ФГАОУ ВО «НИТУ «МИСиС», кафедра металловедения цветных металлов, Москва, Россия:
А. Ю. Чурюмов, канд. техн. наук, доцент
А. В. Поздняков, канд. техн. наук, доцент
В. В. Чеверикин, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А. А. Бочвара», Москва, Россия:
Т. А. Чурюмова, научный сотрудник, эл. почта: churyumov@misis.ru

С использованием комплекса физического моделирования термомеханических процессов Gleeble 3800 проведено экспериментальное исследование и построена конечно-элементная модель разрушения жаропрочной коррозионностойкой стали AISI 310S при высокотемпературном растяжении и кручении с растяжением. Разрушению при растяжении стали предшествует значительная пластическая деформация, о чем свидетельствует развитая поверхность разрушения, характеризующаяся ямочным изломом. Истинное относительное сужение до разрушения в основном определяется температурой испытания и возрастает с 2,1–2,2 до 3,2–3,6 при увеличении температуры с 900 до 1100 °C. Показано, что критические значения критерия разрушения стали AISI 310S зависят от параметра Зинера – Холломона и увеличиваются при уменьшении его значения. Проверка построенной модели разрушения показала ее высокую предсказательную способность и возможность использования для разработки промышленных технологий пластической деформации стали AISI 310S с применением метода конечных элементов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 18-79-10153).

1. Nahshon K., Hutchinson J. W. Modification of the Gurson Model for shear failure // European Journal of Mechanics A. 2008. Vol. 27. P. 1–17.
2. Said L. B., Mars J., Wali M., Dammak F. Numerical prediction of the ductile damage in single point incremental forming process // International Journal of Mechanical Sciences. 2017. Vol. 131-132. P. 546–558.
3. Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение. — М. : Металлургия, 1970. — 230 с.
4. Johnson G. R., Cook W. H. Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures // Engineering Fracture Mechanics. 1985. Vol. 21. No. 1. P. 31–48.
5. Murugesan M., Jung D. W., Cook J. Material and Failure Model Parameters Estimation of AISI-1045 Medium Carbon Steel for Metal Forming Applications // Materials. 2019. Vol. 12, Iss. 4. 609.
6. Bao Y., Wierzbicki T. On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space // International Journal of Mechanical Sciences. 2004. Vol. 46, Iss. 1. P. 81–98.
7. Hu Q., Li X., Han X., Chen J. A new shear and tension based ductile fracture criterion: modeling and validation // European Journal of Mechanics A. 2017. Vol. 66. P. 370–386.
8. Rice J. R., Tracey D. M. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1969. Vol. 17, Iss. 3. P. 201–217.
9. Oyane M. Criteria of ductile fracture strain // Bulletin of the JSME. 1972. Vol. 15, Iss. 90. P. 1507–1513.
10. Norris D. M., Reaugh J. E., Moran B. A plastic-strain, mean-stress criterion for ductile fracture // Journal of Engineering Materials and Technology. 1978. Vol. 100, Iss. 3. P. 279–286.
11. Churyumov A. Yu. Deformation and Fracture of 13CrMoNbV Ferritic-Martensitic Steel at Elevated Temperature // Physics of Metals and Metallography. 2019. Vol. 120, Iss. 12. P. 1228–1232.
12. Shaikh A. A., Churyumov A. Yu., Pozdniakov A. V., Churyumova T. A. Simulation of the Hot Deformation and Fracture Behavior of Reduced Activation Ferritic/Martensitic 13CrMoNbV Steel // Applied Science. 2020. Vol. 10, Iss. 2. 530.
13. Nioi M., Pinna C., Celotto S., Swart E., Farrugia D. et al. Finite element modelling of surface defect evolution during hot rolling of silicon steel // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 268. P. 181–191.
14. Горбунова Ю. Д., Орлов Г. А. Моделирование горячей штамповки эллиптических стальных днищ // Черные металлы. 2019. № 10. С. 58–62.
15. Lemmens B., Springer H., Peeters M., De Graeve I., De Strycker J. et al. Deformation induced degradation of hot-dip aluminized steel // Materials Science and Engineering: A. 2018. Vol. 710. P. 385–391.
16. Dwivedi S., Rana R. S., Rana A., Rajpurohit S., Purohit R. Investigation of Damage in Small Deformation in Hot Rolling Process Using FEM // Materials Today: Proceedings: А. 2017. Vol. 4, Iss. 2. P. 2360–2372.
17. Hubert C., Dubar L., Dubar M., Dubois A. Experimental simulation of strip edge cracking in steel rolling sequences // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. P. 1587–1597.
18. Wang C., Liu X., Gui J., Xu Z., Guo B. Influence of inclusions on matrix deformation and fracture behavior based on Gurson – Tvergaard – Needleman damage model // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 756 A. P. 405–416.
19. Marashi J., Yakushina E., Xirouchakis P. P., Zante R., Foster J. An evaluation of H13 tool steel deformation in hot forging conditions // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 246. P. 276–284.
20. Farrugia D. C. J. Prediction and avoidance of high temperature damage in long product hot rolling // Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 177, Iss. 1-3. P. 486–492.
21. Лисунец Н. Л. Повышение эффективности процесса изготовления заготовки из металлопроката разрезкой сдвигом на основе моделирования // Черные металлы. 2018. № 6. С. 31–35.
22. Liu G., Yang S., Ding J., Han W., Zhou L. et al. Formation and evolution of layered structure in dissimilar welded joints between ferriticmartensitic steel and 316L stainless steel with fi llers // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35, Iss. 11. P. 2665–2681.
23. Wei Y., Shen Z., Zhang W., Tang R., Long Y. et al. Microstructure evolution of modified 310S austenitic stainless steels under argon ion irradiation at different temperatures // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2019. Vol. 459. P. 7–14.
24. Behnamian Y., Mostafaei A., Kohandehghan A., Amirkhiz B. S., Serate D. et al. Characterization of oxide scales grown on alloy 310S stainless steel after long term exposure to supercritical water at 500°C // Materials Characterization. 2016. Vol. 120. P. 273–284.
25. Чурюмов А. Ю., Поздняков А. В, Чурюмова Т. А., Чеверикин В. В. Горячая пластическая деформация жаропрочной аустенитной стали AISI 310S. Сообщение 1. Моделирование напряжения течения и динамической рекристаллизации // Черные металлы. № 8. С. 48–55.
26. Zhu Y., Zeng W., Zhang F., Zhao Y., Zhang X. et al. A new methodology for prediction of fracture initiation in hot compression of Ti40 titanium alloy // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 553. P. 112–118.