The scale of heterogeneity of the structures of steels and alloys can be rather large both within one sample and within a product. The procedure adopted in practice for determining the integral values of crack resistance characteristics cannot always reflect this circumstance. In this regard, it is necessary to develop methods for assessing the crack resistance of a medium with a heterogeneous structure. In this work, the authors determined the crack resistance of large forgings made of heat-hardenable 38KhN3MFA-Sh steel (0.38%C–Cr–3%Ni–Mo–V) based on the critical crack opening δс and the J-integral. The presence of critical stages in the development of a ductile crack during testing was assessed by acoustic emission measurements. In combination with the obtained methods of digital fractography of 3D images of fractures, this allowed relating the shape and position of the leading edge of each crack jump to the load-displacement diagram. Measuring the crack opening geometry during the test showed the possibility of determining directly the coefficient of crack face rotation when estimating δс. In general, this allowed constructing a map of the distribution of parameter δс values over the thickness of the sample and estimating the scale of the scatter in crack resistance within one sample – up to 30 %. Such a localization of measurements, primarily of the δc parameter, is comparable to the scale of heterogeneity in the morphology of various types of structures, which was assessed based on the measurement of digital images of the dendritic structure, the Bauman sulfur print, non-metallic inclusions on an unetched section, and ferrite-pearlite banding in the microstructure. This makes it possible to link local crack resistance values to various fracture mechanisms and their accompanying structural components.
Масштаб неоднородности структур сталей и сплавов может быть достаточно велик в пределах как одного образца, так и изделия. Принятая на практике процедура определения интегральных значений характеристик трещиностойкости не всегда может отразить это обстоятельство. В этой связи необходимо развитие методов оценки трещиностойкости среды с неоднородной структурой. В работе трещиностойкость крупных поковок из улучшаемой стали 38ХН3МФА-Ш (0,38%C–Cr–3%Ni–Mo–V) определяли на основе критического раскрытия трещины δс и J-интеграла. Наличие критических этапов в развитии вязкой трещины при испытании оценивали по измерениям акустической эмиссии. В сочетании с полученными методами цифровой фрактографии 3D-изображениями изломов это позволило привязать форму и положение переднего фронта каждого скачка трещины к диаграмме «нагрузка – смещение». Измерение геометрии раскрытия трещины в процессе испытания показало возможность прямого определения коэффициента вращения берегов трещины при оценке δс. В целом это позволило построить карту распределения значений параметра δс по толщине образца и оценить масштаб разброса трещиностойкости в пределах одного образца – до 30 %. Такая локализация измерений, в первую очередь параметра δс, сопоставима с масштабом неоднородности строения морфологии различных типов структур, который был оценен на основе измерения цифровых изображений дендритной структуры, серного отпечатка по Бауману, неметаллических включений на нетравленом шлифе, феррито-перлитной полосчатости в микроструктуре. Это дает возможность для привязки локальных значений трещиностойкости к различным механизмам разрушения и сопутствующим им структурным составляющим.