Исследование кинетики структурных изменений конструкционных материалов при нагреве и охлаждении методом акустической эмиссии для управления их свойствами

• Автор: Кириков, Антон Вячеславович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ НА СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ КРИТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР
1.1. Основные положения теории фазовых превращений и предпревращений..
1.2 Влияния фазовых превращений на свойства сталей и сплавов
1.3 Эффективность существующих методов исследования фазовых превращений
1.4. Перспективность использования метода акустической эмиссии для исследования
фазовых превращений
1.5 Выводы:
Глава 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРЕМЕНТОВ
2.1. Материалы, аппаратура и методика исследования фазовых превращений стали и сплавов при нагреве и охлаждении
2.2. Аппаратура и методика исследования механических характеристик конструкционных материалов
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ АКУСТИЧЕКСОЙ ЭМИССИИ ВО ВРЕМЯ ПОЛИМОРФНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В СТАЛЯХ И СПЛАВАХ
3.1. Акустическая эмиссии в сталях и сплавах во время нагрева
3.2. Изменение параметров АЭ при отпуске закаленных сталей
3.3. Изменение параметров АЭ при охлаждении сталей и сплавов
3.4 Выводы:
ГЛАВА 4. УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ СТАЛИ И СПЛАВОВ ПУТЕМ ПОДБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ШТАМПОВКИ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
4.1. Зависимость свойств сталей от температуры нагрева под закалку
4.2. Зависимость эффективности операций горячей листовой штамповки титановых сплавов от температуры формообразования
4.3. Влияние температурно-временных условий при термической обработке на свойства быстрорежущих сталей
4.4 Выводы
Общие выводы по работе
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Тенденции развития современного машиностроения выдвигают повышенные требования к массогабаритным показателям конструкций, что в свою очередь обуславливает повышенные требования к эксплуатационным характеристикам конструкционных материалов. Наиболее важной из которых считается надежность, которая достигается оптимальным сочетание высокой прочности стали, с сохранением достаточной вязкости разрушения.
В соответствии с дислокационной теорией деформации и разрушения дефектная структура стали определяет такие важнейшие механические характеристики, как прочность, пластичность и их производные. Поэтому задача создания оптимальной дефектной структуры сплава является ключевым этапом на пути разработки технологических методов достижения требуемых механических характеристик изделий. Среди технологических приёмов упрочнения сталей без изменения их химического состава наибольшее распространение получили закалка и термомеханическая обработки. Но упрочнение, достигаемое за счёт превращений мартенситного типа, гораздо эффективнее упрочнения при высоких степенях пластической деформации. Кроме того, термическая обработка более устойчива по сравнению с наклёпом. В связи с чем повышение эффективности закалочных технологий представляется перспективным направлением на пути совершенствования машиностроительных технологий. Замена традиционных технологий непрерывной закалки и термического улучшения на многократную закалку с кратковременными выдержками при температуре аустенизации является одним из перспективных путей модернизации технологий термической обработки сталей. Кроме того интенсивная пластическая деформация позволяет только увеличивать плотность дислокаций, в то время как

термическая обработка имеет свойства обратимости, то есть дает возможность управлять плотностью дефектов как в сторону увеличения так и уменьшения, тем самым позволяя формировать оптимальные механические характеристики изделия, требуемые на данном этапе технологического процесса изготовления конструкций.
Применяемый традиционный подход к разработке режимов термической обработки типовых конструкционных сталей практически исчерпал потенциальные возможности оптимизации. Это связано со следующим. ГОСТ на стали определяет требования к химическому составу сталей с допуском до 40% в отношении ряда легирующих элементов, что обуславливает значительное изменение температур критических точек образования и распада аустенита. Поэтому традиционный подход к разработке режимов термической обработки предусматривает определение «с запасом» температуры нагрева, изотермических выдержек, длительности выдержек, скорости нагрева и охлаждения и других параметров. В результате это приводит к созданию структур с «усреднёнными» показателями, значительно отличающимися от требуемых. Так увеличенная температура под закалку и выдержка приводят к увеличению размера зёрен аустенита, увеличенная длительность изотермической выдержки при закалке приводит к частичному бейнитному превращению, в результате длительного отпуска резко снижается прочность материала и т.д. С другой стороны, известно, что вблизи критических точек фазовых превращений наблюдается ряд эффектов, вызванных ослаблением межатомных связей в кристаллической решётке, и проявляющихся в увеличении пластических свойств материала (субкритическая сверхпластичность), в упорядочивании дефектной структуры и т.д., которые можно использовать для повышения эффективности термической обработки. В связи с указанным очевидно, что в перспективных режимах термической обработки сталей необходимо

40 35 о 30 'ш


г и р
С 4 < V >
1 1 1 С и
1 < 1 4
с р р
1 Iм
51 . 1 11 |' I1 ■ б
11 11 1 ■
у 1 и И у д 1 и 4 к / г
, ■ и ]С Т
,1; и У з и
А-р н к к у Ц \ и -
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Циклы
Рис. 24. Зависимость энергии АЭ и деформации при мартенситных превращениях.

« 18 Е

И* и-*-
2 /
У У г
ч, г

о*50 ^ »
0.45 2 Е

0.55 X
050 «
<§ 0.45 5 Е ,

О 15 30 45 60 75 90 105 120 135

0 1 5 30 4 5 60 75 90 1 05 1 20 135

®' 0.45 з и"

0,45 2 0.40 ” 0,35 0.
Рис. 25. Зависимости напряжения АЭ и модуля сдвига от температуры.