автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение долговечности тонкостенных сосудов давления с использованием материалов с эффектом памяти формы

На правах рукописи

Мышевский Игорь Сергеевич

ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТОНКОСТЕННЫХ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕРИАЛОВ С ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

Специальность 05 02 01 - «материаловедение (в машиностроении)» 05 03 06 - «технологии и машины сварочного производства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии^ибббЗ1

Краснодар - 2007

003066631

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Кубанский государственный технологический университет"

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бледнова Жесфина Михайловна

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Бровер Галина Ивановна

кандидат технических наук, доцент Лаевский Виталий Семенович

Ведущая организация- ОАО НПО «ЦНИИТМаш»

г. Москва

Защита диссертации состоится «30» октября 2007 г в 14 00 ч на заседании диссертационного совета Д 212 05801 при Донском государственном техническом университете по адресу 344010, г Ростов-на-Дону, пл Гагарина 1, ауд 252

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по адресу 344010, г Ростов-на-Дону, пл Гагарина 1, ДГТУ, диссертационный совет Д 212.058 01 Автореферат разослан » сентября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд техн наук, доцент

Шипулин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Тонкостенные сосуды давления (ТСД) широко используются в различных областях машиностроения в химическом, нефтяном, энергетическом, транспортном машиностроении, в пищевой промышленности, в авиастроении и космической технике Большая часть ТСД представляют собой сварные тонкостенные оболочки, работающие в условиях циклического нагружения и воздействия активных сред Повысить прочность и долговечность сосудов давления возможно за счет комплексного подхода, сочетающего в себе как конструктивные, так и технологические решения на основе использования новых материалов, в том числе материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ) Сегодня эти материалы используются, в основном, для обеспечения различного рода функциональных свойств в конструкциях соединительных и установочных деталей, датчиков, исполнительных элементов, самоустанавливающихся конструкций и др Среди материалов с ЭПФ наиболее сбалансированным сочетанием функционально-механических и технологических свойств обладают сплавы на основе №Т1 В этой связи актуальной задачей является теоретическое обоснование и экспериментальная оценка возможности легирования сварного соединения № и Т1 для обеспечения релаксации напряжений в шве при циклическом нагружении за счет проявления свойств памяти формы

Уникальные возможности сплавов на основе №Т1, связанные с проявлением эффектов памяти, уже успешно реализованы при создании ряда устройств и техники нового поколения аэрокосмического и автомобильного комплекса, в приборо- и машиностроении Конструктивные элементы из сплавов №П могут также быть использованы для повышения долговечности ТСД в качестве упрочняющих и обеспечивающих, в случае необходимости, сборку-разборку конструкции

Несмотря на значительные успехи, достигнутые российскими (А Е. Волков, С В. Добаткин, Ю Н Коваль, В Г Курдюмов, В А Лихачев,

НА Махутов, А И. Разов, С В Шишкин и др) и зарубежными (СМ Вейман, Я Ван-Хамбек, ДИ Ли, С Миязаки, К Ооцука, Э Хорнбоген и др) учеными при исследовании структуры, свойств и применений никелида титана, вопросы, касающиеся получения качественных соединений с использованием NiTi, остаются малоизученными

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в соответствии с НИР «Повышение долговечности деталей машин с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы» по подпрограмме Министерства образования Российской Федерации "Производственные технологии" (код проекта 2010101115) 2001-2002 гг, в соответствии с координационным планом НИР в рамках программы РНП 2 1 2 4958 (2 14 080) на 2006-2008 гг «Повышение функционально-механических свойств сталей путем создания поверхностных слоев с ЭПФ», а также по госбюджетной теме 6.5 2 01-05 кафедры «Динамика и прочность машин» КубГТУ «Конструктивно-технологические методы повышения долговечности деталей машин и элементов конструкций, работающих в сложных условиях нагружения»

Цель работы - разработка конструктивно-технологических методов повышения циклической долговечности тонкостенных сосудов давления путем формирования структуры и функционально-механических свойств сварного шва на стали 12Х18Н10Т с использованием материалов с ЭПФ на основе NiTi

Задачи исследования:

определить количественный и фазовый состав материала сварного шва, легированного никелем и титаном, с целью обеспечения в нем эффекта памяти формы,

выполнить анализ деформационных процессов, происходящих в легированном шве при его обработке, и определить их влияние на проявление эффекта памяти и упрочнение соединения,

разработать технологию легирования сварных швов на стали 12Х18Н10Т никелем и титаном для обеспечения функционально-механических свойств соединений,

провести экспериментальную оценку механических свойств образцов, содержащих легированный сварной шов,

разработать конструктивно-технологические способы повышения долговечности ТСД

Методы исследования базировались на основных положениях металловедения, термодинамики, механики разрушения, метода конечных элементов (МКЭ), математических методов планирования экспериментов Научная новизна:

получено численное решение контактной задачи процесса деформирования сварного соединения из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм, легированного никелем и титаном, что позволило определить степень проявления эффекта памяти формы материалом сварного шва на уровне 0,8-1,0 %, достаточного для компенсации напряжений, возникающих как в процессе сварки, так и при эксплуатации тонкостенных сосудов давления Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что получение однородной структуры, заданных функциональных свойств и максимальных значений расчетного предела текучести обеспечивается массовой долей легирующих компонентов в сварном шве на уровне 45% "Ni и 41% Ti при усилии обкатки 13-16 кН и изотермическом отжиге при 500 °С,

термодинамическое моделирование изотермических сечений тройной диаграммы состояния Fe-Ni-Ti при температурах от 300 до 1100 К позволило определить количественное соотношение Ni, Ti и Fe в сварном шве и его фазовый состав, необходимый для проявления эффекта памяти формы Установлено, что выбранный сплав находится в трехфазной области диаграммы состояния и содержит следующие фазы NiTi, Laves С14, Ni3Ti, образующие непрерывный ряд твердых растворов, фаза NiTi обеспечивает проявление эффекта памяти формы, а фазы Лавеса на основе железа и Ni3Ti уп-

рочняют металл сварного шва Установлено, что хром, попадающий в сварной шов из свариваемой стали 12X18Н1 ОТ, входит в состав твердых растворов и в количестве до 5 % не оказывает влияния на проявление легированным металлом сварного соединения эффекта памяти формы,

проведены комплексные металлофизические исследования легированного никелем и титаном сварного шва, в том числе с использованием мультифрактального анализа, которые позволили выявить статистические закономерности эволюции структуры легированного сварного шва, ее основные количественные параметры и степень адаптации к внешним воздействиям на всех этапах технологического процесса изготовления сварного соединения Установлено, что максимальная степень упрочнения легированного сварного шва и максимальная адаптивность достигается после проведения полного цикла обработки сварного шва, заключающейся в обкатке и изотермическом отжиге,

с использованием методов планирования эксперимента получена регрессионная модель, связывающая критерии работоспособности легированного никелем и титаном сварного шва с основными параметрами процесса сварки и последующих операций обкатки и отжига Установлено, что оптимальными являются следующие технологические режимы 1д=65 А, UCB=30 В, VOB=90 мм/мин, <1эл=3 мм, усилие обкатки 13-16 кН, температура отжига 500 °С, массовая доля легирующего компонента 75-80 % В результате обеспечивается проявление эффекта памяти формы материалом сварного шва 0,8-1,0 %, предел прочности 565-580 МПа, относительное удлинение после разрыва 37-40 %, относительная прочность сварного соединения 95-99 %

Практическая значимость:

определены оптимальные режимы получения неразъемных соединений стали 12Х18Н10Т с относительной прочностью сварного соединения 95-99%,

проведена оценка влияния термической обработки (ТО) и пластического деформирования (ПД) на характеристики прочности и пластичности соединений, выполненных с использованием сплавов №Т1,

разработан способ упрочнения тонкостенных цилиндрических сосудов давления с использованием кольцевых элементов из материала с ЭПФ, аналитически и численными методами решена задача оптимизации шага установки упрочняющих кольцевых элементов,

разработан способ соединения цилиндрических деталей одного диаметра, включающий нанесение покрытия из сплава с ЭПФ на соединяемые детали, и произведен расчет НДС в соединении;

разработан способ соединения сопрягаемых деталей с использованием материалов на основе №Т1

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на первой межвузовской научно-методической конференции «Электромеханические преобразователи энергии», КВАИ, Краснодар 20-21 марта 2002, 4-ой южнороссийской научной конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки», КВАИ, Краснодар, 7-8 апреля 2005, 4-ой Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов Корпоративные, нано- и САЬ8-технологии в наукоемких отраслях промышленности» (ТПКММ), МГУ, Москва, 26-29 апреля 2005, 4-ом Международном междисциплинарном симпозиуме «Фракталы и прикладная синергетика», ИМЕТ РАН, Москва (Россия), 14-17 ноября 2005, международной конференции по теории механизмов и механике машин, КубГТУ Краснодар (Россия), 9-16 октября 2006 На защиту выносятся:

результаты моделирования изотермических сечений тройной диаграммы состояния Бе-№-Т1,

конечно-элементное решение задачи, описывающей деформационные процессы при обработке сварных соединений из стали 12Х18Н10Т, выполненных с использованием сплавов на основе №Г1,

технология получения сварных соединений стали 12Х18Н10Т с использованием сплавов №Т1, включающая ПД и ТО соединения,

результаты экспериментальных исследований механических свойств образцов, содержащих легированный сварной шов,

способ упрочнения ТСД, имеющих цилиндрическую часть, с использованием кольцевых элементов из материала с ЭПФ (патент РФ № 2286507), аналитическое решение в случае установки одного кольцевого элемента и численное - в случае установки нескольких элементов с рассчитываемым шагом,

инженерные решения с использованием сплавов с ЭПФ (соединение цилиндрических деталей одного диаметра, патент РФ № 55904, способ соединения сопрягаемых, деталей патент РФ № 2249731), для которых определены оптимальные конструктивные и технологические параметры

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 2 в рецензируемых изданиях Получено 3 патента РФ, 1 решение на выдачу патент РФ, подана 1 заявка на патент РФ (№ 2007104444 приоритет 05 02 07)

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5 глав, перечня основных результатов и выводов, приложения Диссертация содержит 149 страниц, 66 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 147 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе выполнен анализ использования материалов с ЭПФ для повышения долговечности сварных ТСД Рассматриваются некоторые конструктивные и технологические способы повышения долговечности сосудов давления, роль материалов с ЭПФ в современном машиностроении, термомеханические характеристики легированных систем на основе сплавов с ЭПФ, анализ механических свойств сплавов на основе №Тт

Значительный вклад в исследование вопросов прочности и долговечности сварных ТСД внесли такие ученые как Н П Алешин, С А Куркин, В Ф Лукьянов, Н.А Махутов, В В Москвичев, Б.Е Патон, М В Шахматов и др Анализ работы ТСД на примере корпусов никель-водородных аккумуляторов (НВА) показал, что, несмотря на значительные успехи (В В Галкин, Я Е Гинделис, Б И Центер, А И Клосс и др ), достигнутые при разработке и изготовлении корпусов НВА, в настоящее время повышение долговечности таких конструкций возможно за счет создания в материале сварного шва термоупругих превращений, позволяющих значительно снижать накопление повреждений Достигнуть это можно за счет введения в сварочную ванну элементов, образующих в сварном шве соединения, обладающие памятью формы.

Для описания явлений и механизмов, происходящих при легировании сварного шва, рассматриваются два подхода прямой, в котором законы эволюции системы описываются на основе рассмотрения микромеханизмов превращений (Танака, Сато), или непосредственно по результатам эксперимента (Лианг и Роджерс, Грейзер и Козарелли, Баретт), термодинамический, основьшакяцийся на анализе свободной энергии системы и включающий переменные состояния, позволяющие определять объемные доли различных форм мартенсита (Бервейлер, Ортин и Плане, Ранески, Сан и Хуанг, Бойд и Лагудас) Проведенный анализ показал недостаточную изученность влияния железа на функциональные и механические свойства системы ЖП

Во второй главе для оценки свойств соединений, легированных N1 и Т1, произведено моделирование фазового состава системы Ре-№-Т1 при температурах от 300 до 1100 К с шагом 100 К

Расчет проводился на основе представления энергии Гиббса (1) в форме избыточной мольной энергии для которой и определялось аналитическое выражение Далее вычислялись коэффициенты активностей компонентов

а = =ят£х,ых,+а", (1)

г=1 /«1

т

где с/: = КГ^Х, Ьг, - избыточная мольная энергия, X, - концентрация г -

го элемента, 1п у, - парциальная мольная избыточная энергия Гиббса растворенного вещества г, ц* - химический потенциал чистого компонента г

Свойства тройных систем (в частности металлических растворов) с достаточной степенью точности описываются суммой двойных вкладов и выборочных тройных (обычно не более двух-трех тройных параметров) Так, для тройной системы Ре-№-Т[ при заданной температуре Т можно записать

оЕ /(ИГ) = [оЕ +\аЕ /(дпк^ + И /(яг)кь + , (2)

где |оЛ 1(ЯТ)1е

\рЕ = ХреХп (ЛРеХРе + АпХп + А^рХ^Х^ ) ,

-п ~ XтХЬ(А№Хт + АпХТ1 + Ат;Г1ХтХп), [ог 1(КГ)\ре_М1_т, = Х^ХщХ^А^ № п Параметры А,п г,],к ~ Рг,Ыг,Тг являются экспериментальными данными Кривые постоянной активности рассчитываются по уравнению (2) с очевидным условием Хъ = 1 - -Хт

Д ля определения условия равновесия между двумя фазами использовался ступенчатый расчет изотермического сечения Цель расчета фазового равновесия состоит в определении для любой заданной точки Р двухфазной области 2т+2 (в случае трех-

300 К

1.12 рсс+рсс а1

о-в о.* аз ол I 01 |ь|| 115 гсс»рсс а1+ыш1

Рисунок 1 - Сечение тройной диаграммы Ре-№-Т1 при температуре 300 К

и

компонентной фазовой диаграммы т=3) неизвестных чисел молей па и п" и мольных долей х" и X? (г=Ре, N1, Тг) Идея расчета состоит в определении изменения энергии Гиббса сЮ при переходе от одного состояния к другому, а именно от известного равновесного состояния с мольными долями X" и х!' суммарного состава Х° к неизвестному равновесному составу Х° + с1Х° Аппроксимация сЮ производилась с помощью ряда Тейлора второго порядка с параметрами йпа, сК", с]Х? (/=№, Тг) Минимизация сЮ приводит к системе из 3-х линейных уравнений с 3-мя переменными Остальные неизвестные определяются с помощью баланса масс Произведен расчет изотермических сечений диаграммы состояния Ре-№-Т1 при температурах 300 К -1100 К с шагом 100 К (рисунок 1)

Все диаграммы состояния содержат промежуточные фазы Лавеса типа С14 с гексагональной решеткой При температурах ниже 700 К фазовые области практически не изменяют своих границ, фазовых превращений не происходит При температурах выше 700 К происходит расслаивание области Тй^+ЪауевС 14+№3Т1, химический состав которой соответствует составу легированного соединения, с образованием фазы Ьауе5С14+№3Т1, однако сама область Т1№+Ьауе8С14+№3Т1 практически не изменяет своих размеров на диаграмме С увеличением температуры прослеживается тенденция расширения зоны Т1№+ЬауезС14, что говорит о вытеснении №3Т1 в область с большим содержанием никеля При температуре Т=900 К происходят превращения ОЦК->ГЦК и перестройка с интенсивным возникновением фаз с кубической плотноупакованной структурой, обладающих упрочняющим эффектом Присутствие фаз Лавеса на основе железа при повышенных температурах (Т^ 1000 К) свидетельствует о стабильном структурном состоянии легированного соединения и об упорядочении первоначально неупорядоченных твердых растворов (т е образовании сверхструктур дальнего порядка).

Однако реальный процесс сварки характеризуется высокими скоростями нагрева и охлаждения, что в совокупности с различием в коэффициентах температурного расширения стали и присадочного материала приводит к возникновению остаточных напряжений, достигающих 0,7-0,9 ат Поэтому в качестве последующей обработки соединения были выбраны обкатка (ПД) для снятия температурных напряжений и диффузионный отжиг (ТО)

Оценка влияния усилия при ПД на величину проявления ЭПФ и упрочнения сварного шва проводилась при помощи МКЭ для листов стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм, сваренных с присадкой на основе №Т1 Определение НДС при ПД (обкатке) представляет собой контактную задачу, для решения которой использовался специальный тип нелинейных элементов При расчетах принимался коэффициент трения между поверхностями равный 0,1, учитывались все члены матрицы жесткости, коэффициент жесткости для относительного касательного смещения узлов линий скольжения до начального проскальзывания принимался равным нулю Решение задачи производилось в упруго-пластической постановке при помощи нелинейного статического анализа Зависимость напряжений и деформации доя материала легированного сварного шва представлялась степенной зависимостью е-е-^сг/сггУ, (3)

где а7,ет - предел текучести и деформация на пределе текучести

Показатель степени п определялся из условий соответствия соотношения (3) экспериментальным данным на осевое растяжение Изменение показателя п от 1 до ® соответствует широкому диапазону моделей материалов от линейно-упругого (и=1) до жестко-идеально-пластического («=»). Установлено значение показателя «=2,3-2,6

Рассчитаны величины эквивалентных напряжений и пластических деформаций при различных усилиях обкатки и количества вводимых легирующих компонентов Построены номограммы влияния количества легирующих элементов и усилия обкатки на величину упрочнения сварного соединения (рисунок 2) Максимальное ее значение достигается при массовой доле леги-

рующих элементов (55,3 %№, 44,7 %Т1) в шве £)=72-80 % и усилии обкатки Р=13~ 1бкН Величина восстанавливаемой материалом шва деформации после снятия нагрузки оказалась равной 0,8-1,0 %

В третьей главе описываются материалы и образцы для проведения исследований, технологическое оборудование, испытательные машины, средства измерения и диагностики В качестве исследуемого материала и его сварных соединений была выбрана хромоникеливая сталь 12Х18Н10Т В качестве сплава с ЭПФ использовалась проволока 0 1 мм из сплавов N1X1, следующего химического состава с температурами превращений N1553X1447 А8=33 °С, Ар44 °С; N151,5X1^625 А5=-91 °С, Аг-69 °С, N155,5X1445 А5=-39 °С, А^-26 °С

Аргонодуговая сварка неплавящимся W-элeктpoдoм проводилась на двух установках Первая была оборудована специальной камерой, где проводилась сварка в среде чистого аргона, а вторая имела сварочную головку, обеспечивающую местную защиту зоны сварки

Предложен альтернативный способ неразъемного соединения деталей (приор № 2007104444 от 05.02 07) Кромки соединяемых деталей располагаются параллельно Между кромками соединяемых деталей размещается вставка, выполненная из материала с ЭПФ Затем осуществляется плавление вставки и кромок соединяемых деталей до их сплавления и охлаждение Преимущество такого способа заключается в увеличении содержания материала с ЭПФ в соединении.

Испытания на статическое растяжение образцов основных материалов и их сварных соединений производились на плоских образцах толщиной

РкН

Рисунок 2 - Линии равного уровня относительного изменения расчетного <тт соединения в зависимости от усилия обкатки Р и массовой доли легирующего компонента <2 в шве

1 мм в соответствии с ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 6996-66 на модернизированной испытательной машине УМЭ-10ТМ, соответствующей требованиям ГОСТа 7855-84 Малоцикловые испытания проводились при циклическом растяжении на УМЭ-10ТМ в соответствии с ГОСТ 25 502-79 с коэффициентом асимметрии цикла г=0,3 Для определения коррозионной стойкости легированных соединений проводились электрохимические и малоцикловые испытания образцов в коррозионной среде (3,5 % NaCl и 30 % КОН+Н2)

Металлографические исследования проводились на микроскопах ИМЦ-100, МИМ-8, NU-2E (Carl Zeiss Jena) и растровом сканирующем микроскопе JSM-840 (JEOL) Рентгенофазовый анализ - на дифрактомет-рах TUR М62 и Дрон-3 (в Cu-Кц излучении), химический - на дифракционном стилоскопе СЛ-13 и микроанализаторе микроскопа JSM-840, дюро-метрический - на приборе TIMT-3

В четвертой главе приведены результаты отработки технологических режимов легирования и исследований эксплуатационных свойств легированных соединений В роли основных характеристик, определяющих работоспособность сварного соединения, были приняты условный предел текучести о-0 2 и относительное удлинение после разрыва S Отсеивающий эксперимент показал, что основными параметрами процесса сварки и последующей обработки, определяющими изменение этих характеристик, являются I - рабочий ток (A), Q - массовая доля легирующего компонента в сварном шве (%), Р — усилие при ПД (кН), t - температура изотермического отжига в среде аргона (°С). Остальные параметры технологического процесса принимались постоянными с учетом литературных данных и опыта

Проведенная серия опытов на установке с местной защитой показала неудовлетворительные результаты, вызванные недостаточной для сплавов на основе NiTi степенью защиты сварочной ванны Вследствие попадания из воздуха N, О, Н получавшиеся сварные соединения на стали 12Х18Н10Т имели трещины непосредственно после проплавления, что также имело

место в исследованиях других авторов Поэтому дальнейший эксперимент проводился на установке, оборудованной камерой защитных газов

Таблица 1 - Результаты статических испытаний образцов и их сварных соединений из стали 12Х18Н10Т, выполненных по различным технологиям (средние значения по 5 испытаниям)

Вид аргонодуговой сварки Технолс парамет| гические эы сварки Механические характеристики

1 А Р, кгс 1,°С ег0 2, МПа а», МПа 6,%

Без сварки - - - - 200 583 44,6 21,3

Сварка встык без присадка 50 - - - 188 522 34,6 15,1

Сварка встык с присадком 06Х19Н9Т 75 30 3000 - 190 568 41 18,4

Сварка встык с присадком №Т) 65 80 1500 700 207 574 40 18,2

Серия опытов, спланированных на основе униформ-ротатабельных планов второго порядка, позволила при минимальном их числе составить статистическую модель технологического процесса легирования На основе отсеивающего эксперимента и результатов расчета диаграммы Ре-№-Т1 интервалы варьирования факторов принимались следующими 1 = 40-70 А, б = 40-80%; Р = 0-40 кН, * = 25-1200 °С Установлено, что предельно допустимое содержание хрома в соединении, не препятствующее обратимому формовостановлению, должно не превышать 5,0-5,5 %

Статические испытания проводились при температурах 25-27 °С Доверительные интервалы определялись с помощью Р-критерия при р=0 05 С использованием пакета 81ай5йса 6 0 произведен расчет функций отклика Результаты статических испытаний представлены в таблице 1

Пути повышения долговечности соединений состоят в снижении накопления повреждений или их влияния на наиболее слабую зону - сварной шов Достичь этого можно, используя свойства сплавов с ЭПФ и разработанную технологию легирования Механизм повышения долговечности сварного соединения состоит в упрочнении дисперсными частицами и релаксации напряжений, что подтверждается уменьшением размаха деформации при циклических испытаниях в результате протекания термоупру-

гих мартенситных превращении Испытания соединений, выполненных по отработанной технологии, показали увеличение числа циклов до разрушения до 2 раз при напряжениях <тт„- 230-280 МПа в сравнении с образцами, сваренными с присадкой 06Х19Н9Т

После статистической обра-

Рисунок 3 - Кривые малоцикловой устало- ботки результатов эксперимента, ста сварных образцов из стали 12Х18Н10Т,

легированных Ni и Ti, на воздухе и в среде предложена эмпирическая зависи-30 % КОН, построенные по уравнению (4),

точки - эксперимент (А - на воздухе, в сре- мость (4), описывающая кривые ус-де КОН ■ <р= -0,9 В, • ф - -1,3 В) талости образцов, содержащий ле-

гированный никелем и титаном шов, испытанных на воздухе и в среде 30 % КОН в области 103-105 циклов (рисунок 3)

N, цикяоз W

N--

мг

к =

-1 < 0 Ф<-1

(4)

где ств - предел прочности, Е - модуль Юнга, ста - амплитуда напряжений, Р - показатель, учитывающий условия и характер нагружения, <р — разность потенциалов, А, В — безразмерные коэффициенты (А=1,115, В=0,55)

Сопоставляя усталостные испытания образцов на воздухе и в коррозионной среде, следует отметить снижение усталостной прочности последних Величина снижения (в среднем) усталостной долговечности легированных соединений, испытанных в среде, по сравнению с теми же образцами, испытанными на воздухе, в диапазоне напряжений <7^=225-275 МПа составляет длясредыс <р =-0,9 В - в 5-6 раз, для среды #>=-1,3 В-в 8-10 раз

Электрохимические исследования коррозионного поведения легированного соединения в среде 3,5 % ЫаС1 показали, что область пассивности соединения шире, чем основного материала и смещена в область отрицательных

потенциалов (рисунок 4) Протяженность области устойчивого пассивного состояния для основного материала 550 мВ, сварного шва 680 мВ Исследование

взаимного влияния легированного шва и основного материала в 3,5 % растворе NaCl показало, что несмотря на то, что легированный шов более электроотрицательный, гальванический эффект минимальный Скорость коррозии соединения и основного материала сопоставимы Для оценки восстановительной способности материала шва сразу после удаления нагрузки проводилось макроиндентирование при одной и той же нагрузке при помощи закаленного шарика диаметром 1,588 мм Отпечаток, оставленный на стали (0 0,832 мм), оказывался больше отпечатка на сварном шве (0 0,709 мм) Разброс разностей диаметров отпечатков, оставленных на стали и сварном шве, составлял порядка 0,1-0,13 мм С учетом разницы в числах твердости по шкале HRB для стали и сварного шва, степень восстановления формы материалом сварного шва оценивается 0,7-1,2 %

Рисунок 4 - Поляризационные кривые образцов в 3,5 % NaCl

Рисунок 5 - Химический состав легированного соединения на участке перехода от ЗТВ к сварному шву (а), центр сварного шва (б)

Связь функционально-механических свойств сварного соединения со

структурными параметрами определялась на основе химического, рент-

генофазового и металлографического анализов (рисунки 5, 6, 7), Металлографический анализ показал мелкие выделения, диспергированные в матрице. Выделение фаз такого типа инициируется титаном, присутствующим в соединении. Эти соединения имеют плотиоупаковаиную упорядоченную структуру (сверхрешетку) с объем но центрирован ной кубической элементарной ячейкой. Согласно рассчитанным диаграммам состояния эти

Рисунок 7 - Микроструктура легированного сварного шна (а) - х1900. (б) -х500

Сразу «осле старки шов имеет неоднородную структуру с явным выделением фаз па основе N¡11 (рисунок 7). Доминирующей является фаза с В2-решеткой, содержащая небольшое количество хрома (<3 %). Обкатка приводит к дроблению и ориентации структуры в направлении, перпендикулярном к обкатке. Наиболее выраженное изменение формы зерна наблюдается вблизи поверхности контакта ролика с материалом. После отжига микроструктура соединения становится более однородной и гетерогенной, сохраняющая вторичные фазы по границам зерен. В качестве вторичных фаз были обнаружены фазы обогащенные титаном (№, Ре)"П, однако их доля не превышала 3-10 % в соединении. Край сварного шва содержит фазы, обогащенные железом, и ярко выраженную дендритную сетку,

-I ' 1 1 ' I I ■ I I I I м ■ I . - I I ,-и I | м

1 ^ "

1| г I :

11 г 5 1

: т*^ * т

I П ? к 1

V 'и...

'ГЦ

г | | | ■ 1......... ' ' ' ............

35 40 Ш К ?С ЕС- щ

Рисунок 6 - Рентгенограмма сварного соединения стали 12Х18Н10Т. выполненного с присадкой ЫГП

соединения соответствуют N13X1.

ориентированную по направлению отвода тема. Ширина зоны сплавления колеблется от 60 до 150 мкм. Микроструктура этой зоны неоднородна и инвариантна по отношению к внешним воздействиям (отжиг, обкатка). Структура материала, прилешощего к зоне сплавления, такая же, как и вдали от него. Объясняется это высоким теплоотводом (сварка на медных пластинах с охлаждением) и сравнительно малой толщиной свариваемых листов (1 мм). Основной материал представлен характерной для этой марки стали аустенитной структурой с размером зерна 15 70 мкм (рисунок 8).

Кран си ар hoi о шва

'Зона с плавлении

Основной материал

FWV-.-ч* 3 2—1

/ * *, _ f

Рисунок 8 - Характерные участки зон. прилегающих к сварному шву (х400)

Рисунок 9 - Раафеделенне мнкротвердоста в сварном шве после различных видов обработки: I - без обработки; II - изотермический отжиг при 700 °С; III - отжиг и обкатка при уси-лин 15 кН; 1 - ;;енгр шва; 2-край шва; 3 - зона сплавления; 4 — основной материал

В питой главе предложены технические решения с использованием материалов с ЭПФ, обеспечивающие повышение долговечности ТСД за счет использования конструктивных и технологических приемов. Предложен способ упрочнения сварных ТСД, имеющих цилиндрическую часть, с использованием упрочняющих кольцевых элементов (УКЭ) из сплава ЫШ (патент РФ № 2286507), создающих сжимающие напряжения в цилиндрической части оболочки. Выполнен аналитический расчет для открытой бесконечной цшшндри-

ческой оболочки с одним УКЭ из проволоки N^55X144,5 % 1 мм. Произведен расчет относительного уменьшения напряжений вблизи установки УКЭ в зависимости от давления и отношения радиуса к толщине стенки (рисунок ] 0).

При помощи конечно-элементного анализа решена задача для конечной замкнутой оболочки, усиленной несколькими УКЭ (рисунок 11). Проведенный расчет показал снижение напряжений в цилиндрической части оболочки до 75%, при условии сохранения упругих деформаций материала оболочки в разгруженном состоянии. Рассчитаны оптимальные режимы упрочнения.

Рисунок [ 1 - Распределение эквивалентны* напряжений

ЙЬ

Рисунок 10 - Линии относительного уменьшения эквивалентных напряжений вблизи установки УКЭ в зависимое™ от отношения КУЬ [1 -Р=6 МЛа; 2 - Р=7 МПа, 3 -Р=8 МПа)

1« я 1М 11! МЛ

/

аа те

Ч

1.ИИ

ЧА1 -ЦП « I» IV! 1М -IV' *» 'V

$ л /

в оболочке (а - с установленными с шагом л = 10 мм УКЭ; б - (1) под действием внутреннего давления Р=1 МПа, (2) - под дейст-ш 1К иием внутреннего давления Р=1 МПа с установленными с шагам я = 10 мм УЬСЭ)

Предложено соединение цилиндрических деталей одного диаметра (патент РФ № 55904). Для этого соединения рассчитаны толщина слоя с ЭПФ и режимы термомеха нической обработки. Терм о механическая обработка заключается в деформации покрытия на рассчитанную величину при температуре ниже Мг и последующий нагрев до температуры выше А,-. Толщина наносимого покрытия зависит от функционально-механических характеристик материала с ЭПФ, способа его нанесения, размеров элементов соединения и режимов ТО покрытия. Величина деформации, восстанавливаемой покрытием в процессе обратного МП, должна обеспечивать прочность и герметичность соединения и не создавать в стенках соединения пластической деформации. В ка-

честве примера рассматриваются цилиндрические детали из стали 12X18Н ЮГ диаметром 50 мм и ТОЛЩИНОЙ стенки 5 мм. В качестве материала покрытия - сплав Расчет соединения производился с помощью МКЭ. В результате расчета толщина наносимого покрытия 7 должна составлять 1,05-1,10 мм, при толщине выступа 6 не менее 3 мм и длиной не менее 15,37 мм. Низкотемпературная деформация нанесенного покрытия должна составлять не более 8 % и может быть выполнена любым известным способом, например обкаткой роликами.

Анализ НДС соединения показывает неоднородное распределение напряжений, максимум которых приходится на покрытие (= 360 МПа). Наибольшие напряжения а кольце не превышают 200 МПа {рисунок 12). Передаваемый крутящий момент соединения оказался равным 453 Н м. Описанное соединение цилиндрических деталей является прочным и герметичным при температурах от -20 °С до 120 °С.

Разработан способ соединения сопрягаемых деталей (патент РФ № 2249731). Расчет технологических режимов получения соединения производился для стали 45 с покрытием из сплава N¡553X14,17. На вал 0 20 мм с помощью аргонодуговой наплавки наносились валики с шагом 4-5 мм. В результате проведенных исследований определены режимы наплавки; сила тока - 80 А, скорость врашения образна - 5 об/мин, скорость продольной подачи - 25 мм/мин; скорость подачи проволоки - 400 мм/мин. Ширина наплавленных валиков составила 4,7-5,0 мм, высота - 0,9-1,0 мм, длина наплавленного слоя - 20 мм. Механической обработки полученный слой

Рисунок 12 - Распределение эквивалентных напряжений (а). МПа и невосстановленной деформации (б) и соединении

не требовал за исключением удаления окисной пленки, образовавшейся после наплавки Отжиг образца проводился в печи ЭКПС-50 в среде аргона в течение 1 часа при температуре 500 °С (охлаждение с печью) Дальнейшим этапом было деформирование поверхностного слоя Деформирование осуществлялось при помощи обкатки в радиальном направлении Режимы обкатки, усилие обкатки 500 Н, продольная подача 0,08—0,1 Омм/об, скорость обкатки ИЗО мм/мин и число оборотов 18 мин1 Средняя деформация в радиальном направлении при длине наплавки 25 мм составила 6,43 % Завершающим этапом являлись сборка и нагрев соединения до температуры 50 °С, превышающей температуру конца аустенитных А8 превращений сплава N155,3X144 7 на 6 °С В результате получилось прочное соединение вал-втулка, способное выдержать крутящий момент 440 Н м

Разработанная технология легирования сварных соединений стали 12Х18Н10Х толщиной 1 мм никелем и титаном, внедрена на РНИЦ «РОС-ЗАЩИХА» (г Коломна) и ОАО «НИИМонтаж» (г Краснодар)

Основные результаты и выводы

1 Получено численное решение контактной задачи процесса деформирования сварных швов на стали 12Х18Н10Х, легированных никелем и титаном Рассчитаны величины эквивалентных напряжений и пластических деформаций при различных усилиях обкатки и количестве вводимых легирующих компонентов Максимальное значение расчетного предела текучести достигается при массовой доле легирующих компонентов в шве 45% N1 и 41% Х1 и усилии обкатки Р-13-16кН При этом величина восстанавливаемой материалом шва деформации после снятия нагрузки составляет 0,8-1,0 %.

2 Выполнено моделирование изотермических сечений тройной диаграммы состояния Ре-№-Х1 при Х=300, 400, 500, 600, 700, 800, 900,1000, 1100 К, на основе которых с целью повышения прочности и циклической долговечности сварных соединений оптимизирован фазовый состав швов на стали 12Х18Н10Х, легированных N1 и Х1 Обнаружено, что при температурах Х=900 К происходят превращения ОЦК—ХЦК и перестройка с интенсивным возникновением фаз, обладающих ЭПФ, а также фаз с кубической плотно-упакованной структурой, обладающих упрочняющим эффектом

3. Разработана технология легирования сварного шва на стали 12Х18Н10Х никелем и титаном для обеспечения функционально-механических свойств Установлено, что предельно допустимое содержание хрома в

сварном шве, не препятствующее обратимому формовосстановлению, не должно превышать 5 % Металлографический и рентгенофазовый анализ легированных швов выявил гетерогенную структуру с матрицей NiTi и выделением вторичных фаз (N1, Fe)Ti по границам зерен Край сварного шва содержит фазы, обогащенные железом, и ярко выраженную дендритную сетку, ориентированную по направлению отвода тепла Ширина зоны сплавления колеблется от 60 до 150 мкм Обкатка приводит к дроблению и ориентации структуры в направлении, перпендикулярном к обкатке

4 Проведена экспериментальная оценка прочности и циклической долговечности сварных образцов Результаты статических испытаний сварных швов, выполненных с использованием сплавов Niss^T^ s, N1553X1447, Ni5ii5Ti46Fe2 5» на образцах из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм при одноосном растяжении не выявили существенных отличий диаграмм растяжения (отличия в значениях не превышало 5 %) Малоцикловые испытания легированных соединений показали увеличение числа циклов до разрушения до 2 раз при напряжениях 230-280 МПа с коэффициентом асимметрии цикла 0,3 Исследования, проведенные с использованием инденти-рования, показали восстановление формы отпечатка на материале легированного шва в пределах 0,7-1,2 %

5 Величина снижения усталостной долговечности сварных образцов из стали 12Х18Н10Т, выполненных по отработанной технологии, испытанных в среде 30 % КОН, по сравнению с теми же образцами, испытанными на воздухе, в диапазоне напряжений о^ =225-275 МПа составляет для среды с <г>=-0,9 В - в 5-6 раз, для среды (»=-1,3 В - в 8-10 раз Предложена эмпирическая зависимость, описывающая усталостное поведение сварных образцов в среде 30 % КОН и на воздухе Определены основные коррозионные характеристики для сварного шва и основного материала в растворе 3,5 % NaCl Экспериментально установлено, что в растворе 3,5 % NaCl скорость коррозии соединения и основного материала сопоставимы

6 Произведен расчет НДС для замкнутой оболочки средней длины на примере корпуса НВА, усиленного кольцевыми элементами из сплава N1T1 (патент РФ № 2286507) С помощью методов планирования эксперимента определен оптимальный шаг установки кольцевых элементов, позволивший увеличить удельную энергоемкость НВА в 1,55 раз

7 С целью повышения долговечности ТСД предложены инженерные решения (патент РФ № 55904, патент РФ № 2249731), для которых определены оптимальные конструктивные и технологические параметры

Публикации по теме диссертации

1. Бледнова ЖМ, Мышевский И С Влияние параметров структуры на механические свойства сварного соединения // Сб тр WI межд научн -техн конф «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» -Пенза 2003 с 94-97

2. Бледнова Ж М, Касаткин С В, Мышевский И С, Стрелевский Д А Влияние эксплуатационных и технологических факторов на структуру и свойства деталей химических

производств // Актуальные проблемы прочности Матер ХЫ1 межд конф - Витебск, Беларусь ГНУ «Институттехнической акустикиНАНБеларуси», 2004 -с 169-170

3. Мышевский И С , Бледнова Ж М Использование материалов с эффектом памяти формы для повышения ресурса никель-водородных аккумуляторов // Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов Корпоративные, нано- и САЬЗ-технологаи в наукоемких отраслях промышленности Сб научн тр 4-ой Московской межд конф - Москва МГУ,2005 -с 252-257

4. Мышевский И С Оценка прочности тонкостенных сосудов давления, усиленных упрочняющими элементами из материалов с эффектом памяти формы // Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки Матер 4-й южнороссийск научн конф -Краснодар КВВАУЛ,2005 -с 72-76

5 Мышевский И С, Бледнова Ж М Структура и свойства сварных швов, легированных материалами с эффектом памяти формы (ЭПФ) // Фракталы и прикладная синергетика Матер 4-гомежд междисципл симп.-Москва ИМЕТРАН, 2005 -с 101-103

6. Бледнова Ж М, Мышевский И С Влияние легирующих добавок с ЭПФ на фазовый состав сварных соединений // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов Матер П-ой межд школы и XVIII Уральской школы металловедов-термистов - Тольятти ТГУ, 2006 - с 159-160

7. Бледнова Ж М, Махутов Н А , Мышевский И С Технологические особенности создания неразъемных соединений с использованием материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ) типа №Т1 // Проблемы машиностроения и надежности машин -2006 -№3 -с 62-68

8. Бледнова Ж М, Мышевский И С Количественная параметризация и анализ структуры сварных швов, легированных материалами с ЭПФ // Фазовые превращения и прочность кристаллов Сб тез 4-ой межд конф -Черноголовка ИФТТРАН,2006 - с 98

9. Мышевский И С , Бледнова Ж М Структура и свойства неразъемных соединений, легированных никелидом титана // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов в машиностроении Сб докл 7-ой Международ Конф -Харьков,Украина ННЦХФТИ,2006 -ТЗ -с 166-170

10. Бледнова Ж М, Мышевский И С Повышение эксплуатационных характеристик тонкостенных сосудов давления // Теория механизмов и механика машин Сб тр межд научн конф -Краснодар КубГТУ, 2006 - с 214-215

11. Бледнова Ж М, Мышевский И С Влияние легирующих элементов с памятью формы на структуру и эксплуатационные свойства сварных соединений //Вопросы материаловедения -2007 -№3

12. Пат 2249731 Российская Федерация, МПК7 Р16С 3/02 Способ закрепления на пустотелом валу сопрягаемых деталей / Бледнова ЖМ, Чаевский МИ, Мышевский ИС, заяв и патенгообл КубГТУ - № 2003125197/11, заявл 14 08 03, опубл 10 04 05,Бюл №10-4с ил

13. Пат 2286507 Российская Федерация, МПК Р17С 1/00 (200601) Способ упрочнения тонкостенных сосудов давления / Бледнова Ж.М, Мышевский И. С, заяв и патенгообл КубГТУ - № 2004138342/06, заявл 27 12 04, опубл. 27 10 06, Бюл. №30 - 7с ил

14. Пат 55904 Российская Федерация, МПК ПбБ 1/00 (2006/01) Соединение цилиндрических деталей одного диаметра / Бледнова Ж М, Чаевский М И, Мышевский ИС, заяв и патенгообл КубГТУ - № 2006115050/22, заявл 02 05 06, опубл 27 08 06, Бюл №24 -2с ш

15. Рещ о выдаче по заявке № 2006105948/11(006439) Российская Федерация, МПК Р/16В 1/02 (2006 01) Соединение цилиндрических деталей одного диаметра / Бледнова Ж М, Чаевский М И, Мышевский И С , приор от 26 02 06

Подписано в печать 10 09 07 Печать трафаретаая Формат 60x84 1/16 Уч -изд л 1,36 Тираж 100 экз Заказ № 42

ООО «Издательский Дом-ЮГ» 350072, г Краснодар, ул Московская 2, корп «В», оф В-120 тел /факс (861) 274-68-37

Актуальность проблемы. Тонкостенные сосуды давления (ТСД) широко используются в различных областях машиностроения: в химическом, нефтяном, энергетическом, транспортном машиностроении, в пищевой промышленности, в авиастроении и космической технике. Большая часть ТСД представляют собой сварные тонкостенные оболочки, работающие в условиях циклического нагружения и воздействия активных сред. Повысить прочность и долговечность сосудов давления возможно за счет комплексного подхода, сочетающего в себе конструктивно-технологические решения на основе использования новых материалов, в том числе и материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ). Сегодня эти материалы используются, в основном, для обеспечения различного рода функциональных свойств в конструкциях соединительных и установочных деталей, датчиков, исполнительных элементов, самоустанавливающихся конструкций и др. Среди материалов с ЭПФ наиболее сбалансированным сочетанием функционально-механических и технологических свойств обладают сплавы на основе NiTi. В этой связи актуальной задачей является теоретическое обоснование и экспериментальная оценка возможности легирования сварного соединения Ni и Ti для обеспечения релаксации напряжений в шве при циклическом нагружении за счет проявления свойств памяти формы.

Уникальные возможности сплавов на основе NiTi, связанные с проявлением эффектов памяти, уже успешно реализованы при создании ряда устройств и техники нового поколения аэрокосмического и автомобильного комплекса, в при-боро- и машиностроении. Конструктивные элементы из сплавов NiTi могут также быть использованы для повышения долговечности ТСД в качестве упрочняющих и обеспечивающих, в случае необходимости, сборку-разборку конструкции.

Несмотря на значительные успехи, достигнутые российскими (А.Е. Волков, C.B. Добаткин, Ю.Н. Коваль, В.Г. Курдюмов, В.А. Лихачев, H.A. Махутов, А.И. Разов и др.) и зарубежными (С.М. Вейман, Я. Ван-Хамбек,

Д.И. Ли, С. Миязаки, К. Ооцука, Э. Хорнбоген и др.) учеными при исследовании структуры, свойств и применений никелида титана, вопросы, касающиеся получения качественных соединений с использованием №Т1, остаются малоизученными.

Связь работы с научно-техническими программами.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в соответствии с НИР «Повышение долговечности деталей машин с помощью создания поверхностных самоорганизованных структур с памятью формы» по подпрограмме Министерства образования Российской Федерации "Производственные технологии" (код проекта 201.01.01.115) 2001-2002 гг.; в соответствии с координационным планом НИР в рамках программы РНП.2.1.2.4958 (2.14.080) на 2006-2008 гг. «Повышение функционально-механических свойств сталей путем создания поверхностных слоев с ЭПФ»; а также по госбюджетной теме 6.5.2.01-05 кафедры ДПМ КубГТУ «Конструктивно-технологические методы повышения долговечности деталей машин и элементов конструкций, работающих в сложных условиях нагружения».

Цель работы - разработка конструктивно-технологических методов повышения циклической долговечности тонкостенных сосудов давления путем формирования структуры и функционально-механических свойств сварного шва на стали 12Х18Н10Т с использованием материалов с ЭПФ на основе №ТЬ

Задачи исследования: определить количественный и фазовый состав материала сварного шва, легированного никелем и титаном, с целью обеспечения в нем эффекта памяти формы; выполнить анализ деформационных процессов, происходящих в легированном шве при его обработке, и определить их влияние на проявление эффекта памяти и упрочнение соединения; разработать технологию легирования сварных швов на стали 12Х18Н10Т никелем и титаном для обеспечения функционально-механических свойств соединений; провести экспериментальную оценку механических свойств образцов, содержащих легированный сварной шов; разработать конструктивно-технологические способы повышения долговечности ТСД.

Объект исследования: сварные тонкостенные сосуды давления; сварные швы, легированные никелем и титаном.

Предмет исследования: особенности формирования структуры соединений, сваренных с присадками из сплавов с ЭПФ, и их функционально-механические свойства; характеристики прочности и долговечности тонкостенных сосудов давления.

Методология и методы проведения исследования: Методы исследования, использованные в данной работе, базируются на основных положениях металловедения, механики разрушения, термодинамики, метода конечных элементов (МКЭ), математических методов планирования экспериментов.

Научная новизна: получено численное решение контактной задачи процесса деформирования сварного соединения из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм, легированного никелем и титаном, что позволило определить степень проявления эффекта памяти формы материалом сварного шва на уровне 0,8-1,0 %, достаточного для компенсации напряжений, возникающих как в процессе сварки, так и при эксплуатации тонкостенных сосудов давления. Теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что получение однородной структуры, заданных функциональных свойств и максимальных значений расчетного предела текучести обеспечивается массовой долей легирующих компонентов в сварном шве на уровне 45% N1 и 41% ТС при усилии обкатки 13-16 кН и изотермическом отжиге при 700 °С; термодинамическое моделирование изотермических сечений тройной диаграммы состояния Бе-М-Тл при температурах от 300 до 1100 К позволило определить количественное соотношение N1, ТС и Бе в сварном шве и его фазовый состав, необходимый для проявления эффекта памяти формы. Установлено, что выбранный сплав находится в трехфазной области диаграммы состояния и содержит следующие фазы: NiTi, Laves С14, Ni3Ti; фаза NiTi обеспечивает проявление эффекта памяти формы, а фазы Лавеса на основе железа и Ni3Ti упрочняют металл сварного шва. Установлено, что хром, попадающий в сварной шов из свариваемой стали 12Х18Н10Т, входит в состав твердых растворов и в количестве до 5 % не оказывает влияния на проявление легированным металлом сварного соединения эффекта памяти формы; проведены комплексные металлофизические исследования легированного никелем и титаном сварного шва, в том числе с использованием мультифрак-тального анализа, которые позволили выявить статистические закономерности эволюции структуры легированного сварного шва, ее основные количественные параметры и степень адаптации к внешним воздействиям на всех этапах технологического процесса изготовления сварного соединения. Установлено, что максимальная степень упрочнения легированного сварного шва и максимальная адаптивность достигается после проведения полного цикла обработки сварного шва, заключающейся в обкатке и изотермическом отжиге; с использованием методов планирования эксперимента получена регрессионная модель, связывающая критерии работоспособности легированного никелем и титаном сварного шва с основными параметрами процесса сварки и последующих операций обкатки и отжига. Установлено, что оптимальными являются следующие технологические режимы: 1д=65 А; UCB=30 В; VCB=2 мм/с; с1эл=3 мм; усилие обкатки 15-17 кН; температура отжига 500-700 °С, массовая доля легирующего компонента 75-80 %. В результате обеспечивается проявление эффекта памяти формы материалом сварного шва 0,8-1,0 %, предел прочности 565-580 МПа, относительное удлинение после разрыва 37-40 %, относительная прочность сварного соединения 95-99 %.

Практическая значимость полученных результатов: определены оптимальные режимы получения неразъемных соединений стали 12Х18Н10Т с относительной прочностью сварного соединения 95-99%; проведена оценка влияния термической обработки (ТО) и пластического деформирования (ПД) на характеристики прочности и пластичности соединений, выполненных с использованием сплавов ЫПл; разработан способ упрочнения тонкостенных цилиндрических сосудов давления с использованием кольцевых элементов из материала с ЭПФ; аналитически и численными методами решена задача оптимизации шага установки упрочняющих кольцевых элементов; разработан способ соединения цилиндрических деталей одного диаметра, включающий нанесение покрытия из сплава с ЭПФ на соединяемые детали, и произведен расчет НДС в соединении; разработан способ соединения сопрягаемых деталей с использованием материалов на основе №И

Апробация результатов диссертации.

Основные результаты работы докладывались на: первой межвузовской научно-методической конференции «Электромеханические преобразователи энергии», КВАИ, Краснодар (Россия) 20-21 марта 2002; 4-ой южнороссийской научной конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки», КВАИ, Краснодар (Россия), 7-8 апреля 2005; 4-ой Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов. Корпоративные, нано- и САЬБ-технологии в наукоемких отраслях промышленности» (ТПКММ), МГУ, Москва (Россия), 26-29 апреля 2005; 4-ом Международном междисциплинарном симпозиуме «Фракталы и прикладная синергетика», ИМЕТ РАН, Москва (Россия), 14-17 ноября 2005, международной конференции по теории механизмов и механике машин, КубГТУ Краснодар (Россия), 9-16 октября 2006.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 2 в рецензируемых изданиях. Получено 2 патента на изобретения РФ № 2249731, № 2286507, 1 положительное решение на изобретение РФ по заявке № 2006105948/11(006439), 1 патент на полезную модель РФ № 55904, подана 1 заявка на изобретение РФ (приор. № 2007104444 от 05.02.07).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 5 глав, перечня основных результатов и выводов, приложения. Она содержит 149 страниц, 66 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 147 наименований. Оригинальные результаты автора отражены в выводах к каждой главе. На защиту выносятся: результаты моделирования изотермических сечений тройной диаграммы состояния Ре-№-Т1; конечно-элементное решение задачи, описывающей деформационные процессы при обработке сварных соединений из стали 12Х18Н10Т, выполненных с использованием сплавов на основе №Т1; технология получения сварных соединений стали 12Х18Н10Т с использованием сплавов ТМШ, включающая ПД и ТО соединения; результаты экспериментальных исследований механических свойств образцов, содержащих легированный сварной шов; способ упрочнения ТСД, имеющих цилиндрическую часть, с использованием кольцевых элементов из материала с ЭПФ (патент РФ № 2286507); аналитическое решение в случае установки одного кольцевого элемента и численное - в случае установки нескольких элементов с рассчитываемым шагом; инженерные решения с использованием сплавов с ЭПФ (соединение цилиндрических деталей одного диаметра, патент РФ № 55904; способ соединения сопрягаемых, деталей патент РФ № 2249731), для которых определены оптимальные конструктивные и технологические параметры.

Обозначения и сокращения эпф эффект памяти формы; мп мартенситное превращение; ндс напряженно-деформированное состояние; м8 температура начала прямого мартенситного превращения; мг температура конца прямого мартенситного превращения; м„ температура образования мартенсита напряжения; а8 температура начала обратного мартенситного превращения; а, температура конца обратного мартенситного превращения;

ПД пластическое деформирование; то термическая обработка; тсд тонкостенный сосуд давления; укэ упрочняющий кольцевой элемент; фпт фазовый предел текучести; кин коэффициент интенсивности напряжений; эп эффект псевдоупругости; кпэ концентрированный поток энергии; мкэ метод конечных элементов.

Содержание

Основные результаты и выводы

1. Получено численное решение контактной задачи процесса деформирования соединений из стали 12Х18Н10Т, легированных никелем и титаном. Рассчитаны величины эквивалентных напряжений и пластических деформаций при различных усилиях обкатки и количестве вводимого легирующего компонента. Построены номограммы влияния количества легирующего компонента и усилия обкатки на расчетный предел текучести сварного соединения. Максимальное значение расчетного предела текучести достигается при массовой доле легирующих компонентов в шве 45% № и 41% Т\ и усилии обкатки Р=13+16кН. При этом величина восстанавливаемой материалом шва деформации после снятия нагрузки составляет 0,81,0%.

2. Выполнено моделирование изотермических сечений тройной диаграммы состояния Ре-ВД-П при Т=300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000,1100 К, на основе которых с целью повышения прочности и циклической долговечности оптимизирован фазовый состав швов на стали 12Х18Н10Т, легированных N1 и Ть. Обнаружено, что при температурах Т=900 К происходят превращения ОЦК-ЛДК и перестройка с интенсивным возникновением фаз, обладающих ЭПФ, а также фаз с кубической плотноупакованной структурой, обладающих упрочняющим эффектом. Присутствующие при повышенных температурах (Т> 1000 К) фазы Лавеса типа С14 на основе железа говорят о стабильном структурном состоянии системы и об упорядочении первоначально неупорядоченных твердых растворов (т.е. образовании сверхструктур дальнего порядка). С увеличением температур наблюдается смещение фазы №3Т1 в область с большим содержанием никеля.

3. На основе методов планирования эксперимента разработана технология легирования сварного шва на стали 12Х18Н10Т никелем и титаном для обеспечения функционально-механических свойств. Установлено, что предельно допустимое содержание хрома в соединении, не препятствующее обратимому формовостановлению, не должно превышать 5 %. Анализ структуры легированных соединений выявил гетерогенную структуру шва с матрицей №11 и выделением вторичных фаз по границам зерен. Доминирующей является фаза с В2-решеткой, содержащая небольшое количество хрома (<3 %). В качестве вторичных фаз были обнаружены фазы содержащие титан (№, Ре)Т1, однако их доля не превышала 3-10 % в соединении. Произведено количественное описание структуры легированного соединения на основе определения мультифрактальных характеристик. Установлено, что максимальная степень упрочнения легированного сварного шва и максимальная адаптивность достигается после проведения полного цикла обработки, заключающейся в обкатке и изотермическом отжиге.

4. Проведена экспериментальная оценка прочности и циклической долговечности сварных образцов. Результаты статических испытаний сварных швов, выполненных с использованием сплавов №55,51144,5; №55,31144,7; №51,5Т146Ре2,5, на образцах из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм при одноосном растяжении не выявили существенных отличий диаграмм растяжения (отличия в значениях не превышало 5 %). Малоцикловые испытания легированных соединений показали увеличение числа циклов до разрушения до 2 раз при сгшах от 230 до 280 МПа с коэффициентом асимметрии цикла 0,3. Исследования, проведенные с использованием индентирования, показали восстановление формы отпечатка на материале легированного шва в пределах 0,7-1,2 %.

5. Величина снижения усталостной долговечности легированных соединений, испытанных в среде 30 % КОН, по сравнению с теми же образцами, испытанными на воздухе, в диапазоне напряжений атт =225-275 МПа составляет: для среды с ср =-0,9 В - в 5-6 раз; для среды ^=-1,3 В - в 8-10 раз. Определены основные коррозионные характеристики для сварного шва и основного материала в растворе 3,5 % №С1. Экспериментально установлено, что в растворе 3,5 % №С1 скорость коррозии соединения и основного материала сопоставимы.

Произведен аналитический расчет НДС для бесконечной открытой оболочки с одним кольцевым элементом из сплава с ЭПФ. Определены величины относительного уменьшения напряжений вблизи установки элемента. С помощью МКЭ произведен расчет НДС для замкнутой оболочки средней длины на примере корпуса НВА, усиленного кольцевыми элементами из сплава №П (патент РФ № 2286507). С помощью методов планирования эксперимента определен оптимальный шаг установки кольцевых элементов, позволивший увеличить удельную энергоемкость НВА в 1,55 раз. С целью повышения долговечности ТСД предложены инженерные решения (соединение цилиндрических деталей одного диаметра, патент РФ № 55904; способ соединения сопрягаемых деталей патент РФ № 2249731), для которых определены оптимальные конструктивные и технологические параметры.

Разработанная технология легирования сварных соединений стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм никелем и титаном, внедрена на РНИЦ «РОСЗАЩИТА» (г. Коломна) и ОАО «НИИМонтаж» (г. Краснодар).

1. Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением. М.: Машиностроение , 1976 - 184 е.: ил.

2. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / Под ред. С.А. Куркина. М.: Машиностроение, 1975. - 376 е.: ил.

3. Моисеенко В.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния цилиндрических сосудов в узлах сопряжения обечаек и днищ при упруго-пластических деформациях. Дис. канд. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1970 - 179 с. ил.

4. Никольс Р.В. Конструирование и технология изготовления сосудов давления. Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1975. - 464 е.: ил.

5. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 525 с. - (Правила и нормы в атомной энергетике).

6. Губанов Ю.Н. Исследование прочности листового металла и сварных штуцерных соединений тонкостенных сосудов из сплава АМ26 в условиях малоциклового нагружения. Дис. канд. техн. наук. М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1970. - 173 е.: ил.

7. Когаев В.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность / В.П. Когаев, H.A. Махутов, А.П. Гусенков Справочник М.: Машиностроение, 1985. - 224 е.: ил.

8. Расчеты и исследования эффективности применения новых материалов и конструктивно-технологических решений для корпусов НВА: Отчет по НИР. Рук. Ж.М. Бледнова. Краснодар: 1991, 276 с.

9. Бледнова Ж.М. О некоторых особенностях проектирования тонкостенных сосудов давления химических источников тока // Бледнова Ж.М., Ковалев

10. Ю.А., Махутов Н.А., Чаевский М.И. Физико-химическая механика материалов том 29, № 6,1993. С. 26-37.

11. Лихачев В.А. Эффект памяти формы / В.А. Лихачев, С.Л. Кузьмин, З.П. Каменцева Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. - 216 с.

12. Лахтин Ю.М. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

13. Ооцука К. Сплавы с эффектом памяти формы / К. Ооцука, К. Симидзу, Ю. Судзуки и др. Под ред. Фунакубо X.: Пер. с японск. М.: Металлургия, 1990.-224 с.

14. Лихачев В.А. Структурно-аналитическая теория прочности / В.А. Лихачев, В.Г. Малинин СПб.: Наука, 1993.-471 с.

15. Tanaka К. A Thermomechanical Sketch of Shape Memory Effect: One-Dimensional Tensile Behavior // Res Mechanica, 1986, Vol. 18, pp. 251-263.

16. Sato Y. Estimation of the Energy Dissipation in Alloys Due to Stress-induced Martensitic Transformation // Y. Sato, K. Tanaka Res Mechanica, 1988, Vol. 23, pp. 381-393.

17. Liang C. The Multi-Dimensional Constitutive Relations of Shape Memory Alloys // C. Liang, C.A. Rogers J. of Engineering Mathematics, 1992, Vol. 26, pp. 429-443.

18. Graesser E.J. Shape-Memory Alloys as New Materials for Seismic Isolation // E.J. Graesser, F.A. Cozzarelli J. of Engineering Mechanics, 1991, Vol. 117, No. 11, pp. 2590-2608.

19. Barrett D.J. A One-Dimensional Constitutive Model for Shape Memory Alloys //J. of Engineering Mathematics 1994, Vol. 29, pp 324-343.

20. Berveiller M. Thermomechanical Constitutive Equations for Shape Memory Alloys // M. Berveiller, E. Patoor, M. Buisson J. de Physique IV, 1991, Vol. 1, C. 4, 387, European Symposium on Martensitic Transformation and Shape Memory Properties.

21. Ortin J. Thermodynamics of Thermoelastic Martensitic Transformations // J. Ortin, A. Planes Acta Metall, 1989, Vol. 37, No. 5, pp. 1433-1441.

22. Ortin J. Thermodynamics and Hysteresis Behavior of Thermoelastic Martensitic Transformations // J. Ortin, A. Planes J. de Physique IV, 1991, Vol. 1, Colloque C. 4, 13, European Symposium on Martensitic Transformation and Shape Memory Properties.

23. Raniecki B. RL-Models of Pseudo elasticity and Their Specification for Shape Memory Solids // Raniecki B., Lexcellent C. European J. of Mechanics, A, 1994, Vol. 13,No.l,p. 21.

24. Sun Q. P. Micromechanics Modelling for the Constitutive Behavior of Polycrys-talline Shape Memory Alloys-I. Derivation of General Relations // Q. P. Sun, K. C. Hwang J. of Mechanics and Physics of solids, 1993, Vol. 41, No. 1, pp. 1-17.

25. Boyd J.G., A Thermodynamic Constitutive Model for the Shape Memory Materials, Part I-II // J.G. Boyd, D.C. Lagoudas International J. of Plasticity. 1996, Vol 15 p. 25.

26. Müller I. Nitinol ein Metall Mit Gedächtnis //Natur Wissenschaften. 1984. -No. 71.-pp. 507-514.

27. Tanaka K. A thermomechanical sketch of shape memory effect: one-dimensional tensile behavior // Res. Mechanica. 1986. - Vol. 18. - pp. 251263.

28. Lagoudas D.C. A unified thermodynamic constitutive model for SMA and finite element analysis of active metal matrix composites // D.C. Lagoudas, Z. Bo, M.A. Qidwai Mechanics of composite materials and structures . 1996. -Vol.3.-pp. 153-179.

29. Malygin G.A. Diffuse martensitic transitions and plasticity of crystals with a shape memory effect // Physics-Uspekhi. 2001. - Vol. 44, No. 2. - 173-197.

30. Bertram A. Thermomechanical constructive equations for the description of shape memory effect in alloys // Nucl. Engng. and Des. 1982. - Vol. 74., No. 2.-pp. 173-182.

31. Brandon D. Constitutive laws for pseudo-elastic materials // D. Brandon, R. C. Rogers J. of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 3 1992, pp. 255267.

32. Lieberman D.S. Cubic to orthorhombic diffiisionless phase change experimental and theoretical studies of AuCd // D.S. Lieberman, M.S. Wechsler, T.A. Read J. Appl. Phys. 1955. Vol. 26, N 4. P. 473-484.

33. Bowles J.S. The crystallography of martensitic transformation. I, II // J.S. Bowles, J.K. Mackenzie Acta metall. 1954. Vol. 2, N 1. P. 129-137 (I); 138-147 (II).

34. Бучельников В.Д. Трехпараметрическая модель фазовых переходов в ферромагнитном сплаве Ni-Mn-Ga // В.Д. Бучельников, Д.Л. Далидович, А.Т. Заяк, В.Г. Шавров Журнал радиоэлектроники № 5 2000.

35. Matsuzaki Y. Macroscopic and Microscopic Constitutive Model of Shape Memory Alloys Based on Phase Interaction Energy Function // J. of Intelligent Material Systems and Structures, 2004, Vol. 15, No. 2, pp. 141-155.

36. Miiller Ch. An Eulerian Model for Pseudoelastic Shape Memory Alloys // Ch. Miiller, O.T. Bruhns Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2004, Vol. 34, I. 5, pp. 260-271.

37. Bhattacharyya A. A stochastic thermodynamic model for the gradual thermal transformation of SMA polycrystals // A. Bhattacharyya, D.C. Lagoudas Smart Materials and Structures, Vol. 6, № 3,1997, pp. 235-250.

38. Patoor E. Micromechanical modeling of superelastucity in shape memory alloys // E. Patoor, A. Eberhardt, M. Berveiller J. de Physique IV, Coll. CI. 1996. -Vol. 6.-pp. 277-292.

39. Абдрахманов С.А. Деформация и расчет элементов конструкций из материалов с памятью формы при термосиловом воздействии: Дис. д. ф. м. наук: 01.02.04.-Бишкек, 1993.-370 с

40. МовчанА.А. Микромеханический подход к описанию деформации мар-тенситных превращений в сплавах с памятью формы // Известия АН. Механика твердого тела. 1995. -№ 1. - С. 197-205.

41. Baumgart F. Memory-Legierungen Eigenschaften, phänomenologische Theorie und Anwendungen // F. Baumgart, J. Jorde, H.-C. Reiss Techn. Mitt. Krupp. Forsch. - 1976. - B. 34, H. 1. - S. 1-16.

42. Petryk H. A micromechanical model of stress-induced martensitic transformations in shape memory alloys // H. Petryk, S. Stupkiewicz E-MRS Fall Meeting 2004, Symposium H.

43. Lin Н.С. An investigation of grain-boundary phase in Fe-30Mn-6Si-5Cr shape memory alloy // H.C. Lin, C.S. Lin, K.M. Lin Chuang J, of alloys and compounds 319 2001 pp. 283-289.

44. Liu Y. Some aspects of the properties of NiTi shape memory alloy // Y. Liu, J.V. Humbeeck, R. Stalmans, L. Delaey J. of alloys and compounds 247 1997 pp. 115-121.

45. Лихачев В.А. Фазовые превращения в сплавах на основе никелида титана / В.А. Лихачев, С.П. Помыткин, С.Р. Шиманский Материалы с эффектом памяти формы и их применение. Новгород, 1992. С. 41-48.

46. Лихачев В.А. Влияние напряжений и деформаций на характеристические температуры мартенситных превращений материалов с эффектом памяти формы / В.А. Лихачев, Ю.И. Патрикеев Л., 1984. - 45 с. - Деп. в ВИНИТИ 12.07.84, № 5033-84.

47. Ермолаев В.А. Влияние деформации и отжига на эффект памяти формы и демпфирование в сплавах TiNiCu // В.А. Ермолаев, C.JL Кузьмин, В.А. Лихачев и др. Изв. вузов. Цветная металлургия, 1985, №1, с. 108-112.

48. Лихачев В.А. Эффект памяти формы // Соросовский образовательный журнал №3,1997 с. 107-114.

49. Чернов Д.Б. Проблемы разработки материалов с памятью формы с заданными свойствами // Диаграммы состояния в металловедении. Киев, 1984. С. 72-77.

50. Чернов Д.Б. Влияние легирования на критические точки и гистерезис мар-тенситного превращения в TiNi // Д.Б. Чернов, O.K. Белоусов, Е.М. Савицкий Доклады АН СССР. 1979. Т. 245, № 2. С. 360-362.

51. Коломыцев В.И. Предмартенситные эффекты в сплавах TiNi-Ge // В.И. Коломыцев, В.А. Лободюк, Л.Г. Хандрос, В.А. Ивкушкин Металлофизика.- 1985.- 7, № 6.- С. 36-43.

52. Mercier О. The substitution of Си for Ni in NiTi shape memory alloys // О. Mercier, К. Melton Met.Trans.- 1979.- 10A, №3.- P. 387-389.

53. Nam Т.Н. Си-content dependence of shape memory characteristics in Ti-Ni-Cu alloys // Т.Н. Nam, T. Saburi, K. Shimizu Met.Trans. JIM.- 1990.-31, № i !. p. 959-967.

54. Лободюк В.А. Влияние малого легирования на фазовые превращения в почти эквиатомных сплавах TiNi / В.А. Лободюк, М.М. Медюх УДК 539.2:536.42, Актуальные проблемы прочности, СПб 2001, с. 97-101.

55. Закревский И.Г. Мартенситные превращения и свойства сплавов TiNi-TiFe // И.Г. Закревский, В.В. Кокорин, С.А. Муслов, В.Н. Хачин, А.Д. Шевченко Металлофизика. 1986. Т.8, №6. С. 91-95.

56. CulshawB. Smart structures and materials / Boston: Artech House, 1996. -207 p.

57. Вольченко Д.А. Сплавы с памятью формы // Автомобильная промышленность. 1991. - №8.-С. 30-31.

58. Peel C.J. Advances in materials for aerospace // The Aeronautical J. 1996. -Vol. 100.-pp. 487-503.

59. Noor A.K. et al. Frontiers of the material world // Aerospace America. 1998. -Vol.36, No. 4.-pp. 24-31.

60. Noor A.K. et al. Structures technology for future aerospace systems // Computers and Structures. 2000. - Vol. 74. - pp. 507-519.

61. Захарова H.H. Большие обратимые деформации и пластичность превращения в композиции TiNiCu // H.H. Захарова, C.JI. Кузьмин, В.А. Лихачев -Металлофизика, 1981, т.З, №5, с. 53-63.

62. Кузьмин С.Л. Температурно-силовые критерии псевдоупругости // С.Л. Кузьмин, В.А. Лихачев Физика металлов и металловедение, 1982, т. 53, вып. 5, с. 886-891.

63. Диаграммы состояния металлических систем, опубликованные в 1982-1983 годах. Выпуск XXVIII, Часть II / под редакцией Н.В. Агеева, Л.А. Петровой, М. 1985, С. 448.

64. Абрамычева Н.Л. Изотермическое сечение диаграммы сосостояния Fe-Ni-Ti при 1273 К // Н.Л. Абрамычева, И.В. Вьюницкий, К.Б. Калмыков, С.Ф. Дунаев Вест. Моск. Ун-та., Сер. 2. Химия. 1999. Т.40. № 2.

65. Van Loo F.J.J. About Fe-Ni-Ti system // F.J.J. Van Loo, J.W.G. Vrolijk, G.F. Bastin J. Les.-Com. Met. 1981. 77. P. 121.

66. Дудкина Л.П. О некоторых особенностях тройных металлических систем // Л.П. Дудкина, И.И. Корнилов Изв. АН. СССР. Металлы. 1967. №4. С. 98101.

67. Lacaze J. Critical assessment of the Fe-Ni-Ti system // J. Lacaze, P. Wollants, N. Moelans, K.C. Hari Kumar, G Cacciamani, R. Ferro Thermodynamics of alloys Vienna, 09/2004. P 12-17.

68. Алисова С.П. // С.П. Алисова, П.Г. Будберг, Т.Н. Бармина, Н.В. Луцкая Металлы. 1994. № 1. С. 21-26.

69. Хачин В.Н. Никелид титана: структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Пушин, В.В. Кондратьев М.: Наука, 1992.

70. Пушин В.Г. Предпереходные явления и мартенситные превращения / В.Г. Пушин, В.В. Кондратьев, В.Н. Хачин Екатеринбург: УрО РАН, 1998.

71. Хунджуа А.Г. Введение в структурную физику сплавов с эффектом памяти формы/М.: МГУ, 1991.

72. Коломыцев В.И. Структурные фазовые превращения в сплавах переходных металлов Ti-Ni-Me и Cu-Al-Ме. Автореф. дис. д. ф-м. наук. Киев, 1996. 45 с.

73. Гюнтер В.Э. Пластичность никелида титана // В.Э. Гюнтер, В.Н. Хачин, В.П. Сивоха, Е.Ф. Дударев Физ. мет. и металловед. 1979. Т. 47, № 4. С. 893-896.

74. Вейман С.М. Деформация, механизм явления и другие характеристики сплавов с эффектом запоминания формы. Эффект памяти формы в сплавах / М.: Металлургия, 1979. С. 9-35.

75. Pops Н. Stress-iduced pseudoelasticity in ternary Cu-Zn based beta prime phase alloys // Met. Trans. 1970. Vol. 1, N 1. P. 251-258.

76. Попов H. H. Сопротивление деформированию никелида титана ТН-1К при•э л 1скоростях деформации 10 ч-Ю с' // Н. Н. Попов, В. А. Мартьянов МиТОМ.- 1993.-№11.-С. 26-28.

77. Birnbaum Н.К. Stress induced twin boundary motion in AuCd p' and /Г alloys // H.K. Birnbaum, T.A. Read Trans. AIME. 1960. Vol. 218. P. 662-669.

78. Miura S. Pseudoelastic and shape memory phenomena related to stress-induced martensite in Cu-15.0at.%Sn alloy // S. Miura, S. Maeda, N. Nakanishi Scripta metal. 1975. Vol. 9, N 6. P. 675-680.

79. Miura S. Pseudoelasticity in Au-Cu-Zn thermoelastic martensite // S. Miura, S. Maeda, N. Nakanishi Phil. Mag. 1974. Vol. 30, N 3. P. 565-581.

80. Van-Humbeeck Fatigue characteristic of shape memory alloys // J. de Physique IV, C4 (1991), pp. 189-197.

81. Бернштейн M.JI. Многократная реализация эффекта памяти формы в сплаве TiNi // М.Л. Бернштейн, Б.П. Хасенов, У.П. Хасьянов Металловед, и терм, обработка мет. 1987. № 2. С. 49-55.

82. Texier С. Comportement de l'alliage titane-nickel equiatomique soumis a des traitements mecaniques et thermiques // C. Texier, G. Cizeron, P. Lacombe J. Less-Common Metals. 1976. Vol. 45, № 1. P. 1-22.

83. Miyazaki S. Mechanical behaviour associated with the premartensitic rhombo-hedral phase transition in Ti5oNi47Fe3 alloy // S. Miyazaki, K. Otsuka Phil. Mag. 1984. Vol. A50, N3. P. 393-408.

84. Беляев С.П. Особенности деформирования сплавов с эффектом памяти формы при нестационарном циклическом нагружении // С.П. Беляев, З.П. Каменцева, В.А. Лихачев Пробл. прочности. 1983. № 1. С. 69-72.

85. Melton K.N. The effect of the martensitic phase transformation on the low cycle fatigue behaviour of polycrystalline Ni-Ti and Cu-Zn-Al alloys // K.N. Melton, 0. Mercier Mater. Sci. andEngng. 1979. Vol. 40, N 1. P. 81-87.

86. Melton K.N. Fatigue of NiTi thermoelastic martensites // K.N. Melton, 0. Mercier Acta metal. 1979. Vol. 13, № 1. P. 73-75.

87. Бречко Т. Остаточные напряжения и эффект памяти формы / Т. Бречко, К. Кусь Актуальные проблемы прочности, СПб., 2001 с. 126-129.

88. Stalmans R. Shape Memory Alloys: Basics and Recent Developments / R. Stalmans, J. Van Humbeeck Department of Materials Science and Engineering, Belgium, at world wide web: http://smart-www.ae. ic .ac.uk/papers/stalmans/stalman.html, 1998.

89. McKelvey A.L. Fatigue-crack propagation in nitinol, a shape-memory and su-perelastic endovascular stent material // A. L. McKelvey, R. O. Ritchie J. of Biomedical Materials Research Dec., 1999, Vol. 47, pp. 301-308.

90. McKelvey A.C. Fatigue-crack growth behavior in the superelastic and shape-memory alloy Nitinol // A. L. McKelvey, R. O. Ritchie Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. - Vol. 32A, N. 3. - pp. 731-743.

91. Patel M.M. Characterizing Fatigue and Fracture Response of Medical Grade Nickel-Titanium Alloys by Rotaiy Beam Testing // Symposium on fatigue and fracture of medical metallic materials and devices, TX November 2005. pp 12.

92. Полторак. O.M. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. шк. 1991.

93. Kubaschewski О. Metallurgical Thermochemistry / О. Kubaschewski, С. А1-cock 5th Ed. N.Y.: Pergamon Press. 1979. - 496 p.

94. Кубашевский О. Термодинамическая стабильность металлических фаз. Устойчивость фаз в металлах и сплавах / Перев. под ред. Д.С. Каменецкой. -М.: Мир, 1970.-405 с.

95. Куценок И.Б. Относительная термодинамическая стабильность аустенита и мартенсита в системе железо-никель // И.Б. Куценок, Б.М. Могутнов, Р.Н. Ростовцев, В.А. Гейдерих Докл. АН СССР. 1985. - Т. 284. - № 1. - С. 118120.

96. Толкачев В.А. Химическая термодинамика / Толкачев В.А., Большаков Б.В. Новосибирск: Изд-во НГУ, 1993.

97. Пуртов П.А. Введение в неравновесную химическую термодинамику / Новосибирск: Изд-во НГУ, 2000.

98. Люпис К. Химическая термодинамика материалов / М.: Металлургия, 1989. С. 502.

99. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем / Физматгиз. 1962. - Т. 1, Т.2. с. 520.

100. Семыкин A.B. Никель-водородные перезаряжаемые электрохимические системы // Семыкин A.B., Казаринов И.А. Электрохимическая энергетика 2004, т.4, № 2 с.63-83.

101. Арутюнян Н.Х. Контактные задачи теории ползучести / Н.Х. Арутюнян, A.B. Манжиров Ереван: Изд-во HAH РА- 1990. С. 319.

102. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows / M.: ДМК Пресс, 2001.-448 с.

103. Чаевский М.И. Установка для дуговой сварки в защитной камере // М.И. Чаевский, Ж.М. Бледнова, Ю.Г. Бледнов, Ю.А. Ковалев Завод, лаборатория. -1992. № 12. С. 53-55.

104. Вознесенский В.А. Статистические решения в технологических задачах / Кишинев: Молдовеняска, 1968.-231 с.

105. Бледнова Ж.М. Влияние легирующих добавок с ЭПФ на фазовый состав сварных соединений // Ж.М. Бледнова, И.С. Мышевский Физическое материаловедение. Тольятти, ТГУ: 2006. С. 159-160.

106. Бледнова Ж.М. Количественная параметризация и анализ структуры сварных швов, легированных материалами с ЭПФ // Бледнова Ж.М., Мышевский И.С. Фазовые превращения и прочность кристаллов: Сб. тез. 4-ой межд. конф. Черноголовка: ИФТТ РАН, 2006. - с. 98.

107. Бледнова Ж.М. Влияние параметров структуры на механические свойства сварного соединения // Ж.М. Бледнова, И.С. Мышевский сб. тр. VIII межд. науч.-тех. конф. Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков. Пенза: 2003. С. 94-97.

108. Иванова B.C. Синергетика и фракталы в материаловедении / B.C. Иванова, A.C. Баланкин, И.К. Бунин, A.A. Оксогоев -М.: Наука, 1994.-383 с.

109. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature / N.Y.: Freeman, 1983. 350 p.

110. Федер E. Фракталы / M.: Мир, 1991.-260 с.

111. Встовский Г.В. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов / Г.В. Встовский, А.Г. Колмаков, И.Ж. Бунин Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, 116 с.

112. Встовский Г.В. Элементы информационной физики / М.: МГИУ, 2002,260 с.

113. Встовский Г.В. Фрактальная параметризация структур в металлах и сплавах / М.: Дисс. д. ф-м. н. 2001. С. 253.

114. Колмаков А.Г. Прикладные аспекты мультифрактальной параметризации структур материалов // сб. тр. IV межд. междисцип. симп. Фракталы и прикладная синергетика. ИМЕТ РАН Москва: 2005. С. 87-90.

115. Мышевский И.С. Структура и свойства сварных швов, легированных материалами с эффектом памяти формы (ЭПФ) // И.С. Мышевский, Ж.М. Бледнова сб. тр. IV межд. междисцип. симп. Фракталы и прикладная синергетика. ИМЕТ РАН Москва: 2005. С. 101-103.

116. Wangyang N. Recovery of Microindents in a Nickel-Titanium SMA: A "Self-Healing" Effect // N. Wangyang, Y. Cheng, D. Grummon App. Phys. Lett, 80(18), 2002, pp. 3310-3312.

117. Gall K. Micro and Macro Deformation of Single Crystal NiTi // K. Gall, M.L. Dunn, Y. Liu, P. Labossiere, H. Sehitoglu, Y.I. Chumlyakov J. Eng. Mat. Tech, 124238-245,2002.

118. Cheng F.T. Correlation of Cavitation Erosion Resistance with Indentation-Derived Properties for a NiTi Alloy // F.T. Cheng, P. Shi, H.C. Man Scr. Mater., 451083-1089,2001.

119. Liu R. Indentation Behavior of Pseudoelastic TiNi Alloy // R. Liu, D.Y. Li, Y.S. Xie, R. Llewellyn, H.M. Hawthorne Scr. Mater., 41(7), pp. 691-696, 1999.

120. Liu R. Experimental Studies on Tribological Properties of Pseudoelastic TiNi Alloy with Comparison to Stainless Steel 304 // R. Liu, D.Y. Li Metall. Mater. Trans., A, 31A2773-2783, 2000.

121. Moyne S. Analysis of the Thermomechanicai Behavior of Ti-Ni SMA Thin Films by Bulging and Nanoindentation Procedures // S. Moyne, C. Poilane, K. Kitamura, S. Miyazaki, P. Delobelle, C. Lexcellent Mater. Sci. Eng., A, 273275727-732,1999.

122. Shaw G.A. The Shape Memory Effect in Nanoindentation of Nickel-Titanium Thin Films // G.A. Shaw, D.S. Stone, A.D. Johnson, A.B. Ellis, W.C. Crone Applied Physics Letters, 83(2), (2003).

123. Crone W.C. Shape Recovery after Nanoindentation of NiTi Thin Films // W.C. Crone, G.A. Shawoe, D.S. Stone, A.D. Johnson, A.B. Ellis Applied Physics Letters July 14, 2003 - Vol. 83, Issue 2, pp. 257-259.

124. Махутов H.A. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность ч.1 / Новосибирск: Наука, 2005. 494 с.

125. Махутов H.A. Уравнения состояния при малоцикловом нагружении / Махутов H.A., Гаденин М.М., Гохфельд Д.А. М.: Наука, 1981. - 244 с.

126. Гусенков А.П. Малоцикловая прочность оболочечных конструкций / Гу-сенков А.П., Москвитин Г.В., Хорошилов В.Н. М.: Наука, 1989. - 254с.

127. Механика малоциклового нагружения / Махутов H.A., Гаденин М.М, Бурак М.И. и др. М.: Наука, 1986. - 264 с.

128. Харрисон Дж.Д. Использование сплавов системы Ti-Ni в механических и электрических соединениях / Дж.Д. Харрисон, Д.Е. Ходгсон Эффект памяти формы в сплавах / Под ред. В.А. Займовского. М.: Металлургия, 1979. -С. 429-434.

129. Stockei D. Werkstoffe mit Gedächtnis Kommen in die Anwendung // Bild Wiss. 1990. - v. 27, № 2. - pp. 14-20.

130. Otsuka K. Mechanism of shape memory effect and superelasticity // K. Otsuka, C.M. Wayman Shape memory materials, eds. Otsuka K. and Wayman C.M. -Cambridge University Press, Cambridge, 1998. pp. 27-48.

131. Ионайтис P.P. Кольцевые разъемные укрепители с памятью формы для сварных швов трубопроводов АЭС // P.P. Ионайтис, Б. А. Поляков, В.П. Смирнов, М.А. Туктаров сб. тр. XXVIII сем. Актуальные проблемы прочности, СПб: 2001 с. 421-426.

132. Мышевский И.С. Использование материалов с эффектом памяти формы для повышения ресурса никель-водородных аккумуляторов // И.С. Мышевский, Ж.М. Бледнова сб. тр. 4-ой Московской межд. конф. ТПКММ. -Москва: 2005 С. 105-109.

133. Лямин В.А. О силовой паспортной характеристике сплавов на основе ни-келида титана // В.А. Лямин, А.Е. Лямин сб. тр. XXVIII семинара Актуальные проблемы прочности. СПб: 2001 с. 491-493.

134. Сопротивление материалов / Под общ. ред. Г.С. Писаренко. 4-е изд. - Киев: Вища школа, 1979. - 696 с.

135. Пат. 2286507 Российская Федерация, МПК F17C 1/00 (2006.01). Способ упрочнения тонкостенных сосудов давления / Бледнова Ж.М., Мышевский И.С.; заяв. и патентообл. КубГТУ № 2004138342/06; заявл. 27.12.04; опубл. 27.10.06, Бюл. №30. - 7с.: ил.

136. Аркуша А.И. Техническая механика / А.И. Аркуша, М.И. Фролов, изд. «Высшая школа», 1983 г. с. 294.

137. A.c. № 1217615 (СССР USSR) МКИ4 В 23 Р 11/02, F 15 В 4/09. Способ образования неподвижного соединения охватывающей и охватываемой деталей. Авторы: А.И.Жабин, М.Б.Кивенсон, В.В.Трембач, Н.И.Толстяк.

138. Пат. РФ № 2199037, 7 F 16 С 3/12. Составной коленчатый вал и способ соединения щек кривошипов с коренными и шатунными шейками. Авторы: Чаевский М.И., Бледнова Ж.М., Шауро А.Н., Будревич Д.Г.

139. Генеральный директор РНИЦ РОСЗАЩИТА, К.т.н., с.н.с.1. Расчётожидаемого годового экономического эффекта от внедрения технологии упрочнения никель водородныхаккумуляторов

140. Эг — Згб — Згн/ Ен "I" Кр где: Згб и Згн - затраты на реализацию мероприятий по базовому и новому вариантам;- Ен норматив приведения разновременных затрат (Ен = 0,15);- Кр норма реновации, определяемая с учётом фактора времени (Кр= 0,004).

141. Принимая стоимость изготовления, годовые эксплуатационные затраты и срок эксплуатации по базовому и новому вариантам одинаковыми, годовой экономический эффект на 10 единиц НВА составит сумму:

142. Эг = 1600- 180 • 10 единиц = 92210 рублей, 0,15 + 0,004

143. От КубГТУ: От ОАО «НИИМонтаж»:

144. Зав. кафедрой ДПМ, Гл. специалист, к.т.н.д.т.н., профессор1. Ж.М. Бледнова1. Ст. преподаватель

145. Нач-к цеха по производствуоб использовании результатов НИР в учебном процессе

146. Наименование НИР «Конструктивно-технологические методы повышения долговечности деталей машин и элементов конструкций, работающих в сложных условиях нагружения» (6.5.2.01-05 кафедры ДПМ КубГТУ, § 47).

147. Авторы результатов НИР: Бледнова Ж.М., Мышевский И.С.

148. Наименование НИР, по которой получены использованные результаты: «Повышение функционально-механических свойств путем создания поверхностных слоев из материалов с эффектом памяти формы», 2.14.080§53.

149. Место и объем использования НИР в учебном процессе: при чтении лекций, выполнении курсовых работ по дисциплине «Сопротивление материалов» в разделе «Тонкостенные конструкции»

150. Использование результатов НИР позволило на более высоком уровне излагать раздел курса «Сопротивление материалов» на примере тонкостенного сосуда давления с упрочняющими элементами из материалов с эффектом памяти формы.1. Авторы Ж.М. Бледнова

151. О8 .0Ъ 0Т .АЛО- И.С. Мышевский

152. Использование результатов НИР подтверждаем^

153. Декан Факультета МиА, профессор

154. Зав кафедрой ДПМ, Профессор

155. Председатель метод комиссии, Факультета МиА, профессор7( ,

156. С.Б. Бережной Ж.М. Бледнова1. В.В. Иосифов1. НА ИЗОБРЕТЕНИЕ2286507ш ж ш ш ш ш5*Iш т