКН индентора диаметром D=0,4 мм из-за размеров отпечатков, превосходящих протяженность ЗКН, можно ограничиться определением микротвердости НV0,1 и макротвердости НV10, оценить для металла вне ЗКН коэффициент b=НV0,1/ НV10, а затем рассчитать для металла ЗКН макротвердость

- 5 -

- прутки диаметром 22 мм для изготовления валов электроцентробежных насосов нефтедобычи (ЭЦН).

На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1.  Условия подобия для определения характеристик прочности металла растяжением образцов и характеристик твердости вдавливании сферического индентора на одном масштабном уровне.

2.  Общие закономерности и зависимости влияния масштабного фактора на характеристики прочности и твердости.

3.  Методика определения механических свойств металла ЗКН путем индентирования на мезо - и микроуровнях с последующим пересчетом значений механических свойств на макроуровень по предложенным зависимостям.

4.  Результаты исследования микроструктуры металла ЗКН, оценка упрочнения металла ЗКН индентированием и расчетом по дислокационной модели Тейлора.

5.  Экспериментальное обоснование предложенной методики для определения механических свойств металла ЗКН, образовавшихся на различных узлах энергооборудования и изделий установок нефтедобычи.

Апробация диссертационной работы.

Основные результаты диссертационной работы представлены на:

- четырех международных научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Москва, МЭИ (ТУ), 2009, 2010, 2011, 2012 гг.;

- третьей международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов», Москва, ИМЕТ РАН, 2009 г.;

- 18-ой Всероссийской конференции и Международной специализированной выставке приборов и оборудования для неразрушающего контроля и технической диагностики в промышленности. Н. Новгород, НГТУ, 30.09 – 02.10.2008 г.;

- научный семинар кафедры «Металловедения и термообработки» Московского автомобильно-дорожного Государственного Технического Университета, 2013 г.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит
136 страниц текста, 45 рисунков, 9 таблиц и 122 наименования цитированной литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование необходимости определения механических свойств металла ЗКН, являющихся источниками развития повреждений при эксплуатации оборудования и конструкций. При средних напряжениях в элементах конструкций ниже предела текучести напряжения в ЗКН могут сильно возрастать, а в некоторых случаях и достигать разрушающих значений.

В первой главе «Зоны концентрации напряжений (ЗКН) и их влияние на механические свойства и прочность металла изделий машиностроения» выполнен анализ причин и механизмов возникновения ЗКН и их влияния на надежность изделий в процессе эксплуатации

Рассмотрены основные виды металлургических и технологических дефектов, возникающих в процессе изготовления изделий, являющихся источниками образования ЗКН. Технологические и металлургические дефекты в локальных ЗКН изделий создают высокий уровень остаточных напряжений и при неблагоприятных сочетаниях с напряжениями от рабочей нагрузки могут привести к образованию трещин.

- 6 -

На основе положений материаловедения и механики разрушения, изложенных в работах , , Тейлора, Орована, Зинера, Стро, Екобори и других исследователей рассмотрены механизмы образования ЗКН. В частности, показано, что на начальном этапе развития повреждений в ЗКН возникают устойчивые полосы скольжения на уровне отдельных структурных элементов (на уровне напряжений III рода). По мере накопления поврежденности металла в ЗКН в результате взаимодействия структурных элементов происходит формирование напряжений II рода и затем напряжений I рода, уравновешивающихся в объеме изделия.

Показано значительное различие микротвердости металла локальных ЗКН и вне их. В локальных ЗКН под действием рабочих нагрузок формируется максимальная плотность дислокаций и, соответственно, максимальный уровень деформаций и напряжений. Дана оценка размеров ЗКН в объеме изделия.

Во второй главе «Масштабный эффект при определении механических свойств материалов» исследовано влияние масштабного фактора на прочность и твердость материалов.

Масштабный эффект рассматривается как физическое явление, состоящее в изменении свойств материалов под действием масштабного фактора. Масштабный фактор, как причина проявления размерного эффекта, состоит в изменении размеров образцов, зоны пластической деформации, деформируемого объема, элементов структуры и субструктуры материалов и др. Параметрами масштабного фактора могут быть линейные (длина, ширина, толщина), плоские (площади поверхностей, сечений), объемные (исходный, деформируемый, смещенный) исследуемого объекта, образца, элементов структуры, зоны пластической деформации и др.

Масштабный фактор проявляется при различных видах механических испытаний материалов. О влиянии масштабного фактора на механические свойства материалов известно давно. Систематические исследования такого влияния были проведены в работах , и Журкова, , и , , Atkinson M. J.,, и др. В настоящее время в связи с бурным развитием наноматериаловедения и нанотехнологий возрос научно-практический интерес к масштабному эффекту. Масштабный эффект стали рассматривать более широко с анализом влияния не только геометрических параметров образцов, но и очага пластической деформации, структуры и субструктуры материала. Особый интерес представляет влияние масштабного фактора на характеристики прочности материала, определяемые испытаниями образцов на растяжение, и на характеристики твердости, определяемые вдавливанием инденторов. Это объясняется тем, что испытания на растяжение и твердость (вдавливанием индентора) являются наиболее распространенными видами механических испытаний, а в расчетах на прочность деталей и конструкций чаще всего используют значения механических характеристик материала, определяемые растяжением. Учитывая наличие связи прочности и твердости, имеется возможность взаимного пересчета этих механических характеристик, что позволяет не только упростить процесс контроля, но и оценить механические свойства материала индентированием непосредственно на изделиях машиностроения. На этом основании разработаны безобразцовые методы определения механических свойств материалов по характеристикам твердости (научные школы профессоров , и др.). Однако известные связи характеристик прочности и твердости металла были установлены на макроуровне, а при переходе на микро - и наноуровни эти характеристики возрастают и тем в большей мере, чем меньше деформируемые объемы металла. Так, например, значения

- 15 -

а) (х100). б) (х1000).

Рис.7. Микроструктура стали ДИ-59 с ЗКН (темная полоса) (а) и скопление полос скольжения в ЗКН (б)

Научно-практический интерес представляет оценка деформационного дислокационного упрочнения металла по модели Тейлора, а также напряжения необходимого для появления трещины по модели Зинера-Стро.

Согласно Тейлору деформационное упрочнение при скоплении дислокаций можно оценить по следующей формуле

Dt = [G b / (2pk)] Ör,

где Dt - степень упрочнения в касательных напряжениях; G – модуль сдвига:
b –вектор Бюргерса; r - плотность дислокаций k » 1.

По исследованиям с сотрудниками и , плотность дислокаций в ЗКН может достигать r = 1010 – 1011 см -2. Принимая r = 1010 см -2,
G = 89000 Н/мм2, b = 3*10-7 мм, можно получить по формуле Тейлора Dt = 134,4 Н/мм2 (13,7 кГ/мм2) или в нормальных напряжениях Ds = 268,8 Н/мм2 (27,4 кГ/мм2), что примерно совпадает с приращением временного сопротивления Dsв, определенном методом твердости (см. таблицу 2).

Согласно модели Зинера-Стро критическое напряжение τК, вызывающее появление трещины, можно оценить по формуле:

τК = {3πGg / [8(1-n) L]}1/2,

где g - поверхностная энергия; n - коэффициент Пуассона; L – длина полосы скольжения.

Принимая G = 89000 Н/мм2, g = 0,002 Н/мм, L = 0,015 мм (измеренное значение), n=0,28, можно получить τК = 139,3 Н/мм2 (14,2 кГ/мм2) или sК = 278,6 Н/мм2 (28,4 кГ/мм2).

Следует отметить, что в области некоторых ЗКН произошло локальное мартенситное превращение под воздействием технологических факторов в процессе изготовления труб из данной стали аустенитного класса. Мартенситное превращение можно рассматривать в данном случае как дополнительный сдвиг локального объема металла с одновременным g ® a превращением. Подтверждением образования a-фазы является локальное появление намагниченности металла в ЗКН.

Из представленных выше результатов определения прироста напряжения в ЗКН, а также напряжения, необходимого для образования трещины, полученных расчетно-экспериментальным путем, следует их примерное совпадение.

- 14 -

аномальный эффект установлен также и для зависимости Холла-Петча, согласно которой твердость и предел текучести должны увеличиваться с уменьшением размера зерна, однако, при очень малых размерах нанозерен (порядок 10-20 нм) эти механические характеристики начинают снижаться, на что было обращено внимание в работах А. Н. Chockshi, A. Rosen (1989 г.), ,
(1994 г.), (2005 г.), Meyers, A. M. Michra, D. J.Benson (2006 г.), и других исследователей. По мнению , основные причины такой аномалии заключаются в изменении механизма пластической деформации при доминирующей роли зернограничного проскальзывания или за счет образования и движения точечных дефектов и их кластеров.

Если рассматривать общие причины проявления масштабного эффекта, то для их объяснения используются такие подходы, как статистический (вероятность нахождения дефектов в объеме образца или детали), структурно-механический (неоднородность структуры, свойств материала, распределения напряжений и деформаций по сечению образца или объему детали), энергетический (различие в запасе упругой энергии) и др. На каждом размерном уровне первостепенные причины проявления масштабного эффекта различаются. Для микро - и наноуровней решающую роль приобретают такие факторы, как состояние поверхностного слоя, поверхностная энергия, смена механизма пластической деформации, увеличение скорости деформации и др.

В четвертой главе «Исследование структуры и упрочнения металла в локальных ЗКН» приведены результаты исследований микроструктуры металла ЗКН с использованием макро-и микроструктурного анализа и электронной микроскопии. В качестве объекта исследования были взяты отрезки труб Æ 36х5 мм из стали ДИХ13Г12С2Р2Д2) котлоагрегата En5БТ. При опрессовке были выявлены течи на прямолинейных участках этих труб. Исследование микроструктуры металла в местах протечек показало, что трещина возникает в области внутреннего дефекта. Этот дефект технологического происхождения явился местом скопления полос скольжения. Анализ скопления полос скольжения в ЗКН выполнялся с помощью растрового электронного микроскопа «TESCAN MIRA LMU». При увеличении в 1000 и более раз можно было увидеть пересекающиеся полосы первичного и вторичного скольжения, измерить их длину и расстояния между ними. На рис.7, а представлена микроструктура стали ДИ-59 в поперечном сечении трубы с дефектом (темная линия) и скопление полос скольжения у этого дефекта (рис.7,б). Эта зона скопления полос скольжения является типичным примером структурной ЗКН. Общая ширина области скопления полос составила » 150 мкм, а длина »1200 мкм. Средняя длина отдельных полос составила » 15 мкм, а расстояние между ними » 0,5 мкм. После анализа полос скольжения были выполнены испытания индентированием с определением значений микро и макротвердости металла вне ЗКН и микротвердости в ЗКН (см табл.2). Для металла вне ЗКН оценен коэффициент влияния масштабного фактора b1=НV0,1/HV10, используя который можно было рассчитать макротвердость металла в ЗКН HV10 = HV0,1/g1. Принимая примерно равными значения НV и НВ на макроуровне, по значениям НВ можно было оценить sВ металла в ЗКН и вне ЗКН на макроуровне по приближенной зависимости sВ= 0,33 НВ (см. табл. 2). Приращение Dsв в ЗКН за счет деформационного упрочнения составило 272,8 Н/мм2 (27,8 кГ/мм2).

- 7 -

микротвердости металла могут превосходить значения макротвердости этого же металла в 1,5 – 2 раза в зависимости от величины нагрузки вдавливания, а следовательно и от деформируемого объема. Предел текучести и временное сопротивление металла, определенные на микрообразцах диаметром 1 мм и менее, также возрастают в сравнении с этими же механическими характеристиками, определенными на макрообразцах диаметром 6-10 мм. В связи с этим возникает вопрос о возможности пересчета характеристик прочности по характеристикам твердости на разных масштабных уровнях. Ответ на этот вопрос можно получить, располагая закономерностями изменения твердости и прочности металла при переходе от одного масштабного уровня к другому.

В настоящем разделе диссертационной работы были выполнены эксперименты и исследования по влиянию масштабного фактора на характеристики твердости, определяемые вдавливанием пирамиды под разными нагрузками, и вдавливанием сферических инденторов различного диаметра при условии равенства угла вдавливания (отношения диаметра отпечатка к диаметру индентора). Если за критерий масштабного уровня выбрать глубину отпечатка, то эти уровни можно условно разграничить следующим образом. Наноуровень соответствует глубинам отпечатка менее 0,1 мкм (100 нм), микроуровень – 0,1…1 мкм, мезоуровень –
1…10 мкм, макроуровень > 10 мкм.

Для исследования влияния масштабного фактора на твердость, определяемую методами Виккерса и Бринелля, были взяты три образцовые стальные плитки, поверхности которых обрабатывались электролитным способом для снятия поверхностного наклепа. Плитки имели различный уровень макротвердости по Виккерсу, определенной под нагрузкой 5 кГ и с выдержкой под нагрузкой 10 с: плитка I - HV5/10 160, плитка II – HV5/10 200, плитка III – HV5/10 260. Причем эти же плитки имели примерно такие же значения макротвердости по Бринеллю, определенные вдавливанием индентора диаметром D = 2,5 мм под нагрузкой 187,5 кГ и с выдержкой под нагрузкой 10 с: плитка I – НВ2,5/187,5/10 162, плитка II – НВ2,5/187,5/10 205, плитка III – НВ2,5/187,5/10 262. При определении твердости по методу Бринелля были изготовлены сферические и сфероконические инденторы с радиусами скругления при вершине R = 0,05 – 5 мм (диаметром D = 0,1 – 10 мм). Вдавливание пирамиды и сферических инденторов с R = 0,05 - 2,5 мм проводили на аттестованном приборе МЭИ-Т7, снабженном сменными силовыми пружинами в зависимости от уровня нагрузки вдавливания и микроскопом МПВ-1 для измерения диаметров отпечатков. Вдавливание инденторов с R = 1,5 - 5 мм проводили на универсальной машине «Instron -5982» в режиме нагружения сжатием.

Следует отметить, что при вдавливании пирамиды под разными нагрузками соблюдается условие геометрического подобия за счет постоянства угла a между гранями или ребрами в вершине пирамиды (рис. 1). При вдавливании сферического индентора одного диаметра под разными нагрузками нарушается условие геометрического подобия за счет изменения угла вдавливания j, однозначно связанного с отношением d/D = sin (j/2) (рис. 2). Поэтому сравнивать значения твердости по Бринеллю, определяемые вдавливанием сферических инденторов различного диаметра, необходимо при d/D = const. Известно, что при увеличении нагрузки вдавливания на один и тот же сферический индентор происходит увеличение твердости по Бринеллю до некоторого максимального значения, которое затем стабилизируется в некотором интервале d/D. Для многих конструкционных материалов выход твердости НВ на максимальное значение НВВ происходит при d/D близком к 0,375. Степень нагружения P/D2, при которой НВ = НВВ, зависит от уровня твердости материала и регламентирована ГОСТ 9012-59. Для конструкционных машиностроительных материалов P/D2 = 30 кГ/мм2 (294 Н/мм2).

- 8 -

Рис.1. Схема, иллюстрирующая условие геометрического подобия при вдавливании пирамиды и влияние масштабного фактора на твердость по Виккерсу HV.

Рис.2. Схемы, иллюстрирующие условие геометрического подобия при вдавливании сферического индентора и влияние масштабного фактора на твердость по Бринеллю НВ.

Таким образом, выявление масштабного фактора при вдавливании сферических инденторов различного диаметра возможно или при сравнении максимальных значений твердости НВВ или при сравнении значений твердости, определенных при d/D = const. Если выбранная степень нагружения обеспечивает получение НВВ, то можно сравнивать НВ при P/D2 = const.

При определении микротвердости металла подготовленных плиток вдавливанием пирамиды минимальная нагрузка вдавливания составляла 10Г. Испытания проводились на автоматизированных микротвердомере Buehler Micromet 2500 и твердомере Instron Tukon. На рис. 3, а представлены в графическом виде результаты определения твердости по Виккерсу для трех контрольных плиток при различных нагрузках вдавливания P.

а) б)

Рис.3. Изменения HV в зависимости от P (а) и в зависимости от 1/d (б).

Как следует из рис. 3 резкое повышение твердости HV начинается при нагрузке P < 0,5 кГ (область микротвердости). Анализ зависимостей HV – P, представленных на

- 13 -

а) б)

Рис.6. Изменения s0,2, sВ, YВ в зависимости от d0 (а) и изменения НВ0,2, НВВ, n в зависимости

от D (б).

Следует отметить, что полученные результаты дают возможность оценить безобразцовым способом по характеристикам твердости значения механических характеристик одного и того же материала для образца заданного диаметра (поперечного сечения). А в расчетах на прочность использовать такие значения механических характеристик, которые соответствуют поперечному сечению образца, близкому к поперечному сечению сплошной детали. Это позволяет более обоснованно выбрать коэффициент, учитывающий влияние масштабного фактора, при расчетах деталей и конструкций на прочность.

Другой важный вывод заключается в том, что, несмотря на резкое изменение механических характеристик при растяжении и вдавливании в зависимости от размерных параметров, значения отношений s0,2/НВ0,2 и sВ/НВВ изменяются незначительно и примерно равны 1/3. Это свидетельствует о том, что связь между характеристиками прочности при растяжении образцов и характеристиками твердости при вдавливании инденторов остается одинаковой по крайней мере на макро - и мезоуровнях деформирования при соблюдении предложенных условий подобия. Однако полученных результатов недостаточно для того, чтобы распространить этот вывод на микроуровень. В связи с этим были проведены испытания проволочных образцов диаметром 350 мкм. Эти образцы предварительно отжигались при 850°С для снятия наклепа, а затем испытывались на растяжение. Для испытаний вдавливанием проволочных образцов изготовлялись специальные микрошлифы. Для этого отрезки проволок помещались в цилиндрическую обойму, заполненную разогретым и размягченным полистиролом. Продольные оси отрезков выдерживались перпендикулярно основанию цилиндра. После затвердевания полистирола торцы проволок, расположенные в одной плоскости, фрезеровались, шлифовались и полировались. В результате такой подготовки можно было вдавливать инденторы малого диаметра в торцы проволочных образцов. Расчеты показали, что и для проволочных образцов с d0 = 0,30 мм, значения отношений s0,2/НВ0,2 и sВ/НВВ оказались также примерно равными 1/3(см. таблицу 1).

Можно предположить, что выявленные закономерности сохраняются и на наноуровне. Однако для проверки этого предположения необходимо провести испытания металла на растяжение и вдавливание на этом масштабном уровне. В настоящей работе такая задача не ставилась. Вместе с тем следует отметить, что на наноуровне может проявляться аномальное явление, заключающееся не в увеличении характеристик прочности и твердости металла, а, наоборот, в их снижении. Такой

- 12 -

выполненные эксперименты, параметр n также изменяется при изменении D; происходит снижение n при уменьшении D и тем в большей степени, чем меньше D. Установлено, что такой же характер изменения наблюдается и для YВВД, которое также снижается при уменьшении d0. Таким образом, параметры упрочнения n, YВВД при вдавливании и YВРАС при растяжении не являются константами материала, а уменьшаются при уменьшении D и d0. Следствием такого изменения параметров упрочнения является сближение значений НВ0,2 и НВВ при уменьшении D и сближение значений s0,2 и sВ при уменьшении d0. Известно, что при отношении s0,2/sВ, близком к 1, происходит снижение способности материала к деформационному упрочнению, резкое снижение предельной равномерной деформации и повышение склонности к хрупкому разрушению.

Масштабный фактор оказывает влияние не только на значения характеристик прочности и твердости, но и на форму диаграмм растяжения и вдавливания. На рис. 5 представлены диаграммы растяжения «условное напряжение s - относительное сужение YРАС» для образцов диаметром 10, 1.37, 0,62 мм из стали 20 и диаграммы вдавливания той же стали « контактное напряжение по Бринеллю НВ - относительная деформация при вдавливании YВД» для инденторов диаметром 10, 1, 0,4 мм.

а) б)

Рис.5. Диаграммы растяжения (а) и вдавливания (б) стали 20. Диаметры образцов: мм, 2)- 1,37 мм, 3)- 0,62 мм. Диаметры инденторов: 1)-10 мм,2)-1 мм, 3)-0,4 мм

Диаграммы получены в пластической области деформирования в интервале от s0,2 до sВ при растяжении и от НВ0,2 до НВВ при вдавливании. Видна явная аналогия диаграмм растяжения и вдавливания, при этом с уменьшением D и d0 диаграммы располагаются выше, а их выход на sВ и НВВ происходит при меньших значениях YВРАС и YВВД.. Более того значения YВРАС» YВВД.

Более наглядное представление об изменении исследуемых механических характеристик стали 20 при растяжении и вдавливании можно получить из рис. 6. Зависимости, аналогичные изображенным на рис.6, были получены и для других марок стали с разным уровнем прочности и твердости.

- 9 -

рис. 3, а показал, что при перестройке их в координаты HV – 1/d (d – диагональ отпечатка) получаются практически прямолинейные зависимости (рис. 3, б) следующего вида:

HV = HV5 + k (1/d), (1)

где k – постоянный коэффициент для данного материала, имеющий размерность кГ/мм.

Для определения коэффициента k достаточно выполнить всего два вдавливания пирамиды под разными нагрузками.

Характер изменения твердости по Бринеллю НВ в зависимости от диаметра индентора D при P/D2 = 30 кГ/мм2 (294 Н/мм2) для трех контрольных плиток показан на рис. 4, а. Как следует из этого рисунка твердость НВ постепенно возрастает при уменьшении D. При D < 0,4 мм масштабный уровень испытаний перемещается в область микроиндентирования и происходит более резкое увеличение НВ. Если представить зависимости, показанные на рис. 4, а, в координатах НВ – 1/D, то они становятся также практически прямолинейными при изменении 1/D от 0,4 до 10 (1/мм) (рис. 4, б) и могут быть аппроксимированы следующим уравнением:

НВ = НВ2,5/187,5/5 + k1 (1/D), (2)

где k1 – постоянный коэффициент для данного материала, имеющий размерность кГ/мм.

а) б)

Рис 4. Изменения НВ в зависимости от D (при P/D2 = 294 H/мм2) (а) и в зависимости от 1/D (б).

В третьей главе «Общие закономерности влияния масштабного фактора на прочность и твердость материалов» изложены результаты исследований по влиянию масштабного фактора на изменение характеристик прочности стали при растяжении образцов и характеристик твердости при вдавливании сферических инденторов. Цель этих исследований заключалась в установлении общих закономерностей изменения характеристик прочности и твердости на разных масштабных уровнях. Были выполнены испытания по определению предела текучести, временного сопротивления, предельной равномерной деформации при растяжении подобных образцов различного диаметра, а также твердости на уровне предела текучести и твердости на уровне временного сопротивления при вдавливании сферических инденторов различного диаметра. Однако, прежде всего были предложены следующие два условия подобия для обоснованного сопоставления характеристик прочности и твердости на разных масштабных уровнях. Первое условие обеспечивает одинаковые

- 10 -

масштабные уровни при деформировании материала растяжением и вдавливанием:

DF = М, (3)

где DF – абсолютное изменение площади поперечного сечения образца при растяжении; М – площадь поверхности отпечатка при вдавливании индентора.

Второе условие обеспечивает одинаковые относительные пластические деформации при растяжении и вдавливании:

YРАС. = YВД., (4)

где YРАС.– относительное сужение образца при растяжении в области равномерной деформации; YВД.–относительная пластическая деформация при вдавливании индентора.

Для выполнения второго условия необходимо было использовать сферический индентор, который позволяет получать различные значения пластической деформации за счет изменения угла вдавливания в процессе одного нагружения. Для получения различных значений пластической деформации при вдавливании пирамиды необходимо использовать набор инденторов с разными углами при вершине. Кроме того, следует отметить, что при малых глубинах внедрения пирамиды, например на наноуровне, индентирование происходит фактически сферическим индентором.

Средняя условная пластическая деформация при вдавливании сферического индентора YВД оценивалась по следующей формуле:

YВД = М/Мо = t/R, (5)

где Мо – половина поверхности шара; t – глубина отпечатка; R – радиус индентора.

Уравнения (3) – (5) позволяют получить связь диаметра индентора D и начального диаметра образца при растяжении dо, при которых выдерживаются предложенные условия подобия:

D = 0,707 d0; d0 = 1,414 D. (6)

Для экспериментов были подобраны прутки из углеродистых сталей марок 20, 30, 45 диаметром 20 мм. От прутков отрезались шайбы для испытаний на вдавливание и заготовки для изготовления образцов на растяжение. Диаметры образцов находились в диапазоне d0 = 0,6мм и были примерно выдержаны в соответствии с условием (6) в зависимости от соответствующих диаметров инденторов D = 0,4 – 10 мм. Рабочие поверхности шайб и образцов подвергались электролитической обработке для снятия наклепа, полученного при механической обработке. Испытания на растяжение выполнялись на универсальной машине «Инстрон», позволяющей менять шкалы нагрузок в зависимости от d0. При растяжении были определены не только предел текучести s0,2, временное сопротивление sВ, но и предельное равномерное сужение YВРАС, абсолютное изменение площади поперечного сечения образца на уровне предела текучести DF0,2 и на уровне временного сопротивления DFВ (см. таблицу 1).

При вдавливании инденторов различного диаметра были определены параметры a и n в уравнении Е. Мейера, параметр A = а D n-2, твердость на пределе текучести НВ0,2, твердость на уровне временного сопротивления НВВ (максимальная твердость)

- 11 -

и соответствующая ей деформация YВВД, площади поверхностей отпечатков на уровне предела текучести M0,2 и на уровне временного сопротивления МВ.

Значения НВ0,2 и НВВ были определены по методике, разработанной в МЭИ и рассчитывались по следующим формулам:

НВ0,2 = (2А/p) [(d/D)n0,2)/Y0,2ВД]; НВв = (2А/p) [(d/D)nВ)/YBВД], (7)

где (d/D)0,2 – относительный диаметр отпечатка, соответствующий НВ0,2 при деформации Y0,2ВД=0,002; (d/D)В – относительный диаметр отпечатка, соответствующий НВВ при деформации YВВД.

Между (d/D)В и параметром упрочнения n существует однозначная связь:

(d/D)В = [n(n-2)]1/2 / (n-1). (8)

Из формул (5) и (8) следует:

YВВД = (n-2)/(n-1). (9)

Таблица 1. Результаты определения механических характеристик стали 20 растяжением образцов различного диаметра d0 и вдавливанием инденторов различного диаметра D (радиуса R)

Растяжение	d0, мм	14,18	10,11	7,01	5,69	4,34	3,45	2,71	1,37	0,62	0,30*
s0,2 * 10-1, Н/мм2	24,8	25,7	26,2	27,1	27,9	30,6	32,7	40,4	53,9	80,2
sв * 10-1, Н/мм2	39,1	39,8	40,6	41,0	41,7	42,8	43,5	45,1	60,3	83,4
Yврас, %	22,0	19,5	18,0	17,5	16,0	15,0	14,0	10,0	5,4	3,0
DF0,2 рас, мкм2	3,16 х105	1,6 х105	7,72 х104	5,08 х104	2,96 х104	1,87 х104	1,15 х104	2,94 х103	6,02 х102	1,41 х102
DFв рас, мкм2	3,47 х107	1,56 х107	6,95 х106	4,44 х106	2,37 х106	1,40 х106	8,08 х105	1,47 х105	1,62 х104	2,10 х103
Вдавливание	D(R), мм	10(5)	7,1(3,55)	5(2,5)	4(2,0)	3(1,5)	2,5(1,25)	2(1,0)	1(0,5)	0,4(0,2)	0,2(0,1)
n	2,27	2,24	2,215	2,21	2,20	2,17	2,15	2,10	2,06	2,03
НВ0,2 * 10-1, Н/мм2	69,3	75,9	82,0	83,8	88,4	99,1	106,3	126,8	126,8	253
НВв * 10-1, Н/мм2	114,3	117,6	118,7	120,0	121,0	125,0	131,9	146,6	179,8	262
Yввд, %	21,3	19,3	17,7	17,4	16,7	14,5	13,0	9,1	5,7	2,9
М0,2вд, мкм2	3,14 х105	1,6 х105	7,85 х104	5,02 х104	2,83 х104	1,96 х104	1,26 х104	3,14 х103	5,02 х102	1,26 х102
Мввд, мкм2	3,34 х107	1,54 х107	6,94 х106	4,37 х106	2,35 х106	1,42 х106	8,16 х105	1,43 х105	1,43 х104	1,80 х103
s0,2/НВ0,2	0,358	0,339	0,320	0,323	0,316	0,309	0,308	0,319	0,321	0,317
sв/НВв	0,342	0,338	0,342	0,342	0,344	0,342	0,330	0,308	0,335	0,318

* Образцы с d0 =0,3 мм изготовлены из проволоки

Анализ результатов испытаний, представленных в таблице 1, позволяет сделать следующие выводы. Имеется полная аналогия в изменении механических характеристик, определенных растяжением и вдавливанием. В интервале d0 = 14 – 1,4 мм наблюдается монотонное повышение s0,2 и sВ, однако при do < 1 мм происходит значительное повышение этих механических характеристик. Такая же картина наблюдается и для изменения НВ0,2 и НВВ: монотонное повышение при вдавливании инденторов диаметром D = 10-1 мм и значительное повышение при D < 1 мм. Однако наибольший интерес представляет изменение параметров n, YВВД, YВРАС. Принято считать, что параметр упрочнения n не зависит от D. Однако, как показали