Структура и механические свойства многослойных материалов, сформированных по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из низкоуглеродистой стали

• Автор: Батаев, Иван Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 233 с. : ил.

1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ СО

СЛОИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

1.1. Анализ дислокационных механизмов упрочнения металлических материалов. Роль механизма зернограничного упрочнения
1.2. Измельчение зеренной и субзеренной структуры металлических материалов при реализации методов обработки в холодном и горячем состоянии
1.2.1. Структурные преобразования в сталях при реализации методов термопластического воздействия.
1.2.2. Структурные преобразования в мегалических материалах, формируемых по схеме кручения под давлением

1.2.3. Равноканальнос угловое прессование металлических материалов.

1.2.4. Изменение структуры металлических материалов при реализации методов отделки поверхности и поверхностного упрочнения.
1.2.5. Изменения структуры и свойств металлических материалов, обусловленные деформацией в холодном состоянии по технологии ротационной вытяжки.

1.3. Получение слоистых композиционных материалов на металлической основе

1.3.1. Сварка в процессе прокатки пакетов листовых заготовок

1.3.2. Сварка взрывом листовых заготовок.
1.3.3. Получение слоистых композитов по технологии сварки взрывом аморфных и нанокристаллических материалов
1.4. Выводы
1.5. Цели и задачи исследования
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы исследования
2.2. Химический анализ материалов исследования.
2.3. Методы исследования структуры материалов
2.3.1. Оптическая металлография.
2.3.2. Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ
2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия.
2.3.4. Анализ поликристаллической структуры на микроуровне методом дифракции обратно рассеянных электронов.
2.4. Анализ топографии поверхности.
2.5. Исследование механических свойств.
2.5.1. Определение микротврдости.
2.5.2. Прочностные испытания
2.5.3. Испытания на ударную вязкость
2.5.4. Испытания на усталостную трещиностойкость
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ В СИСТЕМЕ АиТОйт .
3.1. Расчт параметров сварки взрывом по инженерной методике
3.2. Математическое моделирование процессов, происходящих при сварке взрывом тонких стальных пластин.
3.3. Уравнение состояния для описания процессов, имеющих
место при сварке взрывом
3.4. Модель Джонсона Кука
3.5. Численное моделирование процессов сварки взрывом
3.6. Исследование параметров процесса сварки взрывом в зоне соединения стальных листовых заготовок при изменении толщины метаемой пластины
3.7. Выводы
4. СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ
МАТЕРИАЛОВ, СФОРМИРОВАННЫХ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ
СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН.
4.1. Особенности строения многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок
4.2. Особенности строения вихрей, возникающих в процессе сварки
взрывом стальных пластин.
4.3. Структурные исследования процессов двойни кования, имеющих место при динамическом нагружении сталей
4.3.1. Особенности двойникования в феррите при сварке взрывом тонколистовых пластин из стали
4.3.2. Двойникование в феррите и перлите в процессе высокоскоростной деформации стали при реализации условий фокусировки энергии
4.3.3. Особенности двойникования в трубчатой заготовке из стали , разрушенной внутренним давлением.
4.4. Анализ структурных превращений, происходящих при отжиге
многослойных материалов
4.5. Выбор эффективных схем термопластической обработки
стальных заготовок.
4.5.1. Формирование ультра мелкозернистой структуры феррита по технологии ротационной вытяжки и последующего отжига стали .
4.5.2. Анализ процессов, происходящих при ультразвуковой поверхностной пластической деформации и термической обработке технического железа
4.6. Выводы.
5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ
СО СТРУКТУРОЙ, СФОРМИРОВАННОЙ В ПРОЦЕССАХ
ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И СВАРКИ
ВЗРЫВОМ
5.1. Прочностные свойства материалов, сформированных по технологии сварки взрывом
5.2. Ударная вязкость материалов с межслойными границами, сформированными в процессе сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок.
5.2.1. Исследование зоны хрупкого разрушения в образцах первого типа
5.2.2. Фрактографические исследования крайних четырхслойных пакетов в образцах первого типа.
5.3. Циклическая трещиностойкость многослойных композиций сталь сталь , сформированных в процессе сварки взрывом
5.4. Особенности разрушения сваренного взрывом материала при расслоении вдоль шва с высоким профилем волны.
5.5. Прочностные свойства многослойных композиций, полученных сваркой взрывом заготовок с
ультрам елкозернистой структурой
5.6. Выводы.
6. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
6.1. Перспективы практического применения многослойных материалов с повышенным комплексом механических свойств
6.2. Поверхностное упрочнение быстроизнашиваемых деталей бурового оборудования
6.3. Оптимизация режимов высокоэнергетической обработки металлических материалов.
6.4. Упрочнение деформирующего инструмента, используемого
для ротационной вытяжки трубчатых заготовок
6.5. Использование результатов диссертационной работы в учебном процессе.
6.6. Представление полученных результатов на всероссийских и международных технических выставках
6.7. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Л. Бернштейна длительное время изучались процессы структурных преобразований, имеющих место при высокотемпературной термомеханической обработке ВТМО. Одна из основных идей этого процесса была связана с необходимостью создания в аустените развитой дислокационной структуры и ее наследования при последующем мартенситном превращении 2, , , . В научной школе Л. И. Тушинского идеи ВТМО были применены при разработке технологических схем обработки сталей, позволяющих осуществлять распад аустснита со скоростями, меньше критической , , . Таким образом, были предложены процессы высокотемпературной термомеханической изотермической обработки ВТМИЗО и высокотемпературной термомеханической диффузионной изотермической обработки сталей ВТМДИО. При реализации первого из отмеченных процессов формируется структура бейнита. Результатом второго процесса является образование структуры перлитного типа. Важнейшей задачей при разработке способов ВТМИЗО и ВТМДИО являлось формирование мелкозернистого аустенита. В процессе последующего распада уфазы формировались благоприятные структуры бейнитного или перлитного типа, обеспечивающие высокий комплекс механических свойств сталей. Дальнейшим развитием методов обработки металлических материалов, основанных на термическом и деформационном воздействии, явилась разработка способа регулируемого термопластического упрочнения РТПУ сталей , , . Основное требование, предъявляемое к данной обработке, заключается в необходимости соблюдения технологических режимов практически на каждом этапе процесса, включая температурновременные условия нагрева, степень обжатия заготовок в прокатных валках, особенно на последнем и предпоследнем переходах, условия охлаждения материала. Проблема формирования однородной мелкозернистой структуры сталей является одной из наиболее важных также при реализации технологии контролируемой прокатки , . Данный тип обработки предполагает понижение температуры деформации на последних проходах до 0. С. При этом обжатие за один проход должно составлять . При реализации методов обработки, основанных на деформации сталей в горячем состоянии и развитии рекристаллизационных процессов в аустените, формирование однородной структуры с размерами зерна, составляющими несколько микрометров, крайне затруднительно. По данным авторов работы 3 стали с размерами зерна менее мкм следует относить к сверхмелкозернистым. Для получения такой структуры может быть использована скоростная аустенитизация и кратковременная выдержка стали в аустенитном состоянии. Эффективных технологических процессов, обеспечивающих формирование зерен субмикронных размеров при реализации горячей деформации и используемых в промышленных масштабах, в настоящее время нет. Получение материалов с нано и субм икрокристаллической структурой является одной из наиболее актуальных проблем современного материаловедения . Сущность процесса заключается в следующем. Тонкий стальной диск сдавливается с большим усилием между двумя штангами и в условиях квазигидростатического давления деформируется кручением рис. Углубление, имеющееся в нижней штанге, не позволяет деформируемому материалу вытекать в радиальном направлении. Давление, развиваемое в дисках диаметром мм, достигает 1,5 ГПа. При обработке дисков диаметром 3 мм давление может составлять ГПа . Возникающее в процессе деформации напряженное состояние является весьма благоприятным с позиции сохранения сплошности материала. Деформация сдвигом может быть оценена по формуле
где г радиус диска, г0 бесконечно малое угловое перемещение, Ь толщина диска. Соответствующую эквивалентную деформацию можно оценить по формуле е уУз . Достоинство метода кручения под высоким давлением заключается в исключительно мелком зерне, формируемом в процессе деформации. Размер зерна деформируемого материала зависит от числа оборотов в процессе обработки. Впервые технология равноконального углового прессования. РКУП была предложена вработах ВМ Сегала с соавторами . РКУП является, одной из наиболее распространнных схем интенсивной пластической. Схема классического равнокапального углового прессования приведена на рис.