Повышение конструктивной прочности сварных соединений путем интенсивной пластической деформации поверхностных слоев швов и зон термического влияния

Корниенко, Елена Евгеньевна

Материаловедение (по отраслям)

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение конструктивной прочности сварных соединений путем интенсивной пластической деформации поверхностных слоев швов и зон термического влияния

кандидата технических наук: Корниенко, Елена Евгеньевна
город: Новосибирск
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.02.01

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Повышение конструктивной прочности сварных соединений путем интенсивной пластической деформации поверхностных слоев швов и зон термического влияния»

Автореферат диссертации по теме "Повышение конструктивной прочности сварных соединений путем интенсивной пластической деформации поверхностных слоев швов и зон термического влияния"

На правах рукописи

003492741

Корниенко Елена Евгеньевна

ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПУТЕМ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ШВОВ И ЗОН ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ

Специальность 05.02.01 - Материаловедение (в машиностроении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2009

003492741

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Батаев Анатолий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Шевченко Олег Игоревич

кандидат технических наук, доцент Ковалевская Жанна Геннадьевна

Ведущая организация:

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, г. Новосибирск

Защита диссертации состоится « 25 » декабря 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.13 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан «25» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

Иванцивский В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основными показателями, характеризующими поведение большинства деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения в тяжелых условиях внешнего нагружения, являются прочностные свойства и параметры трещиностойкости. При оптимизации технологических процессов обработки материалов ставится задача обеспечения требуемого сочетания показателей обоих типов. Успешное решение этой проблемы удается не всегда, поскольку дислокационные механизмы, способствующие росту прочностных свойств, как правило, приводят к снижению показателей трещиностойкости материалов. Технологическими процессами, в большинстве случаев оказывающими негативное влияние на комплекс показателей конструктивной прочности металлических материалов, являются процессы сварки. Структурные преобразования, сопутствующие различным видам сварки, в наибольшей степени отражаются на показателях трещиностойкости материалов. Поэтому исследование характера пластической деформации и разрушения материала сварных швов, а также обоснование эффективных решений, способствующих повышению важнейших показателей конструктивной прочности материала сварных швов, имеют как фундаментальное, так и прикладное значение.

Основными факторами, оказывающими негативное влияние на комплекс показателей конструктивной прочности сварных соединений, являются формирование грубокристаллической структуры сварных швов с большим количеством дефектов литой структуры, образование малопластичных зон термического влияния, обладающих повышенным комплексом прочностных свойств и остаточных напряжений растягивающего типа. Избавиться от этих дефектов, управляя лишь технологическими режимами процесса сварки не представляется возможным. Их образование обусловлено физической сутью процессов сварки, основанных на обеспечении высоких температур и плавлении металла. В качестве методов дополнительного воздействия, позволяющих снизить вредное влияние дефектов кристаллической структуры, возникших на стадии сварки, могут быть использованы интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев материала и термическая обработка. Исследованию особенностей влияния этих видов обработки на структуру и комплекс показателей конструктивной прочности, в первую очередь, усталостной трещиностойкости, посвящена данная работа.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственным контрактом № 20.438.11.7025 «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области машиностроения и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок» (2006-2007 г.); государственным контрактом № 02.513.11.3138 «Повышение надежности и долговечности сварных соединений путем формирования нанокристаллической структуры в поверхностных слоях сварных швов», выполненным в рамках федеральной целевой научно-

технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» (Проект «Развитие Новосибирского научно-образовательного центра в области машиностроения, интегрирующего деятельность Новосибирского государственного технического университета, Институтов СО РАН и станкостроительного центра ОМС»).

Цель работы заключалась в исследовании структуры сварных швов, особенностей их пластической деформации и разрушения, разработке предложений по повышению показателей циклической трещиностойкости сварных соединений путем интенсивной пластической деформации сферическим индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, обеспечивающей формирование в поверхностных слоях измельченной структуры.

Для достижения поставленной в работе цели решались следующие задачи:

1. Изучение особенностей разрушения сварных швов, полученных при реализации технологии электродуговой сварки.

2. Исследование структурных параметров поверхностных слоев, сформированных путем интенсивной пластической деформации сварных швов и зон термического влияния индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой.

3. Исследование влияния термической обработки на структуру поверхностных слоев, подвергнутых локальной интенсивной пластической деформации.

4. Изучение циклической трещиностойкости сварных швов после интенсивной пластической деформации и последующей термической обработки.

5. Оценка напряженно-деформированного состояния сварных швов и зон термического влияния после обработки материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой.

На защиту выносятся:

1. Результаты структурных исследований поверхностных слоев сварных швов и зон термического влияния после интенсивной пластической деформации и последующей термической обработки.

2. Результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния, возникающего при электродуговой сварке листовых заготовок и последующей интенсивной пластической деформации.

3. Результаты исследования механических свойств сварных соединений, полученных методом электродуговой сварки, последующей обработки поверхностных слоев высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, и термической обработки.

Достоверность научных положений, результатов и выводов, содержащихся в работе, подтверждается использованием современных методов структурных исследований и методов определения характеристик надежности и долговечности металлических материалов; большим объемом эксперименталь-

ных данных, полученных при исследовании сварных соединений; статистической обработкой экспериментальных данных. Полученные результаты об особенностях строения поверхностных слоев сварных швов конструкционных сталей, подвергнутых интенсивной пластической деформации и последующему нагреву, не противоречат современным теоретическим представлениям.

Научная новизна:

1. Установлено, что при интенсивной пластической деформации дефектных зон сварных соединений сферическим индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, в поверхностном слое глубиной до 400...450 мкм формируется градиентная структура, особенности которой определяются степенью пластической деформации материала в каждой конкретной зоне. Показано, что наиболее явные изменения, связанные с коллективной перестройкой дислокаций и формированием фрагментированной структуры, реализуются в слое глубиной до 100 мкм. В поверхностных слоях сталей 20 и 09Г2С на глубине 50... 100 мкм формируется структура с размерами фрагментов 250...300 нм. Размер областей когерентного рассеяния непосредственно у поверхности составляет ~ 25 нм.

2. Экспериментально установлено, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев сварных швов и прилегающих к ним зон оказывает благоприятное воздействие на показатели циклической трещиностойкости материалов. Обработка дефектных зон материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, приводит к росту пороговых значений размаха коэффициента интенсивности напряжений в 1,5...2 раза. Показано, что основными факторами, способствующими этому, являются формирование высокодисперсных цементитных частиц, фрагментированной дислокационной структуры и формирование остаточных напряжений сжимающего типа.

3. Установлено, что дополнительная термическая обработка интенсивно деформированных слоев, позволяющая сформировать ультрамелкозернистую структуру феррита (0,5...1 мкм) с равномерно распределенными карбидными частицами размерами ~ 25 нм и снижающая склонность материала к внезапному хрупкому разрушению, в значительной степени уменьшает эффект поверхностного упрочнения и приводит к снижению величины порогового значения размаха коэффициента интенсивности напряжений ДКф. Показано, что с целью обеспечения высоких значений усталостной трещиностойкости, температура нагрева при дополнительной термической обработке должна быть на 30.. .50 °С ниже температуры рекристаллизации феррита.

4. Изучены особенности тонкого строения кристаллов видманштеттова феррита, объясняющие особенности их поведения в условиях циклического на-гружения сталей. Установлено, что пластины видманштеттова феррита имеют слоистое строение с толщиной слоев ~ 300... 1000 нм. Межслойные границы являются местами выделения мелкодисперсных цементитных частиц, ограничивающих пластические свойства материала. Экспериментально показано, что траектория развития усталостных трещин в швах, полученных при электроду-

говой сварке углеродистых сталей, связана с местами выделения феррита вид-манштетгова типа.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

1. Полученные при выполнении работы результаты экспериментальных исследований будут полезны при разработке технологических процессов повышения комплекса показателей надежности и долговечности широкого класса металлов и сплавов, используемых для изготовления деталей машин и элементов конструкций с применением технологии сварки плавлением.

2. Предложенные при выполнении работы технические решения и опытный экземпляр технологической установки, предназначенной для повышения качества сварных швов методом интенсивной пластической деформации, отмечены медалями IV Сеульской ярмарки изобретений «SI1F 2008», Московского международного салона инноваций и инвестиций, а также международной промышленной выставки «Металлы Сибири - 2009».

3. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет» в учебных курсах, читаемых при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов».

4. Разработанные в результате проведения исследований предложения по улучшению качества сварных соединений из разнородных сталей запатентованы патентом РФ на изобретение № 2361030.

Личный вклад автора заключается в постановке задач, проведении экспериментальных исследований, разработке методического и аппаратурного обеспечения исследований, интерпретации результатов и формулировке выводов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2006, 2007, 2008 гг.); на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона» (г. Новосибирск, 2006, 2007, 2008 гг.); на 4-й и 5-й Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» (г. Новосибирск, 2006, 2007 гг.); на 7-й международной научно-технологической конференции "Уральская школа семинар металловедов-молодых ученых" (г. Екатеринбург, 2006 г.); на 6-й Всероссийской школе «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (г. Томск, 2006 г.); на 3-й международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2006 г.); на международной научно-технической конференции «Современные технологические системы в машиностроении» (г. Барнаул, 2006 г.); на XIII и XIV международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2007, 2008 гг.); на Всероссийской научно-технической

конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука. Начало XXI века" (г. Красноярск, 2007 г.); на 3-м международном форуме молодых ученых «Механика. Машиностроение» (г. Самара, 2007 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них: 2 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 6 - в сборниках трудов Международных и Всероссийских научно-технических конференций, 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных результатов и выводов, списка литературы из 147 наименований и приложений. Объем диссертации составляет 200 страниц основного текста, включая 81 рисунок и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и изложены основные вопросы, рассмотренные в диссертации.

Первый раздел «Структура и механические свойства сварных соединений, полученных термическими методами сварки углеродистых сталей» представляет собой анализ литературных данных по проблемам связи структуры с комплексом механических свойств сварных соединений низкоуглеродистых и легированных сталей. Представлена классификация структурных составляющих, образующихся в сварных швах и зонах перегрева, проанализирован характер их возникновения. Рассмотрены типичные дефекты, возникающие в зонах сварных соединений, полученных электродуговой сваркой. Показано, что структурная неоднородность и дефекты сварных соединений значительно снижают их механические свойства.

Проанализированы различные методы повышения качества сварных соединений, в том числе дополнительная термическая обработка и поверхностно-пластическая деформация. Отмечены ограничения, характерные для этих методов. С учетом литературных данных обосновано использование в качестве методов исправления дефектной структуры сварных соединений поверхностного упрочнения индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, и последующей термической обработки. На основании изложенного материала сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе «Материалы и методы исследования» обоснован выбор объектов исследования, методов их обработки и анализа. Пластины из сталей 20, 09Г2С и 30ХГСА толщиной 3 мм соединяли встык по технологии электродуговой сварки с двух сторон без разделки кромок. Выбор рациональных режимов сварки основывался на данных математического моделирования напряженно-деформированного состояния материала, проведенных с использованием расчетного комплекса «ЗУБХУЕЬВ».

Пластическую деформацию сварных швов и зон термического влияния, осуществляли на установке, изготовленной на базе модифицированного фрезер-

ного станка МШ-2.2. Обработку производили индентором, выполненным из твердого сплава диаметром 8 мм. Частота ультразвуковых колебаний составляла 22 кГц, амплитуда колебаний индентора была равной 20 мкм. Индентор прижимался к обрабатываемой поверхности с силой 98 Н. Продольная подача индентора составляла 0,3 м/мин, шаг между дорожками был равным 0,1 мм.

С целью изучения влияния температуры нагрева на структурные превращения в поверхностно-упрочненных слоях сварных швов проводили дополнительный печной отжиг при 500, 550, 600 и 650 °С.

Распределение химических элементов в локальных участках сварных соединений оценивали с использованием электронного микроскопа Carl Zeiss EV050 XVP, оснащенного микроанализатором EDS X-Act (Oxford Instruments). Структурные исследования сталей проводили методами металлографического анализа (Carl Zeiss Axio Observer Alm), просвечивающей электронной микроскопии (Technai G2 FEI), растровой электронной микроскопии (Carl Zeiss EV050 XVP) и рентгеноструктурного анализа (ARL X'TRA).

Для оценки остаточных напряжений первого рода в работе использовали рентгеновский и механический методы. Механические свойства при растяжении определяли в соответствии с ГОСТ 1497-73 на испытательной машине растяжения-сжатия Instron 3369. Испытания на ударный изгиб выполняли на образцах с ¿/-образными надрезами в соответствии с ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре КМ-5Т. Для оценки циклической трещиностойкости материалов использовали методику, основанную на построении кинетических диаграмм усталостного разрушения (КДУР).

В третьем разделе «Влияние структуры сварных швов на особенности их деформации и разрушения» изучены дефекты кристаллического строения в сварных соединения, полученных путем сварки листовых заготовок из сталей 20, 09Г2С и 30ХГСА. Проанализировано влияние этих дефектов на комплекс механических свойств материалов.

Наиболее дефектными участками соединения являются второй валик сварного шва и зоны термического влияния. При испытаниях на ударную вязкость и циклическую трещиностойкость на поверхностях изломов в зоне второго валика наблюдаются явные признаки хрупкого разрушения. В то же время тепло, выделившееся при сварке второго валика, способствовало перекристаллизации материала валика, наплавленного первым. Не смотря на присутствие грубых элементов структуры, перекристаллизация благоприятно отражается на механических свойствах материала первого валика. Его разрушение происходит по механизму, основанному на пластическом течении металла.

Зоны термического влияния, прилегающие к сварному шву и имеющие явно выраженное градиентное строение, содержат участки грубокристалличе-ской структуры, сформированной на месте перегретого материала. В сталях 20 и 09Г2С наиболее характерными структурными элементами, свидетельствующими о перегреве металла и формировании крупнозернистого аустенита, являются выделения феррита видманштеттова типа.

В рамках решаемых в работе задач изучались особенности образования видманштеттова феррита, исследовалось его тонкое строение и объяснялись

особенности поведения сталей, содержащих феррит с чётко ориентированным строением, в процессе их пластической деформации. Во многих случаях при высокотемпературной обработке сталей образуется структура смешанного типа, содержащая одновременно кристаллы видманштеттова феррита и полиэдрический феррит. Возникает вопрос об очередности выделения феррита различного типа. Результаты металлографических исследований дают основания предположить, что на начальном этапе распада аустенита вдоль его границ выделяется феррит полиэдрического типа, который в дальнейшем выполняет функцию подложки для зарождающегося видманштеттова феррита. Однако анализ тонкого строения ферритных выделений вблизи бывших границ аусте-нитных зерен свидетельствует об обратном - кристаллы видманштеттова феррита выделяются самостоятельно, без участия полиэдрического феррита. Металлографически зафиксированы кристаллы видманштеттова феррита V-образной формы, со стрелами феррита, растущими в разные аустенитные зерна. Полиэдрический феррит обволакивает кристаллы видманштеттова типа.

Анализ результатов металлографических исследований позволяет предложить следующую схему образования структуры смешанного типа (рис. 1). На первом этапе распада у-фазы зарождаются кристаллы видманштеттова феррита. Наиболее предпочтительными местами зарождения являются границы аустенитных зерен. На следующем этапе охлаждения промежуток между пластинами видманштеттова феррита заполняет феррит полиэдрического типа.

Структурные исследования свидетельствуют о том, что пластины видманштеттова феррита, как и кристаллы видманштеттова цементита, имеют слоистое строение (рис. 2). Толщина отдельных слоев составляет ~ 300... 1000 нм. Рис. 2. Слоистое строение пластин видманштеттова Анализ результатов структур-

феррита. « _

^ ных исследовании позволяет

предположить, что механизмы образования пластин феррита (и цементита)

видманштеттова типа и формирования в них слоистой структуры подобны.

Особенности тонкого строения пластин свидетельствуют в пользу механизма

роста кристаллов путём миграции ступенек вдоль их широких граней. Наблю-

даемые границы между отдельными слоями в кристаллах феррита могут дополнительно декорироваться различного рода структурными дефектами. При образовании видманштеттова феррита такого рода дефектами могут быть мелкие карбидные частицы, успевающие выделиться на межфазной (а-у) границе за время диффузионного роста пластины в продольном направлении. Учитывая изложенное выше, можно объяснить пониженную пластичность сталей, содержащих выделения видманштеттова феррита. Снижению пластичности сталей способствуют дефекты, расположенные по границам многочисленных слоев. Распространяющаяся трещина находит наиболее слабые места в структуре феррита, которыми являются, по всей вероятности, границы между отдельными слоями пластины. Именно с этим явлением можно связать тот факт, что кристаллы видманштеттова феррита являются наиболее благоприятными местами развития усталостных трещин в сварных швах (рис. 3).

Результаты рентгеност-руктурных исследований

свидетельствуют о том, что в сварных швах сталей 09Г2С и ЗОХГСА присутствуют кристаллы аустенита. Для сварных швов, сформированных на стали ЗОХГСА, характерно образование кристаллов мартенсита, имеющих преимущественно реечное строение. В то же время, имеются участки мартенсита двойникованного типа.

Условия нагрева и охлаждения, характерные для сварки исследуемых сталей, способствуют формированию неоднородного структурного состояния по сечению сварных соединений. Анализ количественных данных, полученных с использованием математического моделирования напряженно-деформированного состояния, показал, что при любых режимах сварки сталей 20, 09Г2С и ЗОХГСА возникают растягивающие напряжения. На стали ЗОХГСА максимальный уровень напряжений составляет более 400 МПа.

Литое строение сварных швов, наличие неравновесной структуры в зонах термического влияния и высокий уровень растягивающих напряжений являются причинами снижения механических свойств сварных соединений. Сварные швы характеризуются пониженными показателями пластических свойств и ударной вязкости. Для сварных конструкций ответственного назначения наиболее опасным является снижение показателей усталостной трещиностойкости, характеризующих способность материала работать в условиях циклического нагр ужения.

Влияние материала сварного шва на усталостную трещиностойкость может быть продемонстрировано на примере разрушения первого и второго свар-

Рис. 3. Особенности разрушения структуры с вид-манштеттовым ферритом.

пластичность и при продвижении трещины разрушается с образованием усталостных бороздок (рис. 4, а). В то же время второй сварной валик имеет принципиально иную структуру, характерную для литого состояния. Разрушение материала с такой структурой имеет преимущественно хрупкий характер (рис. 4, б).

Существенным фактором, способствующим разрушению сварных швов, сформированных на стали 20, является присутствие в структуре значительного количества кристаллов феррита видманштеттова типа и мелкодисперсных цементитных включений, выделяющихся вдоль пластин а-фазы.

Таким образом, полученные результаты структурных исследований свидетельствуют о необходимости обоснования таких технических решений, которые способствовали бы устранению отмеченных недостатков сварных соединений.

В четвертом разделе «Влияние интенсивной пластической деформации и последующего нагрева на структуру и свойства сварных соединений из углеродистых и легированных сталей» показано, что эффективным решением, способствующим устранению дефектов, характерных для сварных соединений, является применение интенсивной пластической деформации поверхностных слоев индентором сферической формы, колеблющимся с ультразвуковой частотой, и дополнительной термической обработки. В разделе представлены результаты исследования тонкого строения деформированных материалов, изучено влияние данной обработки на уровень остаточных напряжений и механические свойства сварных соединений.

Электронно-микроскопические исследования показали, что ультразвуковое пластическое деформирование приводит к резким изменениям морфологии структурных составляющих и дислокационной структуры а-фазы в поверхностных слоях сварных швов (рис. 5, а). Взаимодействующие с инструментом

Рис. 4. Поверхность разрушения сварных швов из стали ЗОХГСА:

а - усталостные бороздки в первом валике; б -хрупкое разрушение второго валика.

ных валиков. Материал первого валика, подвергнутый дополнительному нагреву и перекристаллизации, в значительной степени восстановил свою

а б

Рис. 5. Влияние интенсивной пластической деформации на структуру поверхностных слоев сварных швов (а) и зон термического влияния (б).

слои приобретают характерное строение, свидетельствующее о значительной деформации по схеме, сочетающей сдвиг и сжатие материала. В поверхностных слоях сварных швов на сталях 20 и 09Г2С, подвергнутых интенсивной пластической деформации, не наблюдается присутствия характерных признаков видманштеттова феррита. Пластины феррита сильно деформированы, границы между ними трудно идентифицируемы (рис. 5, б).

Показано, что в поверхностном слое глубиной до 400...450 мкм формируется градиентная структура. Особенности тонкого строения формируемого слоя определяются степенью пластической деформации материала на различной глубине от поверхности. Наиболее явные изменения, связанные с коллективной перестройкой дислокационной структуры, реализуются в слое глубиной менее 100 мкм. Установлено, что в сталях 20 и 09Г2С на глубине 50...100 мкм фор———-- мируется дислокационная структура с

размерами фрагментов 250...300 нм (рис. 6). Размер областей когерентного рассеяния непосредственно у поверхности составляет ~ 25 нм.

Существенным изменениям подвергается карбидная фаза сварных швов и околошовных зон. На рис. 7а показаны глобулярные выделения, декорирующие границы зерен а-фазы. Под действием индентора цементитные пластины деформируются, теряют устойчивость и измельчаются. Электронномикроскопи-ческие изображения, полученные в рефлексе цементита, свидетельствуют о том, что в процессе интенсивной пластической деформации цементит делится на отдельные фрагменты размерами 25...30 нм.

Рис. 6. Фрагментированная в результате интенсивной пластической деформации структура а-железа сварного шва стали 09Г2С на глубине ~ 50 мкм от поверхности.

Рис. 7. Цементитные частицы в поверхностных слоях интенсивно деформированных сварных швов на стали 20 (а) и 09Г2С (б).

Экспериментально подтверждены известные данные о растворении цемен-титных пластин, обусловленном резким повышением плотности дислокаций в ферритной матрице. В этой связи можно было бы ожидать уменьшения количества карбидной фазы в исследуемых микрообъемах материала. Однако структурными исследованиями это предположение не подтвердилось. Причина этого обусловлена, вероятно, тем, что в условиях многократного динамического воздействия поверхностный слой стали нагревается, в результате чего избыточный углерод из твердого раствора выделяется на имеющихся цемен-титных частицах и образуются новые мелкодисперсные частицы карбидов. Конкуренция двух противоположно направленных процессов приводит к тому, что объемная доля цементита заметно не изменяется. Деформация сварных швов, сформированных на сталях 09Г2С и 30ХГСА, приводит также к изменениям, связанным с количеством остаточного аустенита. После ультразвуковой обработки стали 09Г2С аустенит в сварных швах рентгенографически не идентифицируется (рис. 8). В стали 30ХГСА его объемная доля уменьшается в 2 раза.

1000

о 500 я

а S

> ■a-Fe з у -Fe

1000

15 2 S

¡i о о я к

К о

£> ь

500

a-Fe

60 80 28, град.

100

60 80 20, град.

100

Рис. 8. Рентгенограммы сварных швов на стали 09Г2С до (а) и после (б) интенсивной пластической деформации.

Рис. 9. Распределение остаточных напряжений по глубине сварного соединения из стали ЗОХГСА: 1 - продольные напряжения; 2 - поперечные напряжения; 3 - микротвердость.

8000 |

7000 £

6000 § а.

5000 § ё

4000 §• 3000 2

га С 100

те' 50

а 0

те -50

Я -100

-150

Расстояние от поверхности, мм

с!Ш. и/цикл

10"

ДА'. МПа м"

_]- # —

4...................— .....

1 с

• &

ф о'

* о * ♦ .<? ЗСГЗ1'—

— ( те

-С ¿'о

* ~Шх о

- - ♦

100

Рис. 10. Кинетические диаграммы усталостного разрушения сварных соединений из стали 20 без дополнительной обработки (1), после интенсивной пластической деформации (2) и последующего нагрева при 550 °С (3) и 650 "С (4).

В результате структурных изменений, происходящих в поверхностных слоях сварных соединений после поверхностной пластической деформации, значительно повышается микротвердость материала (рис. 9).

Рентгеноструктурным анализом и математическим моделированием методом конечных элементов показано, что интенсивная деформация поверхностных слоев приводит к смене растягивающих напряжений сжимающими. При реализации используемых в работе режимов сварки и ультразвуковой обработки на поверхности стали 20 формируются сжимающие напряжения с уровнем до 80 МПа, на стали 09Г2С - до 80... 100 МПа.

Максимальные сжимающие напряжения в сварных соединениях образуются на поверхности.

Глубина слоя, в котором удалось сформировать напряжения сжатия, достигает 200.. .250 мкм.

Результатом благоприятных изменений, касающихся как тонкой структуры поверхностных слоев сварных швов, так и уровня сжимающих напряжений, является резкое улучшение показателей циклической трещиностойкости. Критические значения размаха коэффициента интенсивности АКл, характеризующие условия старта трещины, повышаются в 1,5...2 раза (рис. 10). При этом, показатели прочностных свойств и ударной вязкости существенно не изменяются. Полученные данные свидетельствуют о высокой эффективности пластической

деформации сварных швов индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Еще одна из возможностей повышения комплекса показателей конструктивной прочности сварных швов заключается в использовании комбинированной обработки, сочетающей интенсивную пластическую деформацию по технологии ультразвукового пластического деформирования с последующим нагревом сварных соединений.

\ _ / Схематически последо-

вательность технологических операций, обепе-чивающих благоприятную структуру поверхностного слоя сварного шва и зон термического влияния, представлена на рис. 11. Подбирая температурно-временные режимы нагрева могут быть обеспечены условия для реализации начального этапа первичной рекристаллизации и измельчения зеренной структуры (рис. 11, в). Развитие процессов первичной рекристаллизации деформированного феррита в сварных соединениях из стали 20 при 550 °С обеспечивает получение ультрамелкозернистой структуры (с размером зерен - 0,5... 1 мкм). Такая структура является весьма благоприятной с точки зрения повышения показателей пластичности и ударной вязкости материала сварного шва (рис. 12). Однако, приводя к росту показателей ударной вязкости, нагрев материала способствует снижению уровня сжимающих напряжений, что в итоге приводит к снижению значений АК,/,. Проведенные исследования показали, что с целью обеспечения высокого уровня усталостной трещиностойкости нагрев сталей 20 и 09Г2С должен быть на 30.. .50 °С ниже температуры рекристаллизации ферритной матрицы.

Анализ результатов исследований, приведенных в разделе 4, свидетельсву-ет о том, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев дефектных зон сварных соединений, осуществляемая сферическим индентором,

Рис. 11. Структура сварного соединения: а - после сварки; б - после обработки поверхности сферическим индентором; в - после поверхностной деформации и нагрева до температуры рекристаллизации феррита.

колеблющимся с ультразвуковой частотой, является эффективным методом повышения показателей конструктивной прочности материалов. Ее применение рационально при изготовлении сварных конструкций, предназначенных для работы в тяжелых условиях внешнего нагружения. Сочетание технологии ультразвукового пластического деформирования с последующим контролируемым нагревом позволяет обеспечить высокий уровень показателей циклической трещиностойкости сварной конструкции и ударной вязкости материала шва.

Пятый раздел «Применение результатов исследований при решении производственных задач и в учебном процессе» имеет прикладной характер. В нем рассматриваются возможности применения полученных результатов на практике. Анализ технологического процесса поверхностной пластической деформации дефектных зон сварных соединений свидетельствует об экономической эффективности его применения в промышленном производстве. На примере изготовления цистерны массой 1 т показано, что срок окупаемости предлагаемого процесса составляет менее 2 лет.

Результаты проведенных исследований использованы для решения практических задач, поставленных промышленными предприятиями. Предложенные технические решения позволили уменьшить уровень внутренних напряжений в раскатных роликах, применяемых в НПО «Сибсельмаш», и в три раза увеличить их стойкость.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет» в учебных курсах, читаемых при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов». С участием автора диссертационной работы разработана научно-учебная установка по ультразвуковой обработке деталей цилиндрической формы и модернизированы установки для испытания машиностроительных материалов на циклическую и ударно-усталостную трещиностойкость. Установки используются научными сотрудниками и студентами механико-технологического факультета НГТУ при реализации научного и учебного процессов.

Рис. 12. Ударная вязкость сварных соединений: * - УЗО - интенсивная пластическая деформация.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С использованием методов структурного анализа и математического моделирования изучены особенности структурных преобразований, имеющих место при реализации электродуговой сварки листовых заготовок из сталей 20, 09Г2С и 30ХГСА. Показано, что сварные швы и зоны термического влияния характеризуются наличием большого количества дефектов кристаллической структуры, определяющих поведение сварных конструкций ответственного назначения в тяжелых условиях внешнего нагружения. С целью устранения дефектов кристаллического строения, типичных для сварных соединений, рекомендованы интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев дефектных зон и дополнительный нагрев деформированного материала.

2. Изучены особенности тонкого строения кристаллов видманштеттова феррита, объясняющие особенности их поведения в условиях циклического нагружения сталей. Установлено, что пластины видманштеттова феррита, как и пластины цементита, имеют слоистое строение. Толщина образующихся слоев составляет ~ 300... 1000 нм. Межслойные границы являются местами выделения мелкодисперсных цементитных частиц, ограничивающих пластические свойства материала. В присутствии низкопрочных межслойных границ феррит-ные пластины теряют запас пластичности. Экспериментально показано, что траектория развития усталостных трещин в швах, полученных при электродуговой сварке углеродистых сталей, связана с местами выделения феррита видманштеттова типа.

3. Экспериментально установлено, что при образовании по границам ау-стенитных зерен ферритной структуры смешанного типа первыми образуются кристаллы видманштеттова типа. Промежутки между выделившимися на первом этапе пластинчатыми кристаллами заполняются ферритом полиэдрического типа.

4. Методами структурного анализа установлено, что при интенсивной пластической деформации дефектных зон сварных соединений сферическим индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, в поверхностном слое глубиной до 400...450 мкм формируется градиентная структура. Особенности тонкого строения формируемого слоя определяются степенью пластической деформации материала на различной глубине от поверхности. Наиболее явные изменения, связанные с коллективной перестройкой дислокационной структуры, реализуются в слое глубиной менее 100 мкм. Установлено, что в сталях 20 и 09Г2С на глубине 50... 100 мкм формируется дислокационная структура с размерами фрагментов 250...300 нм. Размер областей когерентного рассеяния непосредственно в поверхностном слое, деформированном индентором, составляет 25...50 нм.

6. Интенсивная пластическая деформация сварных швов и околошовных зон колеблющимся с ультразвуковой частотой индентором благоприятно отражается на характере напряженно-деформированного состояния материалов. При поверхностном упрочнении сварных соединений из стали 30ХГСА про-

изошло изменение знака остаточных напряжений - от растягивающих (~ 400.. .450 МПа) к сжимающим (~ 100 МПа).

7. Установлено, что ультразвуковая обработка не оказывает заметного влияния на прочностные характеристики и ударную вязкость сварных соединений. Объясняется это относительно малой глубиной упрочненного слоя. Наиболее благоприятное воздействие интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев сварных швов и прилегающих к ним зон оказывает на показатели циклической трещиностойкости материалов. Обработка дефектных зон материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой приводит к росту пороговых значений размаха коэффициента интенсивности напряжений в 1,5...2 раза. Основными факторами, способствующими этому, являются формирование высокодисперсных цементитных частиц, фраг-ментированной дислокационной структуры и формирование остаточных напряжений сжимающего типа.

8. Дополнительная термическая обработка интенсивно деформированных слоев позволяет сформировать ультрамелкозернистую структуру феррита (0,5... 1 мкм) с равномерно распределенными карбидными частицами размерами ~ 25 нм и снизить тем самым склонность материала к внезапному хрупкому разрушению. Однако при этом снижается уровень остаточных сжимающих напряжений и, соответственно, уменьшается величина порогового значения размаха коэффициента интенсивности напряжений âJCth- Повышение температуры нагрева сварных соединений до температур, обеспечивающих развитие рекристаллизационных процессов в поверхностных слоях деформированных зон не рационально.

9. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет» при подготовке инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении» и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» в учебных курсах, связанных с проблемами повышения надежности и долговечности сварных соединений. С использованием результатов проведенных исследований решен ряд практических задач по повышению надежности и долговечности тяжело нагруженных деталей машин, поставленных промышленными предприятиями. Эффективность предложенных технических решений подтверждена актами промышленных испытаний.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Особенности строения кристаллов видманштеттова феррита и цементита / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров, Я. С. Лизункова, Е. Е. Захаревич // Сталь. - 2008. - № 8. - С. 99-102.

2. Восстановление валов электрических машин с использованием технологии наплавки и ультразвуковой обработки покрытий / А. М. Кручинин, Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров // Материаловедение. - 2008. -№ 3. - С. 45^8.

3. Пат. 2361030 Российская Федерация , МПК , Е01В 11/44, В23К 11/04. Способ сварного соединения крестовины из марганцовистой стали с рельсом из углеродистой стали / А. А. Батаев, В. А. Батаев, В. Г. Буров, А. А. Никулина, Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев и др ; патентообладатель Новосибирский государственный технический университет. - № 2007142082/11 ; заявлен 13. 11. 2007 г ; опубликован 10.07. 2009 , Бюл. № 19. - 6 с.

4. Захаревич Е. Е. Повышение качества сварных соединений путем применения ультразвуковой обработки / Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев // Новые материалы. Создание, структура, свойства : тр. 6 Всерос. шк. - семинара, Томск, 2006 г. - Томск : Изд-во ТПУ, 2006. - С. 100-102.

5. Захаревич Е. Е. Исправление дефектной структуры сварного соединения методом ультразвуковой обработки и термическим нагревом / Современные проблемы машиностроения : тр. 3 Междунар. науч. - техн. конф., Томск, 2006 г. - Томск: Изд-во ТПУ , 2006. - С. 56-57.

6. Захаревич Е. Е. Комбинированная обработка сварных соединений путем сочетания ультразвукового и термического воздействия / Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев // Современные техника и технологии : 18 Междунар. науч. -практ. конф. «Современные техника и технология», Томск, 26-30 марта 2007 г.: тр. в 3-х т. - Томск : Изд-во ТПУ, 2007 - Т. 2. - С. 85-87.

7. Захаревич Е. Е. Обработка сварных соединений из стали 20 ультразвуковым воздействием / Е. Е. Захаревич, Н. В. Плотникова П Актуальные проблемы современной науки : тр. 3 Междунар. форума (8 Междунар. конф. молодых ученых и студентов). Естественные науки. 3. Механика. Машиностроение, Самара, 2007 г. - Самара: Изд-во СамГТУ, 2007. - С. 42-46.

8. Захаревич Е. Е. Изменение механических свойств сварных соединений после ультразвуковой обработки / Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев, Н. В. Плотникова // Современные техника и технологии : 14 Междунар. науч. - практ. конф. «Современные техника и технологии», Томск, 24-28 марта 2008 г.: тр. в 3-х т. -Томск : Изд-во ТПУ, 2008. - Т. 2. - С. 58-59.

9. Корниенко Е. Е. Структурные и фазовые превращения в сварных швах сталей 20, 09Г2С и 30ХГСА при ультразвуковой обработке / Е. Е. Корниенко, Н. В. Плотникова // Современные проблемы и технологии машиностроения : Всерос. науч. - практ. конф.: сб. тр., Новосибирск, 2009 г. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2009. - С. 249-253.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, тел. 346-08-57 формат 60x84/16, объем 1.25 пл., тираж 100 экз., заказ № 1670 подписано в печать 23.11.09 г.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Корниенко, Елена Евгеньевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ТЕРМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ.

1.1. Особенности строения сварных соединений, полученных электродуговой сваркой.

1.1.1. Строение сварного шва.

1.1.2. Морфология феррита, образующегося в сварных швах и зонах термического влияния при получении соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

1.1.3. Особенности строения зон термического влияния.

1.2. Дефекты сварных соединений.

1.2.1. Образование горячих трещин.

1.2.2. Образование холодных трещин.

1.2.3. Остаточные механические напряжения.

1.3. Влияние дефектов сварного происхождения на свойства материала.

1.4. Методы повышения качества сварных соединений.

1.4.1. Термическая обработка.

1.4.2. Технологические способы повышения качества.

1.4.3. Поверхностная пластическая обработка сварных швов.

1.5. Выводы.

1.6. Цели и задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Материалы исследования.

2.2. Сварочные материалы и режимы сварки.

2.3. Определение химического состава сварных швов.

2.4. Оборудование и режимы ультразвуковой упрочняющей обработки.

2.5. Выбор режимов термической обработки пластически деформированных сварных швов.

2.6. Структурные исследования.

2.6.1. Оптическая микроскопия.

2.6.2. Растровая электронная микроскопия.

2.6.3. Трансмиссионная электронная микроскопия.

2.6.4. Рентгеноструктурные исследования.

2.7. Определение остаточных напряжений.

2.7.1. Определение остаточных напряжений рентгеновским методом.

2.7.2. Определение остаточных напряжений методом, основанным на измерении прогиба образцов.

2.8. Прочностные испытания на растяжение.

2.9. Измерение микротвердости.

2.10. Испытания на ударную вязкость.

2.11. Определение усталостной трещиностойкости материалов.

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ СВАРНЫХ ШВОВ НА ОСОБЕННОСТИ ИХ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ.

3.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния материала при сварке.

3.1.1. Математическая модель напряженно-деформированного состояния материала при сварке.

3.1.2. Расчет физико-механических свойств стали.

3.1.3. Результаты моделирования процессов сварки.

3.2. Структурные исследования сварных соединений.

3.3. Определение остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях.

3.4. Механические свойства сварных соединений из исследуемых сталей.

3.5. Выводы.

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И

ПОСЛЕДУЮЩЕГО НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И

ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

4.1. Влияние интенсивной пластической деформации на структуру поверхностных слоев сварных соединений.

4.2. Влияние интенсивной пластической деформации поверхностных слоев сварных швов и околошовных зон на уровень и характер распределения остаточных напряжений.

4.2.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния материалов при интенсивной пластической деформации.

4.2.2. Оценка остаточных напряжений с использованием рентгеноструктурного метода и метода, основанного на измерении прогиба образцов.

4.3. Влияние интенсивной пластической деформации на механические свойства сварных соединений.

4.4. Влияние нагрева на структуру сварных соединений, подвергнутых интенсивной пластической деформации.

4.5. Влияние температуры нагрева на механические свойства сварных соединений.

4.6. Выводы.

ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАДАЧ И В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.

5.1. Анализ эффективности использования технологии поверхностного упрочнения дефектных зон сварных соединений.

5.2. Повышение комплекса механических свойств изделий машиностроительного производства.

5.3. Использование результатов исследований в учебном процессе.

5.4. Выводы.

Введение 2009 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Корниенко, Елена Евгеньевна

Процессы сварки нашли широкое применение в различных отраслях современного промышленного производства, в том числе и в машиностроении. Объясняется это большим количеством достоинств, характерных для процессов сварки. Основными из них являются возможность снижения веса конструкций, высокая производительность, низкая трудоемкость процесса. Во многих случаях технологии сварки успешно конкурируют с механической обработкой, обработкой давлением, литейными технологиями.

В то же время имеется ряд ограничений различного рода, которые следует учитывать при реализации сварочных технологических процессов. Особенно это касается широко распространенных методов сварки, основанных на процессах перевода материала в расплавленное состояние. Основным технологическим свойством, которое следует учитывать при реализации анализируемых процессов является свариваемость, которая определяется множеством параметров, в том числе химическим составом материала, технологическими режимами, геометрическими параметрами заготовок и др. Важнейшими факторами, определяющими свариваемость сталей, являются содержание углерода и легирующих элементов. При увеличении количества этих элементов свариваемость сталей снижается. В то же время многие задачи современного промышленного производства требуют применения легированных сталей с повышенным содержанием углерода.

Структурные преобразования, сопутствующие различным видам сварки плавлением, в наибольшей степени отражаются на показателях трещиностойкости материалов (как статической, так и циклической). Поэтому исследование характера пластической деформации и разрушения материала сварных швов, а также обоснование эффективных решений, способствующих повышению важнейших показателей конструктивной прочности материала сварных швов, имеет как фундаментальное, так и прикладное значение.

Основными факторами, оказывающими негативное влияние на комплекс показателей конструктивной прочности сварных соединений, являются формирование грубой кристаллической структуры сварных швов с большим количеством дефектов литой структуры, малопластичных зон термического влияния, обладающих повышенным комплексом прочностных свойств и остаточных напряжений растягивающего типа. Полностью избавиться от этих дефектов, управляя технологическими режимами сварки невозможно. Их образование обусловлено физической сутью процессов сварки, основанных на обеспечении высоких температур и плавлении металла.

В качестве методов дополнительного воздействия, позволяющих снизить вредное влияние дефектов кристаллической структуры, возникших на стадии сварки, могут быть использованы интенсивная пластическая деформация материалов и термическая обработка. Исследованию особенностей влияния этих видов обработки на структуру и комплекс показателей конструктивной прочности, в первую очередь, усталостной трещиностойкости, посвящена данная работа.

При выполнении диссертационной работы в качестве метода интенсивной пластической деформации была выбрана обработка поверхностных слоев и прилегающим к ним зон термического влияния высокопрочным ин-дентором сферической формы, колеблющимся с ультразвуковой частотой. Важнейшим достоинством этого метода является его технологичность, высокая производительность, возможность обработки швов различного типа. Анализ характерных особенностей метода позволяет рассматривать его для повышения комплекса свойств сварных конструкций ответственного назначения.

Научная новизна

1. Установлено, что при интенсивной пластической деформации дефектных зон сварных соединений сферическим индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, в поверхностном слое глубиной до 400.450 мкм формируется градиентная структура, особенности которой определяются степенью пластической деформации материала в каждой конкретной зоне. Показано, что наиболее явные изменения, связанные с коллективной перестройкой дислокаций и формированием фрагментированной структуры, реализуются в слое глубиной до 100 мкм. В поверхностных слоях сталей 20 и 09Г2С на глубине 50. 100 мкм формируется структура с размерами фрагментов 250.300 нм. Размер областей когерентного рассеяния непосредственно у поверхности составляет ~ 25 нм.

2. Экспериментально установлено, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев сварных швов и прилегающих к ним зон оказывает благоприятное воздействие на показатели циклической трещино-стойкости материалов. Обработка дефектных зон материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, приводит к росту пороговых значений размаха коэффициента интенсивности напряжений в 1,5.2 раза. Показано, что основными факторами, способствующими этому, являются формирование высокодисперсных цементитных частиц, фрагментированной дислокационной структуры и формирование остаточных напряжений сжимающего типа.

3. Установлено, что дополнительная термическая обработка интенсивно деформированных слоев, позволяющая сформировать ультрамелкозернистую структуру феррита (0,5. 1 мкм) с равномерно распределенными карбидными частицами размерами ~ 25 нм и снижающая склонность материала к внезапному хрупкому разрушению, в значительной степени уменьшает эффект поверхностного упрочнения и приводит к снижению величины порогового значения размаха коэффициента интенсивности напряжений AKt/V Показано, что с целью обеспечения высоких значений усталостной трещиностойкости, температура нагрева при дополнительной термической обработке должна быть на 30.50 °С ниже температуры рекристаллизации феррита.

4. Изучены особенности тонкого строения кристаллов видманштеттова феррита, объясняющие особенности их поведения в условиях циклического нагружения сталей. Установлено, что пластины видманштеттова феррита имеют слоистое строение с толщиной слоев ~ 300. 1000 нм. Межслойные границы являются местами выделения мелкодисперсных цементитных частиц, ограничивающих пластические свойства материала. Экспериментально показано, что траектория развития усталостных трещин в швах, полученных при электродуговой сварке углеродистых сталей, связана с местами выделения феррита видманштеттова типа.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

2. Предложенные при выполнении работы технические решения и опытный экземпляр технологической установки, предназначенной для повышения качества сварных швов методом интенсивной пластической деформации, отмечены медалями IV Сеульской ярмарки изобретений «SIIF 2008», Московского международного салона инноваций и инвестиций, а также международной промышленной выставки «Металлы Сибири — 2009».

Заключение диссертация на тему "Повышение конструктивной прочности сварных соединений путем интенсивной пластической деформации поверхностных слоев швов и зон термического влияния"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. С использованием методов структурного анализа и математического моделирования изучены особенности структурных преобразований, имеющих место при реализации электродуговой сварки листовых заготовок из сталей 20, 09Г2С и ЗОХГСА. Показано, что сварные швы и зоны термического влияния характеризуются наличием большого количества дефектов кристаллической структуры, определяющих поведение сварных: конструкций ответственного назначения в тяжелых условиях внешнего нагружения. С целью устранения дефектов кристаллического строения, типичных для сварных: соединений, рекомендованы интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев дефектных зон и дополнительный нагрев деформированного материала.

2. Изучены особенности тонкого строения кристаллов видманштеттова феррита, объясняющие особенности их поведения в условиях циклического нагружения сталей. Установлено, что пластины видманштеттова феррита, как и пластины цементита, имеют слоистое строение. Толщина образующихся слоев составляет ~ 300. 1000 нм. Межслойные границы являются местами выделения мелкодисперсных цементитных частиц, ограничивающих пластические свойства материала. В присутствии низкопрочных межслойных границ ферритные пластины теряют запас пластичности. Экспериментально показано, что траектория развития усталостных трещин в швах, полученных при электродуговой сварке углеродистых сталей, связана с местами выделения феррита видманштеттова типа.

4. Методами структурного анализа установлено, что при интенсивной пластической деформации дефектных зон сварных соединений сферическим индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, в поверхностном слое глубиной до 400.450 мкм формируется градиентная структура. Особенности тонкого строения формируемого слоя определяются степенью пластической деформации материала на различной глубине от поверхности. Наиболее явные изменения, связанные с коллективной перестройкой дислокационной структуры, реализуются в слое глубиной менее 100 мкм. Установлено, что в сталях 20 и 09Г2С на глубине 50. 100 мкм формируется дислокационная структура с размерами фрагментов 250.300 нм. Размер областей когерентного рассеяния непосредственно в поверхностном слое, деформированном индентором, составляет 25.50 нм.

7. Установлено, что ультразвуковая обработка не оказывает заметного влияния на прочностные характеристики и ударную вязкость сварных соединений. Объясняется это относительно малой глубиной упрочненного слоя. Наиболее благоприятное воздействие интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев сварных швов и прилегающих к ним зон оказывает на показатели циклической трещиностойкости материалов. Обработка дефектных зон материала высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой приводит к росту пороговых значений размаха коэффициента интенсивности напряжений в 1,5.2 раза. Основными факторами, способствующими этому, являются формирование высокодисперсных цементитных частиц, фрагментированной дислокационной структуры и формирование остаточных напряжений сжимающего типа.

8. Дополнительная термическая обработка интенсивно деформированных слоев позволяет сформировать ультрамелкозернистую структуру феррита (0,5. 1 мкм) с равномерно распределенными карбидными частицами размерами ~ 25 нм и снизить тем самым склонность материала к внезапному хрупкому разрушению. Однако при этом снижается уровень остаточных сжимающих напряжений и, соответственно, уменьшается величина порогового значения размаха коэффициента интенсивности напряжений

AKth- Повышение температуры нагрева сварных соединений до температур, обеспечивающих развитие рекристаллизационных процессов в поверхностных слоях деформированных зон не рационально.

186

Библиография Корниенко, Елена Евгеньевна, диссертация по теме Материаловедение (по отраслям)

1. Макаров Э. Л. Холодные трещины при сварке / Э. Л. Макаров. — М. : Машиностроение, 1981. 248 с.

2. Шоршоров М. X. Металловедение сварки стали и сплавов титана / М. X. Шоршоров. — М.: Наука, 1965. 336 с.

3. Лашко Н. Ф. Металловедение сварки / Н. Ф. Лашко, С. В. Лашко-Авакян. М. : Машгиз, 1954. - 270 с.

4. Земзин В. Н. Термическая обработка и свойства сварных соединений / В. Н. Земзин, Р. 3. Шрон. Л. : Машиностроение. ЛО, 1978. - 367 с.

5. Шоршоров М. X. Фазовые превращения и изменение свойств стали при сварке : атлас / М. X. Шоршоров, В. В. Белов. М.: Наука, 1972. - 219 с.

6. Лившиц Л. С. Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений / Л. С. Лившиц, А. Н. Хакимов. — 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1989. - 336 с.

7. Лившиц Л. С. Металловедение для сварщиков (сварка сталей) / Л. С. Лившиц. М. : Машиностроение, 1979. - 253 с.

8. Сварка в машиностроении : справочник. Т. 1 / К. В. Васильев, В. И. Вилль, В. Н. Волченко и др. ; под ред. Н. А. Ольшанского. — М. : Машиностроение, 1978.-504 с.

9. Davies G. J. Solidification structures and properties offusion welds / G. J. Davies, J. G. Garland II Intern. Metal Rev. 1975. - Vol. 20, № 2.-P. 83-105.

10. Чалмерс Б. Теория затвердевания / Б. Чалмерс. — М. : Металлургия, 1968.-288 с.

11. Лившиц Б. Г. Металлография : учеб. для вузов / Б. Г. Лившиц. М. : Металлургия, 1990. — 236 с.

12. Касаткин В. С. Микроструктура и свойства сварных соединений низколегированных сталей (Обзор) / В. С. Касаткин, О. И. Козловец // Автоматическая сварка. — 1989. № 7. - С. 1—11.

13. Hamson, P. L. Microstructural development and toughness of C-Mnand С Mn - Ni welds metals. Pt. 1. Microstructural development / P. L. Harrison, R. A. Farrar II Metal construction. - 1987. - Vol 19. - P. 329-399.

14. Теплухин Т. E. Условия, механизм образования и морфология пересыщенного углеродом феррита (черновита) / Т. Е. Теплухин // Металлы. — 1997. -№ 1. С. 101-107.

15. Штейнберг С. С. Видманштеттовая структура в стали / С. С. Штейн-берг, В. Я. Зубов // Качественная сталь. 1935. - № 1. - С. 33 - 36.

16. Арзамасов Б. Н. Материаловедение : учеб. для высш. техни. учеб. заведений / Б. Н. Арзамасов. 2-е изд., испр. и доп. - М. : Машиностроение, 1986. - 384 с.

17. Леонтьев Б. А. Образование видманштеттовой структуры в углеродистых сталях / Б. А. Леонтьев, А. П. Косенко // Металловедение и термическая обработка металлов. 1973. - № 6. - С. 59-60.

18. Изотов В. И. Тонкая структура видманштеттовых кристаллов феррита / В. И. Изотов, В. А. Леонтьев // Физика металлов и металловедение. — 1971. — Т. 32, вып. 1.-С. 96-101.

19. Honeycombe R. W. К. Transformation from austenite in alloy steels / R. W. K. Honeycombe, R. F. Melh II Metallurgical Transactions A. — 1976. — Vol. 7, iss. 6. -P. 915-936.

20. Попов А. А. Особенности образования и распада пересыщенного феррита в легированных сталях / А. А. Попов, Л. Е. Шевякина // Известия вузов. Черная металлургия. 1960. - № 9. - С. 140-142.

21. Акулов А. И. Технология и оборудование сварки плавлением : учебник для студентов вузов / А. И. Акулов, Г. А. Бельчук, В. П. Демянцевич. — М. : Машиностроение, 1977. 423 с.

22. Леонтьев Б. А. Об условиях образования видманштеттовой структуры стали / Б. А. Леонтьев, Т. И. Шелягина // Металловедение и термическая обработка : сб. тр. — М.: Высшая школа, 1969. — Вып. 15. — С. 85-96.

23. Choi С. L. A study of microstructural progression in as-deposited weld metal 1С. L. Choi, D. C. Hill I I Welding J. 1978. - Vol 57, № 8. -P. 232-236.

24. Пикеринг Ф. Б. Физическое металловедение и разработка сталей / Ф. Б. Пикеринг. М.: Металлургия, 1982. - 184 с.

25. Лаупрехт В. Малоперлитные высокопрочные низколегированные стали для магистральных трубопроводов / В. Лаупрехт, Г. Тайтер // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1977. — № 7. — С. 37-41.

26. Йех Я. Термическая обработка сталей : справочник / Я. Йех. — М. : Металлургия, 1979. 264 с.

27. The Role of Filler Metal Wire and Flux Composition in Submerged Arc Weld Metal Transformation Kinetics / N. A. Fleck, O. Grong, G. R. Edwards, and D. K. Matlock II Welding J. 1986. - Vol. 65, № 5, P. 139-149.

28. Tuliani S. S. Effects of Silicon in submerged-arc weld metals at low concentrations / S. S. Tuliani, R. A. Farrar I I Welding and Metal Fabrication. — 1975. — Vol. 43, №7. -P. 553-558.

29. Ricks R. A. The nature of acicular ferrite in HSLA steel weld metals / R. A. Ricks, P. R. Howell, G. S. Barritte II J. of Materials Science. 1982. - Vol. 17, № 3. -P. 732-740.

30. Кохрейн P. К. Влияние морфологии включений на микроструктуру и вязкость сварных соединений, полученных автоматической сваркой под флюсом / Р. К. Кохрейн, Б. Р. Кевилл // Стали для газопроводных труб и фитингов. -М.: Металлургия, 1985. С. 61-74.

31. Notch toughness of low oxygen content submerged arc deposits / Т. H. North, H. B. Bell, A. Koukabi, /. Craig II Welding J. 1979. - Vol 58, № 12. - P. 343-354.

32. Liu S. The role of inclusions in controlling HSLA steel weld microstruc-tures IS. Liu, D. L. Olson И Welding J. 1986. - Vol. 65, № в.-P. 139-149.

33. Kirkwood P. R. Physical metallurgy of HSLA weldments / P. R. Kirkwood II Metal and Mater. 1978. -N 8. -P. 51-53.

34. Колдрен А. Высокопрочные свариваемые низколегированные стали для магистральных трубопроводов / А. Колдрен, Дж. Михелич // Металловедение и термическая обработка металлов. 1977. — № 7. — С. 44-47.

35. Сэйдж А. М. Металлофизический обзор высокопрочных низколегированных сталей для труб и фитингов / А. М. Сэйдж // Стали для газопроводных труб и фитингов. М.: Металлургия, 1985. — С. 38 - 60.

36. Походня И. К. Влияние ликвации кремния и марганца на условия образования игольчатого феррита / И. К. Походня, А. О. Корсун, Ю. А. Мешков // Автоматическая сварка. — 1986. № 9. - С. 18-21, 37.

37. Многослойная сталь в сварных конструкциях / под ред. Б. Е. Патона, Б. И. Медовара. Киев : Наук, думка, 1984. — 288 с.

38. Гривняк И. Свариваемость сталей / И. Гривняк. — М. : Машиностроение, 1984.-216 с.

39. Абрамов О. В. Ультразвуковая обработка сварных соединений в низколегированных сталях / О. В. Абрамов, В. В. Артемьев, Э. В. Кистерев // Материаловедение. 2001. - № 6. - С. 39 - 45.

40. Стеклов О. И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах / О. И. Стеклов. М. : Машиностроение, 1976. - 200 с.

41. Чернышева Т. А. Границы зерен в металле сварных соединений / Т. А. Чернышова. М. : Наука, 1986. - 126 с.

42. Николаев Г. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций : учеб. пособие / Г. А. Николаев, С. А. Куркин, В.

43. A. Винокуров. — М.: Высш. Школа, 1982. — 272 с.

44. Макаров Э. Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей / Э. Л. Макаров. М.: Машиностроение, 1981. - 248 с.

45. Назарчук А. Т. Получение равнопрочных сварных соединений закаливающихся сталей без подогрева и термической обработки / А. Т. Назарчук, В.

46. B. Снисарь // Автоматическая сварка. — 2003. — № 5. — С. 41-46.

47. Патон Б. Е. О повышении несущей способности и долговечности сварных конструкций / Б. Е. Патон, В. И. Труфяков // Автоматическая сварка. — 1982.-№2.-С. 1-6.

48. Труфяков В. И. Усталость сварных соединений / В. И. Труфяков. — Киев : Наук, думка, 1973. — 216 с.

49. Эффективность применения ультразвуковой обработки для повышения сопротивления усталости сварных соединений / П. П. Михеев, А. Я. Недосека, И. В. Пархоменко и др. // Автоматическая сварка. 1984. — № 3. — С. 4-7.

50. Орехов Г. Т. Использование магнитоупругого метода контроля для определения влияния температуры отпуска на остаточные сварочные напряжения / Г. Т. Орехов, А. Г. Состин, В. Т. Орехов // Автоматическая сварка. — 1974. — № 5. — С. 73-74.

51. Винокуров В. А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений / В. А. Винокуров. М. : Машиностроение, 1973. — 213 с.

52. Николаев В. В. Релаксация напряжений при переменной температуре в процессе отпуска сварных конструкций / В. В. Николаев, В. А. Винокуров // Известия вузов. Машиностроение. 1967. - № 6. - С. 25-27.

53. Макакра А. М. Исследование вопросов технологии и металловедения сварки легированных конструкционных сталей / А. М. Макакра. — Киев : ИЭС им. Е.О. Патона, 1963. 500 с.

54. Назарчук А. Т. Управление кристаллизацией металла шва и термодеформационным циклом при автоматической дуговой сварке / А. Т. Назарчук // Автоматическая сварка. 1994. - № 5-6. - С. 3-9.

55. Назарчук А. Т. Влияние порционно-дискретного формирования швов на термический цикл дуговой сварки плавлением / А. Т. Назарчук // Автоматическая сварка. 1997. - № 5. - С. 13—17.

56. Назарчук А. Т. Изучение влияния слоев с различными свойствами на механические характеристики двухслойных стальных образцов / А. Т. Назарчук // Автоматическая сварка. 1992. - № 7. - С. 27-29, 32.

57. Кудрявцев И. В. Усталость сварных конструкций / И. В. Кудрявцев, Н. Е. Наумченков. М. : Машиностроение, 1976. - 270 с.

58. Трощенко В. Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении / В. Т. Трощенко. Киев : Наукова думка, 1981. — 344 с.

59. Кудрявцев Ю. Ф. Повышение циклической долговечности сварных соединений ультразвуковой ударной обработкой / Ю. Ф. Кудрявцев, В. Ф. Коршун, А. 3. Кузьменко // Автоматическая сварка. 1989. - № 7. - С. 24—28.

60. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металла / О. В. Абрамов, В. И. Добаткин, В. Ф. Казанцев и др. М. : Наука, 1986. -277 с.

61. Северденко В. П. Теория обработки металлов давлением / В. П. Се-верденко. Минск : Высшая школа, 1966. — 224 с.

62. Субструктурные и фазовые превращения при ультразвуковой обработке мартенситной стали / В. Е. Панин, В. А. Клименов, В. П. Безбородов и др. // Физика и химия обработки материалов. 1993. - № 6. - С. 77-83.

63. Субструктура и коррозия марганцовистой аустенитной стали / О. Б. Перевалова, JI. А. Корниенко, В. П. Безбородов и др. // Физика и химия обработки материалов. 1997. - № 3. - С. 82-87.

64. Структура, фазовый состав и механизмы упрочнения аустенитной стали, подвергнутой ультразвуковой обработке бойками / В. А. Клименов, Ю. Ф. Иванов, О. Б. Перевалова и др. // Физика и химия обработки материалов. — 2001.-№ 1.-С. 90-97.

65. Муханов И. И. Ультразвуковая упрочняюще-чистовая обработка стали и чугуна / И. И. Муханов // Вестник машиностроения. — 1969. — № 6. — С. 64— 66.

66. Снижение остаточных сварочных напряжений ультразвуковой обработкой / И. Г. Полоцкий, А. Я. Недосека, Г. И. Прокопенко и др. // Автоматическая сварка. 1974. - № 5. — С. 74—75.

67. Остаточные напряжения при упрочнении сварных соединений стали ЮЗ ультразвуковым инструментом ударного действия / В. Г. Степанов, Е. Ш. Статников, М. И. Клестов и др. // Технология судостроения. — 1974. — № 7. — С. 32-34.

68. Степанов В. Г. Коррозионно-усталостная прочность стали ЮЗ при упрочнении ультразвуковым инструментом / В. Г. Степанов, В. Ш. Статников, М. И. Клестов // Технология судостроения. 1974. — № 1. - С. 70—74.

69. Механизм ультразвуковой ударной обработки сварных соединений / В. Г. Бадалян, В. Ф. Казанцев, В. Ш. Статников и др. // Вестник машиностроения. 1979. - № 8. - С. 56-58.

70. Коломийцев Е. В. Влияние ультразвуковой и лазерной обработки на сопротивление усталости стыковых сварных соединений в воздушной и коррозионной средах / Е. В. Коломийцев, А. Н. Серенко // Автоматическая сварка. — 1990. -№ 11.-С. 13-15.

71. Губкин С. И. Пластическая деформация металлов : в 3 т. / С. И. Губкин.-М., 1961.-Т. 1.-376 с. ;Т. 2.-416 с. ; Т. 3.-306 с.

72. Влияние ультразвуковой обработки на структуру и свойства сварных соединений теплостойкой стали 12Х1МФ / В. П. Безбородов, В. А. Клименов, В. С. Плешанов и др. // Сварочное производство. 2000. - № 7. - С. 17-21.

73. Влияние ультразвукового воздействия на изотермическое превращение аустенита стали 60 в перлитной области / И. Г. Углов, В. В. Парусов, А. В. Кулемин и др. // Металлы. 1987. - № 3. - С. 96-99.

74. Влияние ультразвукового деформационного упрочнения на малоцикловую усталость мартенситностареющей и среднеуглеродистой сталей / В. А. Остапенко, И. В. Пестов и др. // Вестник машиностроения. 1987. — № 2. — С. 16-19.

75. Влияние знакопеременных напряжений ультразвуковой частоты на структуру и пластичность металлов / В. И. Петухов, О. М. Смирнов, 3. В. Ба-ранцева и др. // Металлы. 1987. - № 4. - С. 110-117.

76. Пушкар А. Изменение свойств и субструктуры мягкой стали при ультразвуковом нагружении / А. Пушкар // Проблемы прочности. — 1986. — № 7. -С. 47^49.

77. Эволюция дефектной структуры и перераспределение углерода при пластической деформации стали с пакетным мартенситом / Э. В. Козлов, Н. А. Попова, Л. А. Теплякова и др. // Физические проблемы прочности и пластичности материалов. Самара, 1990. - С. 57—70.

78. Стадии пластической деформации, эволюция субструктуры и картина скольжения в сплавах с дисперсным упрочнением / Э. В. Козлов, Н. А. Попова, Н. А. Григорьева и др. // Известия вузов. Физика. 1991. - № 3. - С. 112-128.

79. Белоус М. В. Изменения в карбидной фазе стали под влиянием холодной пластической деформации / М. В. Белоус, В. Т. Черепин // Физика металлов и металловедение. 1962. - Т. 11, вып. 1. - С. 48-54.

80. Белоус М. В. Изменения в карбидной фазе стали под влиянием холодной пластической деформации / М. В. Белоус, В. Т. Черепин // Физика металлов и металловедение. 1961. - Т. 12, вып. 5. - С. 684-692.

81. Гриднев В. Н. Распад цементита при пластической деформации стали (обзор) / В. Н. Гриднев, В. Г. Гаврилюк // Металлофизика. 1982. - Т. 4, № 3. — С. 74—87.

82. Механизм распада цементита при пластической деформации стали / В. Г. Гаврилюк, Д. С. Герцрикен, Ю. А. Полушкин и др. // Физика металлов и металловедение. 1981. - Т. 51, вып. 1. - С. 147-152.

83. Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры : ГОСТ 5264—80. Введ. 1981-07-01. -М. : Госстандарт СССР, 1991. - 35 с

84. Мазель Ю. А. Электроды для дуговой сварки, наплавки и резки. Сварочное оборудование. Нержавеющая сварочная проволока / Ю. А. Мазель, Н. М. Маневич, Г. Н. Полищук и др.. М. : СпецЭлектрод, 2003. - 70 с.

85. Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей : ГОСТ 9467—75. — Введ. 1977-01— 01. М. : Госстандарт СССР, 1977. - 7 с.

86. Коваленко В. С. Металлографические реактивы : справочник / В. С. Коваленко. М.: Металлургия, 1981.-121 с.

87. Беккерт М. Способы металлографического травления / М. Беккерт. — М. : Металлургия, 1988. 400 с.

88. Металлография железа. Т. 1. Основы металлографии : пер. с англ. / под ред. Ф. Н. Тавадзе. -М. : Металлургия, 1972. 240 с.

89. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна : ГОСТ 5639-82. Введ. 1983-01-01. -М. : Госстандарт СССР, 1983. - 21 с.

90. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля : пер. с англ. / под ред. C.JI. Баженова. М. : Техносфера, 2006. — 377 с.

91. Пилянкевич А. Н. Просвечивающая электронная микроскопия / А. Н. Пилянкевич. Киев : Наукова думка, 1975. - 220 с.

92. Электронная микроскопия в металловедении : справочник / под ред. А. В. Смирновой. -М. : Металлургия, 1985. 192 с.

93. Грилихес С. Я. Электрохимическое и химическое полирование / С. Я. Грилихес. Л. : Машиностроение, 1987. - 232 с.

94. Горелик О. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / О. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков. — М. : Металлургия, 1970. -368 с.

95. Williamson G. К. X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram / G. K. Williamson, W. H. Hall II Acta Metallurgica. 1953.- Vol. 1, № 1. - P. 22-31.

96. Биргер И. А. Остаточные напряжения / И. А. Биргер. — М. : Машгиз, 1963.-232 с.

97. Васильев Д. М. К методике рентгеновского измерения макро- и микронапряжений методом угловых снимков / Д. М. Васильев // Журнал технической диагностики. — 1959. — Т. 25, № 1. — С. 70 — 75.

98. Macherauch Е. State-of-the-art and prospects of the X-ray stress analysis. 1 / E. Macherauch И Metall. -1980. Vol. 34, pt. 5. - P. 443^52.

99. Подзей А. В. Технологические остаточные напряжения / А. В. Под-зей. -М. : Машиностроение, 1973. 216 с.

100. Сварные соединения. Методы определения механических свойств : ГОСТ 6996-66. Введ. 1967-01-01. - М. : Госстандарт СССР, 1967. - 45 с.

101. Металлы. Методы испытаний на растяжение : ГОСТ 1497—84. — Введ. 1986-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1985. - 39 с.

102. Волченко В. Н. Вероятность и достоверность оценки качества металлопродукции / В. Н. Волченко. М. : Металлургия, 1979. - 88 с.

103. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников : ГОСТ 9450-76. Введ. 1977-01-01. -М.3 1993. - 11 с.

104. Металлы. Методы испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах : ГОСТ 9454-78. — Введ. 1979-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1978. — 12 с.

105. Тушинский JI. И. Структурная теория конструктивной прочности материалов : монография / JI. И. Тушинский. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. - 400 с. - (Монографии НГТУ).

106. Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения : ГОСТ 23207-78. Введ. 1979-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1978. -49 с.

107. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость : ГОСТ 25.502-79. Взамен ГОСТ 23026-78, ГОСТ 2860-65 в ч. пп. 6.1, 6.2 ; введ. 1981-01-01. - М. : Госстандарт СССР, 1980. - 25 с.

108. Романив О. Н. Структура и припороговая усталость сталей / О. Н. Романив, А. Н. Ткач // Физико-химическая механика материалов. 1983. — № 4. -С. 19-33.

109. Романив О. Н. Структурный анализ кинетических диаграмм усталостного разрушения конструкционных сталей / О. Н. Романив, А. Н. Ткач // Физико-химическая механика материалов. 1987. № 5. - С. 3-16.

110. Романив О. Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей / О. Н. Романив. -М. : Металлургия, 1979. 176 с.

111. Ярема С. Я. Аналитическое описание диаграмм усталостного разрушения по участкам / С. Я. Ярема, JI. С. Мельничок, Б. А. Попов // Физико-химическая механика материалов. 1982. - Т. 18, № 6. - С. 56-58.

112. Ярема С. Я. Исследование роста усталостных трещин и кинетические диаграммы усталостного разрушения / С. Я. Ярема // Физико-химическая механика материалов. 1977. - Т. 13, № 4. - С. 3-22.

113. Ярема С. Я. Некоторые вопросы методики испытаний материалов на циклическую трещиностойкость / С. Я. Ярема // Физико-химическая механика материалов. 1978. - Т. 14, № 4. - С. 68-77.

114. Нотт Дж. Основы механики разрушения / Дж. Нотт. М. : Металлургия, 1978.-256 с.

115. Школьник JI. М. Методика усталостных испытаний : справочник / JI. М. Школьник. М. : Металлургия, 1978. - 304 с.

116. Inoue Т. Determination of thermal-hardening stress in steels by use of thermoplasticity theory / T. Inoue, B. Raniecki II J. of the Mechanics and Physics of Solids. 1978. - Vol 26, iss. 3.-P. 187-212.

117. Denis. S Coupled temperature, stress, phase transformation calculation / S. Denis, S. Sjostrom, A. Simon II Metallurgical Transactions. A. — 1987. — Vol. 18, iss. l.-P. 1203-1212.

118. Jonsson М. Deformation and Stresses in Butt-Welding of Large Plates with Special Reference to the Mechanical Properties / M. Jonsson, L. Karlsson, L. Lindgren II Journal of Engineering Material and Technology. — 1985. № 107. — P. 265-270.

119. Abbasi F. Effect of transformation plasticity on generation of thermal stress and strain in quenched steel plates / F. Abbasi, A. J. Fletcher II Mat. Sci. Techn. 1985. - Vol I.-P. 830-837.

120. Geijselaers H. J. M. Simulation of steady state laser hardening / H. J. M. Geijselaers, J. Huetink, Yu. Yuhong II Simulation of materials processing: theory, methods and applications. —Lisse : Swets& Zietlinger В. V, 2001 .—P. 397—402.

121. Perzyna P. Fundamental problems in viscoplasticity / P. Perzyna II J. of Appl. Mechanics. 1968. - Vol 35, iss. 9.-P. 343-377.

122. Механические свойства сталей, деформированных в широком интервале температур / под общ. ред. В. П. Северденко. — Минск : Наука и техника, 1974. 49 с.

123. Зиновьев В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах : справочник / В. Е. Зиновьев. М. : Металлургия, 1989. — 383 с.

124. Стали и сплавы. Марочник : справ, изд. / В. Г. Сорокин, М. А. Гер-васьев. — М. : Интермет Инжиниринг, 2001. 608 с.

125. Попова JI. Е. Диаграммы превращений аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана / JI. Е. Попова, А. А. Попов. М. : Металлургия, 1991.-503 с.

126. Юрьев С. Ф. Удельные объемы фаз в мартенситном превращении аустенита / С. Ф. Юрьев. М. : Металлургиздат, 1950. - 48 с.

127. Wever. F., A. Rose Atlas zur Wdrmebehandlung von Stable, I Zeit Tempe-ratur Umwandlungs Schaubilder, Verlag Stahl Eisen MBH. — Dusseldorf 1961. -453 p.

128. Sjostrom S. The Calculation of quench stresses in steel: Ph. diss, thesis / S. Sjostrom ; Linkoping Studies in Science and Technology (Sweden). — Linkoping, 1982.-32 p.

129. Абрамов В. В. Остаточные напряжения и деформации в металлах : расчеты методом расчленения тела / В. В. Абрамов. М. : Машгиз, 1963. — 357 с.

130. Гуляев А. П. Металловедение : учеб. для вузов / А. П. Гуляев. 6-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1986. — 544 с.

131. Особенности строения кристаллов видманштеттова феррита и цементита / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров, Я. С. Лизункова, Е. Е. Захаревич // Сталь. 2008. - № 8. - С. 99-102.

132. Восстановление валов электрических машин с использованием технологии наплавки и ультразвуковой обработки покрытий / А. М. Кручинин, Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров // Материаловедение. — 2008.-№3.-С. 45-48.

Похожие работы

Машиностроение и машиноведение
05.02.00