Формирование многослойных материалов с повышенным уровнем конструктивной прочности методом сварки взрывом углеродистых и легированных сталей

• Автор: Приходько, Елена Алексеевна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 224 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ СО СЛОИСТЫМ СТРОЕНИЕМ.

1.1. Оценка роли дислокационных механизмов в формировании уровня конструктивной прочности металлических материалов

1.2. Процессы, обеспечивающие измельчение зеренной структуры.

1.2.1. Структурные преобразования в сталях при реализации методов термопластического воздействия

1.2.2. Структурные преобразования в сталях при деформации

в холодном состоянии

1.3. Получение металлических материалов со слоистым строением.

1.3.1. Получение металлических слоистых композиционных материалов методом горячей пакетной прокатки
1.3.2. Получение металлических слоистых композиционных материалов методом сварки взрывом.

1.3.2.1. Схемы реализации процесса сварки металлических материалов взрывом.

1.3.2.2. Особенности структуры и свойств
композиционных материалов, полученных сваркой взрывом
1.3.2.3. Особенности структуры и свойств композиций, полученных сваркой взрывом разнородных материалов.
1.3.2.4. Процессы деформационного упрочнения металлов при сварке взрывом.
1.4. Механические свойства металлических слоистых композиционных материалов, полученных сваркой взрывом.
1.5. Практическое применение технологии сварки взрывом в современной промышленности
1.6. Выводы
1.7. Цель и задачи.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Выбор материалов исследования.
2.1.2. Химический анализ.
2.2. Методы исследования структуры материалов
2.2.1. Оптическая металлография.
2.2.2. Растровая электронная микроскопия
2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия.
2.2.4. Рентгеноструктурные исследования
2.2.4.1. Рентгенофазовый анализ.
2.2.5. Исследование механических свойств
2.2.5.1. Определение микротвердости.
2.2.5.2. Наноиндентирование микрообъемов сваренных заготовок
2.2.5.3. Прочностные испытания
2.2.5.4. Испытания на ударную вязкость
2.2.5.5. Определение усталостной трещиностойкости
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ ВЗРЫВОМ РАЗНОРОДНЫХ ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ В СИСТЕМЕ АиТОйУЬШ.О
3.1. Математическое моделирование процессов, происходящих при сварке взрывом тонких пластин из разнородных
сталей.
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Характеристики материалов, используемых при моделировании.
3.2. Результаты моделирования.
3.3. Выводы
4. СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СФОРМИРОВАННЫХ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ ПЛАСТИН ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ
4.1. Анализ исходных материалов
4.1.1. Металлографические исследования исходных материалов
4.1.1.1. Исследование фазового состава исходных
материалов
4.2. Особенности строения многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок
4.2.1. Структурная неоднородность композитов,
сформированных в процессе сварки взрывом.
4.2.2. Искажение профиля волн сварных швов
4.2.3. Градиентная структура сварного соединения из разнородных сталей
4.2.3.1. Особенности структуры аустенитной стали,
деформированной в процессе сварки взрывом
4.2.3.2. Особенности структуры углеродистой стали,
деформированной в процессе сварки взрывом
4.2.3.3. Структурные преобразования перлита в процессе сварки взрывом.
4.3. Исследование влияния термической обработки на структуру композиционных материалов
4.3.1. Анализ структурных превращений при отжиге многослойных материалов, полученных сваркой взрывом разнородных сталей.
4.3.2. Анализ структурных превращений при закалке многослойных материалов, полученных сваркой взрывом разнородных сталей.
4.4. Выводы
5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ
МАТЕРИЛОВ СО СТРУКТУРОЙ, СФОРМИРОВАННОЙ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ ВЗРЫВОМ
5.1.Прочностные свойства слоистых материалов, сваренных взрывом
5.1.1. Фрактографические исследования статически разрушенных многослойных материалов сталь ХНТ
сталь и сталь ХНТ сталь 5ХВ2С
5.2. Ударная вязкость слоистых материалов, сформированных в процессе сварки взрывом тонколистовых заготовок из разнородных сталей.
5.2.1. Фрактографические исследования динамически разрушенных многослойных пакетов сталь XН ЮТ сталь
5.2.2. Фрактографические исследования динамически разрушенных многослойных материалов сталь ХНТ
сталь 5ХВ2С.
5.3. Циклическая трещиностойкость многослойных материалов, полученных сваркой взрывом тонколистовых заготовок из разнородных сталей.
5.4. Динамическое нагружение многослойного металлического композиционного материала с высокопрочным
индентором
5.5. Выводы
6. АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
6.1. Преимущества слоистых материалов, полученных по технологии сварки взрывом пластин из разнородных сталей
6.2. Рекомендации по практической реализации технологии сварки взрывом многослойных композиций из разнородных сталей.
6.3. Применение результатов проведенных исследований в учебном процессе.
6.4. Представление результатов экспериментальных исследований на промышленных выставках.
6.5. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В х годах прошедшего столетия активно проводились работы по использованию прокатного нагрева для закалки сталей после заключительного обжатия заготовок в валках 5. Вопросы измельчения зеренной структуры сталей, формирования их оптимальной дислокационной структуры подробно изучались при разработке технологии термического упрочнения проката научной школой под руководством академика К. Ф. Стародубова и других известных специалистов . М.Л. Бернштейном с сотрудниками были изучены процессы насыщения деформируемого аустенита большим количеством несовершенств с последующим их переносом в конечную структуру мартенсит в процессе высокотемпературной термомеханической обработки ВТМО 9. В научной школе профессора Л. И. Тушинского идеи ВТМО были применены при разработке технологических схем обработки сталей, предусматривающих превращение деформированного аустенита не только в мартенсит, но также в перлит, бейнит или смесь из перлита и феррита. Таким образом, были предложены процессы высокотемпературной термомеханической изотермической обработки ВТМИЗО и высокотемпературной термомеханической диффузионной изотермической обработки сталей ВТМДИО . Первый способ позволяет получить структуру бейнита, второй структуру перлитного типа. Достижение высокого комплекса механических свойств при использовании процессов ВТМИЗО и ВТМДИО предусматривает получение мелкозернистого аустенита, в результате распада которого формируются благоприятные структуры бейнитного и перлитного типа. Следующим шагом развития анализируемых процессов стала разработка технологии регулируемого термопластического упрочнения РТПУ сталей. Эта технология основана на идее сочетания в одном, разделенном на два этапа технологическом процессе, эффективных механизмов дислокационного упрочнения а3 и адпя На первом этапе в стали создается мелкий рекристаллизованный аустенит, на втором внутри измельченного аустенитного зерна формируются полигоны и дислокационные ячейки. Создать однородную мелкозернистую структуру сложно даже при реализации технологии контролируемой прокатки. Решение данной проблемы в процессе регулируемого термопластического упрочнения основано на строгом соблюдении технологических режимов практически на каждом этапе обработки. В работах Л. И. Тушинского с сотрудниками было показано, что в процессе РТПУ необходимо надежно контролировать температурновременные условия нагрева, степень обжатия заготовок в прокатных валках особенно на последнем и предпоследнем переходах, условия охлаждения материала. Эффективных технологических процессов, обеспечивающих формирование зерен субмикронных размеров при деформации металлических материалов в горячем состоянии с возможностью использования в промышленных масштабах, в настоящее время нет. В настоящее время специалистами обсуждаются два подхода к решению проблемы формирования материалов с ультрадисперсной структурой . Один из них заключается в построении материала по принципу атом за атомом. Примерами такого подхода являются конденсация материала в среде инертного газа , технология электроосаждения . Проблемы, характерные для этих методов, можно избежать, используя альтернативный подход, когда монолитные материалы с изначально большим размером зерен специальным образом обрабатываются. В общем случае измельчение зерна осуществляется в ходе интенсивной пластической деформации в результате создания в материале большого количества дислокаций и их последующей самоорганизации, приводящей к образованию множества зеренных и субзеренных границ . В настоящее время специалисты используют несколько различных технологических процессов, основанных на интенсивной пластической деформации, включая равноканальное угловое прессование , а также кручение под давлением . Интенсивная пластическая деформация металлов в холодном состоянии позволяет значительно уменьшить размер зерен и обеспечить уникальные прочностные характеристики. Интерес к получению ультрамслкозернистых материалов УМЗМ с использованием технологических процессов, основанных на интенсивной пластической деформации, резко возрос в последние десятилетия .