Structural estimation of crack resistance of welded joints of high strength steels

Authors

  • Елена Николаевна Бердникова The E.O. Paton Electric Welding Institute of NAS Ukraine 11, Bozhenko str., Kyiv-150, 03680, Ukraine, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9754-9478

Keywords:

welded joints, high-strength steel, structure, phase composition, destruction, crack resistance

Abstract

The results of studies of structure and phase composition formation features of welded joints of high-strength steel14HGN2MDAFB with the yield strength σ0, 2 > 700MPa are given in the paper. Based on experimental data of optical scanning microscopy it was shown that the structure, formed in various zones of welded joints in terms of uniform change (without gradients) of structural parameters and microhardness should provide a uniform level of mechanical properties and crack resistance of welded joints.

Using analytical estimates for hardening in the high-strength steel welding zone, hardening effect of the structure (grain, subgrain, particles of carbide phases), which is connected with the contribution of grain boundary, substructural and precipitation hardening due to dispersion of structural components was established.

Computational estimation methods of crack-inducing stress in the zones of stress concentrators, based on experimental data of the quantitative fractographic analysis (with the account of  destruction type) showed that in structural volumes of intragranular cleavage microcrack-inducing stress is ~ 70 ... 120 MPa (at T=-40oC) that determines the catastrophic crack growth and crack resistance decrease, respectively.

Author Biography

Елена Николаевна Бердникова, The E.O. Paton Electric Welding Institute of NAS Ukraine 11, Bozhenko str., Kyiv-150, 03680, Ukraine

Ph.D., Senior Researcher

Department of Physical and chemical investigations of materials

References

Шоршоров, М. Х. Фазовые превращения и свойства стали при сварке [Текст] / М. Х. Шоршоров, В. В. Белов. – М.: Наука, 1972. –220 c. 2. Горынин, И. В. Свариваемые корпусные высокопрочные стали и их применение [Текст] / И. В. Го-рынин. – Киев: Наукова думка, 1980. –132 с. 3. Бернацкий, А. Повышение физико-механических свойств поверхностных слоев сталей лазерным и комбинированным легированием [Текст] / А. Бернацкий // Восточно-Европейский журнал передовых техноло-гий. – 2013. – T. 6, N 1(66). – С. 25-31. – Режим доступа : URL : http://journals.uran.ua/eejet/article/view/19118. 4. Влияние термических циклов сварки и внешнего нагружения на структурно-фазовые изменения и свойства соединений стали 17Х2М [Текст] / Л. И. Маркашова, Г. М. Григоренко, В. Д. Позняков, Е. Н. Бердни-кова и др. // Автоматическая сварка. – 2009. – №7. – С.21-29. 5. Маркашова, Л. И. Влияние легирования швов на структуру и свойства сварных соединений стали 17Х2М [Текст] / Л. И. Маркашова, В. Д. Позняков, Т. А. Алексеенко, Е. Н. Бердникова и др. // Автоматическая сварка. – 2011.– № 4. – С. 7 – 15. 6. Маркашова, Л. И. Структурный критерий прочности, пластичности, трещиностойкости металлов, сплавов, композиционных материалов и их сварных соединений [Текст] / під заг. ред. В.В. Панасюка; Л. И. Ма-ркашова, Г. М. Григоренко, Е. Н. Бердникова, Т. А. Алексеенко // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій: Збірка доповідей четвертої міжнар. конф. (Львів, 23-27 червня 2009р.) / / Фізико-механічний ін-ститут ім. Г.В. Карпенка. – Львів, 2009. – С. 447 – 451. 7. Markashova, L. I. Estimation of the Strength and Crack Resistance of the Metal of Railway Wheels after Long-Term Operation [Text] / L. I. Markashova, V. D. Poznyakov, A. A. Gaivoronskii, E. N. Berdnikova, T. A. Alekseenko // Materials Science. – 2012. –Vol. 47, № 6. –P. 799 – 806. 8. Stroh, A. N. The Formation of Cracks as a Result of Plastic Flow [Text] / A. N. Stroh //Proceedings of the Royal Society. – 1954. – Vol. А 223. – P. 404 – 414. 9. Либовиц, Г. Разрушение. Т.3. [Текст] / Г. Либовиц – М: Мир, 1976. – 800 с. 10. Балтер, М. А. Фрактография – средство диагностики разрушенных деталей [Текст] / М. А. Балтер, А. П. Любченко, С. И. Аксенова. – М.: Машиностроение, 1987. – 160 с. 11. Орован, Е. Классическая и дислокационная теория хрупкого разрушения [Текст] / Е. Орован // Атомный механизм разрушения. – М.: Металлургия, 1963. – С. 170 – 184. 12. Котрелл, А. Х. Теоретические аспекты процесса разрушения [Текст] / А. Х. Котрелл // Атомный механизм разрушения. – М.: Металлургия, 1963. – С. 30 – 68. 13. Нотт, Дж. Ф. Микромеханизмы разрушения и трещиностойкость конструкционных сплавов [Текст] / Дж.Ф. Нотт. // Механика разрушения. – М.: Мир, 1979. – С. 40 – 82. 1. Shorshorov, M. Kh., Belov, V. V. (1972). Phase Transformations and Properties of Steel at Welding. М.: Nauka. 220. 2. Gorynin, I. V. (1980). Weldable Corps High-Strength Steels and Their Application. Kiev: Naukova dumka, 132. 3. Bernats'kiy, A. (2013). Increase physical and me-chanical properties of surface layers of steel laser and com-bined alloying. Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies, 6(1(66)), 25-31. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/19118 4. Markashova, L. I. (2009). Influence of Welding Thermal Cycles and External Loading on the Structural Phase Changes and Properties of the Steel 17Х2М Joints. Avtomaticheskaya svarka, № 7, 21–29. 5. Markashova, L. I. (2011). Influence of Alloying of Welds on the Structure and Properties of Welded Joints of Steel 17Х2М Avtomaticheskaya svarka, № 4. 7–15. 6. Markashova, L. I. (2009). Structural Criterion of Strength, Plasticity, Crack Resistance of Metals, Alloys, Composite Materials and Their Welded Joints (23-27 June 2009). Mekhanika ruynuvannya materialiv i mitsnist konstruktsiy. Lviv, Karpenko Physical and Mechanical Institute, Lviv, 447–451. 7. Markashova, L. I. (2012). Estimation of the Strength and Crack Resistance of the Metal of Railway Wheels after Long-Term Operation. Materials Science, Vol. 47, № 6, 799–806. 8. Stroh, A. N. (1954). The Formation of Cracks as a Result of Plastic Flow. Proceedings of the Royal Society, 223, 404–414. 9. Libovits, G. (1976). Destruction. Mir, Vol. 3 800. 10. Balter, M. A., Lyubchenko, A. P., Aksenova, S. I. (1987). Fractography – a Diagnostic Tool of Destroyed Details. Mashinostroenie, 160. 11. Orowan, E. (1963). Classical and Dislocation Theory of Fragile Destruction. Atomnyi mekhanizm razrusheniya. Metallurgiya, 170–184. 12. Cottrell, A. H. (1963). Theoretical Aspects of the Destruction Processes. Atomnyi mekhanizm razrusheniya. Metallurgiya, 30–68. 13. Knott, J. F. (1979). Micromechanisms of Destruction and Crack Resistance of Structural Alloys. Mekhanika razrusheniya. Mir, 40–82.

Published

2014-02-07

Issue

Section

Material Science in mechanical engineering