مدل‌سازي تحليلي چقرمگي شكست JIC فولادهاي مرتبه‌اي هدفمند آستنيتي- مارتنزيتي با لايه‌هاي توقف‌گر ترك

Analytical modeling of fracture toughness JIC of austenitic–martensitic functionally graded steels with crack arrester layers

در اين مقاله، چقرمگي شكست فولادهاي مرتبه‌اي هدفمند آستنيتي- مارتنزيتي توليد شده با روش ذوب دوباره سرباره‌اي الكتريكي در حالت چيدمان توقف گر ترك لايه‌ها با روش‌هاي تجربي و تحليلي بررسي شده است. نمونه‌ها شامل فاز آستنيت به همراه لايه مارتنزيت مي‌باشد. مدول يانگ و ضريب پواسون نمونه‌ها ثابت فرض شده است در حالي كه ساير خصوصيات مكانيكي مانند تنش تسليم و توان كار سختي در راستاي ضخامت نمونه‌ها به صورت نمايي تغيير مي‌كند. در بررسي تحليلي، از روش اصلاح شده خطوط باربرداري براي محاسبه مقدار بحراني انتگرال J در نمونه‌هاي ترك‌دار خمش سه نقطه اي استفاده شده است، در حالي كه نمونه‌هاي استاندارد با طول ترك‌هاي مختلف از روش تجربي آزمايش شده‌اند. اثر اندازه طول ترك بر روي چقرمگي شكست نيز مطالعه شده است. مشاهده شد كه به هنگام نزديك شدن نوك ترك به لايه مارتنزيت، چقرمگي شكست نمونه به ميزان قابل توجهي كاهش مي‌يابد. نتايج بدست آمده از مدل ارايه شده در توافق مناسبي با نتايج تجربي مي‌باشد.

In this article, fracture toughness of austenitic–martensitic functionally graded steels fabricated by electroslag remelting with crack arrester layers is investigated by experimental and analytical methods. The material contains austenite phase in addition to martensite layer. The Young’s modulus and the Poisson’s ratio have been assumed to be constant, while other mechanical properties like the yield strength and the strain hardening exponent vary exponentially along the specimen thickness. In analytical case, improved method of unloading lines is modified to calculate the critical value of J-integral for cracked three point bend specimens while standard specimens with different crack lengths are tested in experiments. The effect of crack length on the fracture toughness has been studied. It is observed that, as the crack tip goes toward a martensite layer, fracture toughness of the specimen decreases considerably. The obtained results from the proposed model are in good agreement with the experimental results.