satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical Universitysat-867Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGТЕПЛООБРАЗОВАНИЕ И СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЮ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИHEAT GENERATION AND RESISTANCE TO DEFORMATION OF STRUCTURAL STEELМойсейчикА. Е.MoyseychikA. E.

Аспирант

Graduate student

vasilevich@bsu.byВасилевичЮ. В.VasilevichYu. V.

Доктор физико-математических наук, профессор

Professor, PhD in Physics and Mathematics

vasilevich@bsu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversitBelarus201508102015053338Copyright © Мойсейчик А.Е., Василевич Ю.В., 20152015Мойсейчик А.Е., Василевич Ю.В.Moyseychik A.E., Vasilevich Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/867

Целью настоящей статьи является установление зависимости между теплообразованием и сопротивлением деформированию конструкционной стали.

На основании приведенных данных допустили, что при упруго-пластическом деформировании конструкционной стали теплообразование и повышение температуры поверхности изделия является результатом физико-химического взаимодействия дислокаций и атомов примесей в полосах скольжения. Взаимозависимость теплообразования и упруго-пластического деформирования экспериментально подтверждена в серии экспериментов по растяжению пластин из низкоуглеродистой стали. В процессе деформирования интенсивность деформаций и скорость деформаций являются основными факторами, определяющими локальный разогрев материала в очаге предразрушения, а температура напрямую влияет на скорость протекания диффузионных процессов и изменение физико-механических характеристик материала в зоне предразрушения. Установленная в экспериментах автора для низкоуглеродистой стали ВСт3сп при квазистатическом растяжении средняя температура разогрева зоны предразрушения составляет примерно (20–90)°С. Приведены данные процесса деформации стальных пластин, свидетельствующие о том, что упруго-пластическое деформирование сопровождается деформационным теплообразованием, а зарождение трещины является термомеханическим процессом. Тепло образуется в полосах сдвига, направление которых соответствует наибольшим сдвигающим напряжениям. Температура поверхности в зоне зарождения трещины достигала в стадии долома 88 °С.

С использованием понятия «поверхностная энергия» и формулы Лапласа выведена формула Давиденкова-Спиридоновой, определяющая сопротивление деформированию растянутого круглого стального стержня в стадии образования шейки и показана ее зависимость от деформационного теплообразования.

The purpose of this paper is to determine dependence between heat generation and resistance to deformation of structural steel.

It has been assumed on the basis of the represented data that in the course of deformation of structural steel physicochemical interactions of dislocations and impurity atoms occurring in the slip bands  result in heat generation and temperature increase of product surface. Interdependence of heat generation and elastic-plastic deformation has been experimentally proved by set of experiments on low-carbon steel plate extension. In the case of deformation its intensity and rate are considered as main factors that determine local material heating in the pre-fracture nucleus and temperature directly exerts its influence on diffusion processes and changes in physical and mechanical characteristics of the material in the pre-fracture nucleus. The obtained average heating temperature for the pre-fracture nucleus is equal approximately (20–90)°С for low-carbon steel ВСт3сп while using quasi-static extension.  The paper presents data pertaining to steel plate deformation that point to the fact that elastic-plastic deformation is accompanied by deformation heat generation and a crack initiation is caused by thermo mechanical process. Heat is formed in the slip bands and their direction corresponds to the maximum shearing stresses. Surface temperature in the zone of crack initiation has reached 88 °С in the pre-fracture stage.  

The Davidenkov-Spiridonova formula has been derived while using a concept of "surface energy" and Laplace's formula. This formula makes it possible to determine  resistance to deformation of a stretched round steel rod in the stage of neck formation. The paper shows formula’s dependence on the deformation heat generation.

теплообразованиесопротивление деформированиюконструкционная стальэффекты люминесценцииheat generationdeformation resistancestructural steelluminescence effectsReferencesГубкин, С. И. Пластическая деформация металлов / С. И. Губкин. – М.: Металлургиздат, 1961. – Т. 2: Физико-химическая теория пластичности. - 416 с.Gubkin, S. I. (1961). Metal plastic deformation. Vol. 2: Physico-chemical theory of plasticity. Moscow, Metallurgizdat. 416 p. (in Russian).Эмиссионные процессы, сопровождающие деформирование и разрушение металлов / К. Б. Абрамова [и др.] // Физика твердого тела. – 1999. – Т. 41, Вып. 5. – С. 842–843.Abramova, K. B., Shherbakov, I. P., Rusakov, A. I., Semenov, A. A. (1999). Emission processes, accompanying metal deformation and destruction. Fizika tverdogo tela [Solid-state physics], 41 (5), 842–843 (in Russian).Хайнике, Г. Трибохимия / Г. Хайнике. – М.: Мир, 1987. – 584 с.Hainike, G. (1987). Tribochemistry. Moscow, Mir. 584 p. (in Russian).Будадин, О. Н. Тепловой контроль / О. Н. Будадин, В. П. Вавилов, Е. В. Абрамова. – М.: ИД «Спектр», 2011. – 171 с.Budadin, O. N., Vavilov, V. P., Abramova, E. V. (2011). Heat control. Moscow, Spektr. 171 p. (in Russian).Клявин, О. В. Физика пластичности кристаллов при гелиевых температурах / О. В. Клявин. – М.: Наука, 1987. – 256 с.Kliavin, O. V. (1987). Physics of crystal plasticity at helium temperatures. Moscow, Nauka. 256 p. (in Russian).Thomson, W. On the Thermoelastic and Thermomagnetic Properties of Matter / W. Thomson // Quart. J. of Math. – 1857. No 1. – P. 57–77.Thomson, W. (1857). On the Thermoelastic and Thermomagnetic Properties of Matter. Quart. J. of Math, 1, 57–77.Horvath, L. Experimentelle Untersuchungen der im Stahlbau typischen Bauteile mit Thermovision: Dissertation zu Erlangung des Akademischen Grades Eines Doktor-Ingenieurs / L. Horvath – Cottbus: BTU, 2002. – 84 s.Horvath, L. (2002). Experimentelle Untersuchungen der im Stahlbau typischen Bauteile mit Thermovision. Dissertation zu Erlangung des Akademischen Grades Eines Doktor-Ingenieurs [Experimental investigations of the typical components in steel construction with thermal vision. Dissertation Doctor Engineer]. Cottbus. 84 p. (German).Мойсейчик, Е. А. Исследование теплообразования и зарождения разрушения в стальной растянутой пластине с конструктивно-технологическим дефектом / Е. А. Мойсейчик // Прикладная механика и техническая физика. – 2013. – № 1. – С. 134–142.Moyseychik, E. A. (2013). Investigations on heat generation and fracture initiation in steel expanded plate with design and technological defect. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 1, 134–142 (in Russian).Залога, В. А. О выборе уравнения состояния обрабатываемого материала для моделирования процесса резания методом конечных элементов / В. А. Залога, Д. В. Криворучко, С. Н. Хвостик // Вісник СумДУ. – 2006. – № 12 (96). – С. 101–115.Zaloga, V. ?., Krivoruchko, D. V., Khvostik, S. N. (2006). On selection of equation for state of material to be machined in order to simulate cutting process while using finite elements method. V?snik SumDU [Bulletin of Sumy State University], 12 (96), 101–115 (in Russian).Давиденков, Н. Н. Анализ напряженного состояния в шейке растянутого образца / Н. Н. Давиденков, Н. И. Спиридонова // Заводская лаборатория. – 1945. – № 6. – С. 583–593.Davidenkov, N. N., Spiridonova, N. I. (1945). Analysis of stress state in expanded specimen neck. Zavodskaya laboratoria [Plant Laboratory], 6, 583–593 (in Russian).Testing the Tensile Features of Steel Specimens by Thermography and Conventional Methods / M. Kutin [et al.] // Scientific Technical Review. – 2010. – Vol. 60, No 1. – Р. 66–70.Kutin, M., Risti?, S., Burzi?, Z., Puhari?, M. (2010). Testing the Tensile Features of Steel Specimens by Thermography and Conventional Methods. Scientific Technical Review, 60 (1), 66–70.Лукин, Е. С. Исследование предельного состояния конструкционных сталей по термопластическому эффекту: автореф. дис. … канд. техн. наук : 01.02.06 / Е. С. Лукин. – Якутск, 2005. – 23 с.Lukin, ?. S. (2005). Investigations on limit state of structural steel according to thermoplastic effect. Author’s abstract of PhD thesis research. Yakutsk, Institute of Physico-Engineering Problems of the North of the Siberian Division of RAS. 23 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.