Трещиностойкость сварных соединений разнородных сталей на основе быстрорежущих и контроль качества составного инструмента

• Автор: Петрова, Валентина Александровна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Введение.

1 Современное состояние вопроса.

1.1 Характеристика и термическая обработка быстрорежущих сталей

1.1.1 Основные свойства и классификация быстрорежущих сталей

1.1.2 Формирование градиентных структурнофазовых состояний.

1.1.3 Оптимизация структуры и термической обработки быстрорежущих сталей с целью повышения их стойкостных свойств.

1.2 Оценка работоспособности материала при циклическом нагружении

1.2.1 Концепции и модели механики разрушения

1.2.2 Усталостное разрушение. Характеристики трещиностойкости.

1.3. Контроль качества составного сварного инструмента. Метод

акустической эмиссии

1.3.1 Физические основы формирования сварных соединений.
1.3.2 Формирование структуры при стыковой сварке
1.3.3 Оценка качества сварных соединений и применение метода неразрушающего контроля для определения их дефектности
1.4 Постановка цели и задач исследования
2 Влияние термической обработки быстрорежущих, углеродистых и легированных сталей на трещиностойкость.
2.1 Испытания на трещиностойкость углеродистых и быстрорежущих сталей составных частей стыкового сварного инструмента.
2.2 Испытания на трещиностойкость сварных соединений быстрорежущих сталей
2.3 Термическая обработка сталей сварных соединений как способ
повышения их эксплуатационных свойств.
2.4 Трещиностойкость и твердость сталей после различных видов термической обработки
2.5 Выводы.
3 Микроскопические, электронномикроскогшческие исследования и рентгеноспектральный микроанализ.
3.1 Металлографические исследования сварных соединений.
3.2 Металлографические исследования сталей после различного вида упрочнения.
3.3 Рентгеноспектральный микроанализ сварных соединений.
3.4 Выводы и обоснование применения методов неразрушающего контроля качества изделий.
4 Лабораторные испытания стыковых сварных соединений с применением метода акустической эмиссии.
4.1 Методика испытаний стыковых сварных соединений с регистрацией сигналов акустической эмиссии.
4.2 Приборное обеспечение проведения экспериментов с регистрацией сигналов акустической эмиссии.
4.3 Испытания стыковых сварных соединений на изгиб с регистрацией сигналов акустической эмиссии.
4. 4 Определение степени опасности дефектов стыковых сварных
соединений при рихтовке изделий
4.5 Выводы и формулировка требований к промышленному регистратору сигналов акустической эмиссии.
5 Производственные испытания
5.1 Методика регистрации сигналов акустической эмиссии в процессе производства стыковых сварных соединений
5.2 Устройство и принцип действия промышленного прибора.
5.3 Применение системы контроля для определения дефектности
Щг стыковых сварных соединений в производственных условиях
Список использованной литературы
Приложение А Приложение Б Приложение В
Введение
Методы и средства оценки надежности изделий играют определенную роль, поскольку являясь одной из составляющих качества, она характеризует способность изделий выполнять заданные функции в условиях эксплуатации в течение заданного времени с сохранением определенных свойств. Одним из путей повышения надежности является изучение свойств материала и деформационных процессов, происходящих в нем в процессе эксплуатации и приводящих к разрушению вследствие появления и развития макротрещин. В связи с этим большое внимание уделяется теоретическим и экспериментальным вопросам механики разрушения, которые используют в качестве параметров состояние материала и наличие дефектов в его структуре.
К наиболее эффективным экспериментальным методам оценки уровня механических свойств сварных соединений с требуемыми техническими условиями относятся испытания на трещипостойкость и определение трещиноустойчивости, достаточность которых определяется из условий удовлетворения эксплуатационных свойств.
Наличие экстремальных температур и усталостных нагрузок, при которых работают изделия, полученные с использованием различных технологий, в том числе составной сварной инструмент, предъявляют высокие требования к системам диагностики и контролирующей аппаратуре, особенно при сварке разнородных сталей.
Процессы, обусловленные возникновением дефектов и их развитием, в свою очередь, связаны с перераспределением напряжений и излучением упругих волн. Измерение параметров этих волн позволяет обнаружить развивающиеся дефекты, определять их местонахождение, степень опасности и ресурс работоспособности изделий. Неразрушающий метод контроля, основанный на регистрации волн напряжений, метод акустической эмиссии АЭ получает в настоящее время все большее распространение.
Актуальность


Высокую износостойкость имеют инструментальные стали с оптимальным содержанием карбидов М7С3 и МС, имеющего наибольшую твердость 1 ГУ 1. В связи с этим износостойкость быстрорежущих сталей может быть ниже, чем у полутеплостойких при нагреве до 0 С, но значительно выше при более высоких температурах. Она улучшается, если стали имеют более вязкую металлическую основу, мелкое зерно и скрыто кристаллическое строение мартенсита. В работе 3 показано, что красностойкость является основным фактором, от которого зависят режущие свойства быстрорежущей стали, а все остальные характеристики, даже такая существенная, как износоустойчивость, имеют второстепенное, соподчиненное значение. Предложено считать, что сталь обладает высокой режущей производительностью, если ее твердость после 5кратного часового отпуска при 0 С не станет ниже НЛС или ниже ШС после такой же обработки, но при 0 С. Высокую прочность стали в инструментах в отличие от твердости должны иметь не только в поверхностном контактирующем слое, но и на участках, в которых возникает наибольший изгибающий и крутящий момент, например, основание режущего инструмента. Прочность сталей высокой твердости характеризует сопротивление хрупкому разрушению. Высокая прочность необходима и в рабочем слое, нагревающемся при эксплуатации. Она составляет МПа при С 1. На прочность особенно значительно влияет зерно и распределение карбидов. Легирование кобальтом несколько понижает се значение. Вязкость в присутствии большого количества карбидов и интенсивного развития дисперсионного твердения при отпуске незначительна 0,1 0,4 реже 0,5 МДжм . Она характеризует главным образом работу, затрачиваемую на зарождение трещины. Другая часть работы разрушения, расходуемая на распространение трещины, очень мала. В связи с этим стали высокой твердости при обычных температурах чувствительны к выкрашиванию рабочей кромки и поломке инструмента, в частности, при врезании его в обрабатываемый материал, сквозном сверлении. Вязкость качественно зависит от большинства факторов, влияющих на прочность размер зерна, количество карбидов и их распределение, состояние границ зерен, твердость, но является более структурно чувствительным свойством. Для повышения вязкости теплостойких сталей при сохранении высокой твердости необходимо получение возможно более мелкого зерна, в том числе соответствующим легированием, и, кроме того, с целью улучшения состояния границ зерен легирование молибденом. Стали первой группы Р, Р, Р6М5 сохраняют твердость после нагрева 4 ч до 5 0 С. Они пригодны для резания большинства конструкционных материалов. По структурному признаку ледебуритные. Стали повышенной теплостойкости имеют высокое содержание ванадия РФЗ, Р6М5ФЗ или углерода азота Р8МЗ, Р6М5 или же их легируют дополнительно кобальтом РФ2К5, Р6М5К5. Стали сохраняют твердость после нагрева до 0 0 С и являются ледебуритными. Стали пониженной теплостойкости низколегированные сохраняют твердость после нагрева при 0 0 С. Их преимущества меньшее снижение механических свойств в крупных сечениях, большая прочность и особенно вязкость и более низкие температуры закалки. Различают две группы сталей ледебуритные, содержащие больше углерода, вольфрама, молибдена и ванадия ВЗМЗФ2, Р0М4 заэвтектоидные 8Х4В2С2МФ и эвтектоидные 6Х6ВЗМФС, 6Х4М2ФС. В зависимости от химического состава, а следовательно, и уровня основных свойств быстрорежущие стали подразделяют на стали нормальной и повышенной производительности 4. Стали, легированные вольфрамом и молибденом в оптимальном соотношении 1,5Мо, при содержании ванадия, не превышающем 2 , относят к сталям первой группы Р, Р, Р9, Р6М5, Р6М5, Р6МЗ, РЗМЗФ2Б. Стали с более высоким содержанием ванадия, а также дополнительно легированные кобальтом, относят к сталям повышенной производительности РФ2, Р6М5ФЗ, РФ2К5, Р9М4К8, Р6М5К5 и др Высокованадивые стали обладают повышенной износостойкостью за счет наличия высокотвердого карбида типа МеС, а кобальтовые стали более высокими твердостью, красностойкостью и теплопроводностью.