Повышение конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей путем формирования анизотропной гетерофазной структуры в условиях горячей и холодной пластической деформации

Повышение конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей путем формирования анизотропной гетерофазной структуры в условиях горячей и холодной пластической деформации

Автор: Батаева, Зинаида Борисовна

Шифр специальности: 05.16.01

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2003

Место защиты: Новосибирск

Количество страниц: 206 с. ил.

Артикул: 2617176

Автор: Батаева, Зинаида Борисовна

Стоимость: 250 руб.

Повышение конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей путем формирования анизотропной гетерофазной структуры в условиях горячей и холодной пластической деформации  Повышение конструктивной прочности низкоуглеродистых сталей путем формирования анизотропной гетерофазной структуры в условиях горячей и холодной пластической деформации 

ВВЕДЕНИЕ
Разработка высокопрочных, надежных, долговечных материалов всегда считалась приоритетной научной задачей. В последние годы исследования, связанные с решением этой задачи, ведутся по двум направлениям. Вопервых, продолжается разработка новых марок металлических материалов, в первую очередь сталей и проводится оптимизация технологических процессов упрочнения уже разработанных сплавов 1. Вовторых, активно проводятся работы по созданию композиционных материалов, обладающих высоким комплексом механических свойств .
Достоинствами основного на сегодняшний день вида конструкционных материалов сталей, определяющими их широкую распространенность, являются относительная дешевизна исходного сырья, простота технологии производства, высокий комплекс механических свойств, возможность вторичной переработки и другие важные качества. Основные достоинства композиционных материалов заключаются в возможности сочетания исходных элементов с резко различающимися свойствами, широких возможностях управления структурными составляющими, достижении аномально высоких показателей механических свойств. Классическое противоречие между прочностью и трещиностойкостью сталей в настоящее время достаточно эффективно решается путем разработки и применения композиционных материалов.
Однако для многих композитов характерны и свои недостатки, например, достаточно высокая стоимость, необходимость применения специальных технологий, низкая прочность при сдвиговых нагрузках, плохая сопротивляемость сжатию. С этих точек зрения стали имеют перед композиционными материалами определенные преимущества.
Анализ перспектив применения конструкционных материалов свидетельствует о том, что в обозримом будущем стали останутся основным конструкционным материалом. Естественно, что задачи разработки новых марок
сталей и улучшения свойств уже используемых сплавов будут долгое время актуальными. Одно из эффективных решений этих задач может быть связано с формированием в сталях структуры, обладающей важными достоинствами композитов, обусловленными, в частности, явно выраженной анизотропией механических свойств.
Особенность многих проектируемых изделий заключается в том, что в разных направлениях они испытывают различную нагрузку. Следовательно, в идеальном случае и материал, из которого проектируется конструкция, должен быть усилен в наиболее нагруженном направлении. В композиционных материалах это условие выполняется относительно просто за счет соответствующего армирования упрочняющими волокнами. Особенности строения железоуглеродистых сплавов и технологические возможности современного оборудования позволяют получить ориентированную структуру и в ряде промышленных сталей.
В настоящее время известно несколько способов получения четко ориентированной гетерофазной структуры в сталях. Анализ этих способов проведен в первом разделе диссертационной работы. В отличие от технологических процессов изготовления большинства композиционных материалов технология получения анизотропной гетерофазной структуры в сталях не предполагает отдельных стадий получения матрицы, волокна и объединения их в целое.
Настоящая работа посвящена исследованию анизотропной гетерофазной структуры и свойств малоуглеродистых сталей, пластически продеформированных в холодном состоянии и в межкритической области температур. Изменением условий охлаждения получали различные сочетания структурных составляющих. Используя различные методы исследования механических свойств, в том числе прочности, статической, усталостной и ударноусталостной треициностойкости, в работе изучалось поведение анизотропных материалов в различных условиях внешнего нагружения. Одна из наиболее важных задач, поставленных в работе, заключалась в оптимизации парамет
ров гетерофазной структуры, позволяющей обеспечить высокий комплекс механических свойств сталей. Результаты проведенных исследований приведены ниже.
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ЯВНО ВЫРАЖЕННОЙ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРОЙ
литературный обзор
В данном разделе проанализированы особенности строения и механические свойства материалов с явно выраженной неоднородной структурой. Следует подчеркнуть, что большинство используемых в промышленности металлических материалов имеет негомогенную структуру. В железоуглеродистых сплавах яркими примерами такой структуры являются перлит и ледебурит. В рамках этого раздела не представляется возможным провести даже краткий анализ основных особенностей строения и поведения реально применяющихся сплавов с гетерофазной структурой. Поэтому с учетом поставленных в работе задач ниже рассматриваются, главным образом, стали с двухфазной, в частности ферритомартенситной, структурой и металлические композиционные материалы как материалы с наиболее ярко выраженной анизотропией структуры и свойств.
1.1. Общие представления о материалах с гетерофазной структурой
Абсолютное большинство используемых на практике металлических материалов не являются гомогенными. Получение чистых однофазных материалов сопряжено с большими трудностями технологического характера. Поэтому наличие дополнительных фаз можно обнаружить во многих металлических материалах. Однако чаще присутствие дополнительных фаз обусловлено практической необходимостью .
Введение


Кроме перечисленных функций матрица обеспечивает прочность и жесткость системы при действии сжимающей нагрузки в направлении, перпендикулярном к армирующим элементам . Одно из важнейших достоинств композиционных материалов заключается в возможности расчета некоторых свойств, в том числе и прочностных, на основании данных об объемной доле исходных составляющих структуры и величине их механических свойств. Эта возможность основана на привлечении расчетных моделей. Выбор типа расчетной модели определяется строением композиционного материала, характером расположения упрочняющей фазы. Для расчета прочностных свойств композиционных материалов используется ряд зависимостей, прочность которых определяется многими факторами. Одна из наиболее известных и простых зависимостей, позволяющая получить расчетные значения прочностных свойств, близкие к эксплуатационным, имеющая наименование уравнение смесей или уравнение аддитивности используется для оценки прочности однонаправленных композиций. При проектировании композиционных материалов принципиальное значение имеет вопрос об объемной доле упрочняющей фазы. С увеличением объемной доли волокна прочностные свойства композиции возрастают. Однако при превышении определенной величины в случае малой пластичности матрицы может происходить расслоение композиции, т. Уев относительные удлинения при разрыве матрицы и волокна соответственно. Таким образом, чем пластичнее матрица, тем больше волокон может быть введено в материал. Оло0р. Г, 0,7. Прочность большинства композиционных сталей, рассчитанная по уравнению аддитивности 1. Это происходит потому, что данное уравнение не учитывает субструктурного упрочнения матрицы . Типичными примерами разработки материалов с ярко выраженной неоднородной структурой являются двухфазные ферритомартенситные стали ДФМС. Этому классу сталей посвящено большое количество работ. Структура, свойства и особенности применения ферритомартенситных сталей в нашей стране подробно отражены в монографии и статьях С. А. Голованенко и Н. Ф. Фонштейн с соавторами , . При разработке технологических процессов, обеспечивающих получение двухфазной ферритомартенситной структуры сталей, одной из основных задач являлось не только увеличение прочностных свойств, но и одновременное повышение показателей наджности и технологической пластичности материалов. Это имеет особое значение, например, при обработке сталей методом холодной листовой штамповки . В основе идеи разработки оптимальной структуры ферритомартенситных сталей лежат экспериментальные данные о том, что материалы с резко различающимися свойствами присутствующих фаз в некоторых случаях обладают комплексом свойств, не достижимых при использовании других методов упрочнения. Такое сочетание свойств позволяет обеспечить более высокий уровень прочности конструкций или существенно снизить толщину и массу штампуемых деталей , . Предел прочности этих сталей может достигать 0. МПа , с. Для получения двухфазной ферритомартенситной структуры используются доэвтектоидные стали, которые нагреваются до температур, лежащих в диапазоне между критическими точками АС и АСз. В дальнейшем сталь, находящуюся в двухфазном ферритоаустенитном состоянии, подвергают резкому охлаждению. Итогом такой термической обработки является формирование ферритомартенситной структуры. Фактически речь идет о неполной закалке доэвтектоидных сталей. Несмотря на кажущуюся простоту описанной термической обработки, можно выделить несколько технологических и другого рода факторов, в значительной степени определяющих структуру и свойства ДФМС. Объемная доля мартенсита определяется температурой нагрева стали в межкритической области, т. Ориентировочные расчеты объемных долей присутствующих фаз могут быть проведены на основании анализа равновесной диаграммы состояния железоуглерод рис. Вопрос о соотношении долей феррита и мартенсита в ферритомартенситных сталях имеет важное значение. Одним из технологических параметров, оказывающих влияние на соотношение фаз в ДФМС, является время выдержки материала при температурах нагрева в межкритической области температур.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.192, запросов: 232