автореферат диссертации по металлургии, 05.16.09, диссертация на тему:Структура и механические свойства многослойных материалов, сформированных по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из низкоуглеродистой стали

На правах рукописи

Бахаев Иван Анатольевич

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СФОРМИРОВАННЫХ ПО ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ТОНКОЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Специальность 05.16.09 - материаловедение (в машиностроении)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 НОЯ 2010

Новосибирск - 2010

004614078

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

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент

Мали Вячеслав Иосифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Тарасов Сергей Юльевич

кандидат технических наук, доцент Мельников Александр Григорьевич

Ведущая организация: Уральский федеральный университет

им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «12» ноября 2010 г. в 15- 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 «12» октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Иванцивский В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одна из наиболее важных задач, решаемых при проектировании конструкционных материалов и оптимизации технологических режимов их обработки, заключается в одновременном обеспечении высоких значений показателей прочности и надёжности, в частности предела текучести, ударной вязкости, трещиностойкости. Анализ основных дислокационных механизмов упрочнения металлических материалов свидетельствует о том, что прочностные свойства, с одной стороны, и показатели пластичности, вязкости и трещиностойкости — с другой, находятся в явном противоречии. Как правило, активизация механизмов дислокационного упрочнения, способствующих росту предела текучести материала и обеспечивающих, соответственно, снижение металлоёмкости проектируемых конструкций, приводит к снижению его вязкости. Таким образом, возрастает опасность хрупкого, внезапного разрушения конструкций.

Разрешением этого противоречия многие годы занимаются как отечественные, так и зарубежные специалисты в области материаловедения, физики металлов, механики разрушения. Были предложены различные подходы к решению отмеченной проблемы, связанные с оптимизацией режимов термического и термопластического упрочнения применяемых в промышленном производстве сталей, обоснованием методов их комбинированного упрочения, разработкой принципиально новых материалов. Каждый из этих подходов имеет определённые достоинства и недостатки. В то же время универсального решения отмеченной проблемы до сих пор нет.

Решение, развиваемое в настоящей работе, заключается в формировании межслойных границ в сталях и использовании благоприятной роли, которую они оказывают на комплекс механических свойств. Эффективным методом, позволяющим создавать границы такого типа и формировать эффективную дислокационную структуру, является сварка взрывом стальных листовых заготовок. Процессы сварки взрывом активно исследовались примерно 40...50 лет назад. Основное внимание специалистов было направлено на исследование технологических особенностей этого процесса, изучение возможности качественного соединения разнородных материалов. В то же время задача эффективного применения сваренных взрывом многослойных композиций с целью решения противоречия между показателями прочности и трещиностойкости глубоко не изучалась. Анализ работ отечественных и зарубежных специалистов, в том числе и работ, выполненных на кафедре материаловедения в машиностроении НГТУ, свидетельствует о целесообразности проведения дополнительных глубоких научных исследований по указанной проблеме. Эти задачи актуальны и связаны с решением важных прикладных и фундаментальных научных задач.

Исследования по диссертационной работе выполнены в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (мероприятие № 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами», проект П1681); аналитической ведомст-

венной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009-2010 гг. (мероприятие 2 «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук», проект РНК: 2.2.1.1/4177); федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы («Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров совместно с малыми инновационными предприятиями в области высокотехнологичной медицинской техники», ГК № 02.740.11.0846).

Цель и задачи работы

Цель диссертационной работы заключалась в повышении конструктивной прочности низкоуглеродистой стали путём формирования эффективной структуры феррито-перлитного типа с множеством межслойных границ раздела при реализации процесса сварки взрывом тонколистовых заготовок.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение процессов тонких структурных преобразований, происходящих в поверхностных слоях динамически взаимодействующих стальных заготовок.

2. Исследование особенностей статического, динамического и усталостного разрушения многослойных композиций; изучение роли границ раздела в развитии усталостных трещин.

3. Выявление эффективности предварительного поверхностного и объёмного упрочнения тонколистовых стальных заготовок, используемых для последующей сварки взрывом.

4. Изучение влияния сварки взрывом на стабильность структуры, сформированной путем поверхностной ультразвуковой обработки и ротационной вытяжки стали.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований особенностей тонкого строения сварных швов и околошовных зон, сформированных в процессе сварки взрывом тонколистовых заготовок из низкоуглеродистой стали 20.

2. Результаты исследования процессов статического, динамического и усталостного разрушения многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом.

3. Результаты математического моделирования процессов деформации и нагрева околошовных зон, формируемых при динамическом взаимодействии тонколистовых заготовок из низкоуглеродистой стали.

4. Предложения по формированию эффективной структуры тонколистовых заготовок, используемых для получения многослойных материалов, обладающих высоким комплексом механических свойств.

Научная новизна.

1. Экспериментально установлено, что сварка взрывом является эффективным методом формирования многослойных материалов с высоким комплексом механических свойств. На примере многослойной стали 20 показана возможность одновременного двукратного роста прочностных свойств и ударной

вязкости, а также увеличения усталостной трещиностойкости при существенном снижении пластичности материала.

2. Методами структурного анализа установлено, что причины повышения ударной вязкости и усталостной трещиностойкости связаны с благоприятным влиянием межслойных границ. Границы сварных швов являются эффективными барьерами на пути распространяющихся усталостных трещин. Зафиксированы случаи, когда усталостные трещины, попадая на сварные швы, некоторое время движутся в обратном направлении. Фрактографические исследования показали наличие вязких изломов в окрестности сварных швов при разрушении слоистых материалов.

3. Экспериментально показано, что параметры волн, образующихся при сварке металлических материалов взрывом, зависят от кристаллографической ориентации зерен, участвующих в их построении. В тех случаях, когда длина волны существенного превосходит размер зерна свариваемого материала, влияние кристаллографической ориентации зерен на форму волн нивелируется.

4. Установлено, что при сварке взрывом стальных пластин, имеющих в исходном состоянии феррито-перлитное строение, под действием интенсивной деформации и кратковременного нагрева в ферритных зернах формируется субмикрокристаллическая структура. С использованием просвечивающей электронной микроскопии показано, что размер зеренно-субзеренных построений, образующихся вблизи сварных швов, составляет 100...400 нм.

5. Методами структурных исследований установлено, что в условиях динамического взаимодействия стальных пластин имеет место двойникование как в ферритных зернах, так и в пластинчатом перлите. Экспериментально установлено, что двойникование в перлите характерно не только при проявлении сжимающих напряжений, но также и для нагружения по схеме растяжения.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

1. Многослойные материалы, полученные по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из углеродистых сталей, обладают повышенным комплексом механических свойств и могут быть использованы для изготовления деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения.

2. В качестве метода повышения комплекса механических свойств исходных заготовок, используемых для получения по технологии сварки взрывом многослойных заготовок предложена ротационная вытяжка стали 20 со степенью 70 % с последующим отжигом в течение 1 часа при 540...560 °С. Такая обработка обеспечивает формирование однородной ультрамелкозернистой структуры с размером зерна ~ 1 мкм.

3. Технические решения, основанные на применении ультразвуковых колебаний, были использованы при оптимизации режимов лазерной сварки и лазерной резки на технологическом лазерном комплексе «Сибирь - 2».

4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и

технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении».

5. Результаты работы отмечены серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций, золотой медалью Сеульского международного инновационного форума (SIIF-2008), а также медалями специализированных промышленных выставок «Металлы Сибири» (ITE Сибирская ярмарка, 2009 и 2010 гг.) .

Достоверность результатов

Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается применением современного аналитического оборудования, статистических методов оценки погрешности измерений, использованием взаимодополняющих методов изучения структуры и механических свойств материалов, параллельным проведением физического и математического моделирования процессов структурных преобразований при сварке тонколистовых стальных заготовок, соответствием полученных результатов современным представлениям о природе процессов, происходящих при сварке взрывом металлических материалов.

Личный вклад автора состоит в формулировании задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, обобщении полученных результатов, сопоставлении полученных результатов с литературными данными и формулировании выводов.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Explosive Production of New Materials: Science, Technology, Business, and Innovations (EPNM-2010)», Черногория, г. Бечичи, 2010 г.; «International Symposium on Explosion, Shock wave and High-energy reaction Phenomena 2010 (3rd ESHP Symposium)», Южная Корея, г. Сеул, 2010 г.; «Забабахинские научные чтения», г. Снежинск, 2010 г., на Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии», г. Томск, 2007 г.; на Всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов», г. Белгород, 2010 г.; на Уральской школе металловедов-термистов (2008, 2010 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», Новосибирск 2009, 2010 гг.; на Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», г. Новосибирск, 2008-2010 гг.; на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы технологии машиностроения», Новосибирск, 2010 г.; на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.», г. Новосибирск, 2007-2009 гг.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных научных работ, из них: 10 статей в реферируемых научных 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

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов и приложения. Работа изложена на 225 страницах основного текста, включая 90 рисунков, 10 таблиц, библиографический список из 166 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, описаны основные направления проведенных исследований.

В первом разделе «Металлические композиционные материалы со слоистой структурой» представлен обзор отечественной и зарубежной научно-технической литературы по исследуемой проблеме. Проведен анализ теоретических и экспериментальных данных по вопросам, связанным с повышением комплекса механических свойств металлических материалов при использовании различных дислокационных механизмов упрочнения. Особое внимание уделено проблемам объемного поверхностного упрочнения материалов путем измельчения структурных элементов, формирования субмикро- и нанокристал-лической структуры. Описаны технологические схемы, основанные на интенсивной пластической деформации в холодном состоянии, проанализированы их достоинства и недостатки. Отмечено, что один из эффективных подходов к решению проблем повышения комплекса механических свойств металлических материалов заключается в формировании многослойных металлических материалов. На основании анализа материалов, отраженных в литературном обзоре, сформулированы цели и задачи исследования.

Во втором разделе «Материалы и методы исследования» обоснован выбор исследуемых материалов, описаны технологические процессы подготовки объектов исследования, представлены методы изучения их структуры и механических свойств. Основным исследуемым в работе материалом являлась широко распространенная низкоуглеродистая углеродистая сталь 20. Дополнительно для решения ряда задач в качестве модельных материалов применяли техническое железо, сталь Гадфильда (110Г13Л), электротехническую сталь 2312, стали 60 и 60Г.

Сварку взрывом выполняли во взрывных камерах Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН. Листовые заготовки имели размеры 50x100x1 мм и 70x120x1 мм. Взрывчатым веществом служил аммонит 6ЖВ. По технологии сварки взрывом получали многослойные материалы. Максимальное количество слоев составляло 21. В зависимости от количества соединяемых листов сварка осуществлялась за один, два и три этапа. Схема двух-этапного процесса получения тринадцатислойных композитов представлена на рис. 1. Для сварки использовали заготовки из стали 20, находящейся в различном структурном состоянии. С целью формирования однородной феррито-перлитной структуры листовые заготовки отжигали при 920 °С. Кроме того были использованы процессы объемного и поверхностного упрочнения, обеспечивающие формирование ультрамелкозернистой и нанокристаллической

структуры стали. Структуру первого типа получали в процессе ротационной вытяжки трубчатых заготовок и последующего отжига. С целью формирования нанокристаллической структуры в феррите поверхностных слоев применяли технологию обработки стальных заготовок высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой._______ _

Рис. 1. Схема получения тринадцатислойного композиционного материала методом сварки взрывом пластин из стали 20: а - этап получения пакета из 5 пластин; б - этап соединения пятислойного пакета и боковых комплектов из четырех пластин, цифрами показано расстояние между пластинами в миллиметрах.

Для проведения структурных исследований использовали методы оптической металлографии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Металлографические исследования выполнены на микроскопе типа АХЮ Observer Aim (Carl Zeiss). С целью проведения фрактографических исследований применяли растровый электронный микроскоп EVO 50 XVP (Carl Zeiss), оснащенный электроннозондовым микроанализатором. Дислокационную структуру материалов изучали с применением трансмиссионного электронного микроскопа Tecnai G2 20TW1N.

Прочностные свойства исследуемых материалов оценивали в соответствии с ГОСТ 1497-84. Для проведения испытаний применяли установку Instron 3369, оснащённую видеоэкстензометром. Испытания на ударную вязкость выполняли по ГОСТ 9454-78 на образцах типа Шарпи. Трещиностойкость полученных в работе материалов оценивали по методике, основанной на построении кинетических диаграмм усталостного разрушения плоских образцов.

Ряд задач, решаемых в диссертационной работе, был связан с необходимостью оценки температуры, деформации и других параметров в поверхностных слоях динамически взаимодействующих стальных заготовок. Важнейшая особенность сварки материалов взрывом заключается в кратковременности процесса и высокой локальности микрообъёмов, в которых имеет место интенсивная деформация и происходят резкие изменения температуры. Точные

а

о

I ' '

I

физические измерения температуры и других величин для сварки взрывом практически невозможны. Решение этих задач представлено в третьем разделе диссертационной работы «Моделирование процессов сварки взрывом листовых сталей в системе АиТОБТЫ 11.0».

Результаты численного моделирования, выполненного по методу конечных элементов, свидетельствуют о том, что даже при относительно невысоком 1 пространственном разрешении (25 ячеек на миллиметр) хорошо воспроизво-[ дится процесс образования кумулятивной пелены впереди точки контакта. I Повышение пространственного разрешения до 75 ячеек на мм позволяет вы! явить тонкие особенности течения материалов в области точки контакта. 1 Максимальная температура, зафиксированная в точке контакта, составляет 2000...2300 К, что значительно выше температуры плавления стали. Глубина зоны локального повышения температуры не превышает 0,1 мм.

Четвёртый раздел диссертационной работы «Структурные исследования многослойных материалов, сформированных сваркой взрывом стальных пластин» посвящен выбору эффективной структуры исходных стальных заготовок и анализу структурных преобразований, имеющих место при их динамическом взаимодействии.

На практике получение многослойных материалов возможно при использовании различных схем сварки взрывом. В данной работе в качестве исходных заготовок были использованы стальные пластины толщиной 1 мм. Экспериментально показано, что композиции с количеством слоев 5 и менее целесообразно получать за один этап. Дальнейшее увеличение количества слоев осуществляли при использовании симметричных схем сварки путём присоединения с боковых сторон дополнительных пластин. В данной работе были выбраны такие режимы | сварки, которые во всех случаях обеспечивали формирование сварных швов I волнообразной формы. Показано, что изменяя технологические режимы сварки , взрывом, геометрические параметры и механические свойства исходных стальных заготовок, возможно формирование многослойных композиций с I параметрами волн в широком диапазоне значений.

| В сварном соединении можно выделить зоны слабо- и сильно деформиро-

| ванного основного металла. При химическом травлении шлифов эти зоны I выявляются, соответственно, как слабо- и сильнотравящиеся (рис. 2). Используя методы оптической микроскопии, растровой и трансмиссионной электронной микроскопии были изучены особенности строения сварных швов и прилегающих к ним зон. Одной из наиболее характерных для исследуемых сварных швов особенностей является формирование вихреподобных построений (рис. 3). Методами структурного анализа показано, что вихреподобные построения, формируемые при сварке взрывом, обусловлены переходом материала в жидкое состояние и имеют дендритное строение. Диаметр отдельных дендритов составляет 200...800 нм, длина - несколько микрометров. В процессе ускоренного охлаждения расплавленной зоны образуется структура мелкокристаллического высокопрочного мартенсита.

а б

Рис. 3. Вихри, образующиеся вблизи гребней и впадин волн при сварке взрывом: а - в поперечном ссчении, б - в сечении, параллельном плоскости сопряжения пластин.

В процессе динамического взаимодействия стальных пластин в зоне сварного шва имеют место резкие изменения структуры. В зонах, в которых отсутствуют фазовые превращения, обусловленные интенсивным нагревом материала, перестройка исходной структуры связана с проявлением механизмов деформационного двойникования и дислокационного скольжения. Механизм деформационного двойникования реализуется как в ферритных зёрнах, так и в пластинчатом перлите сталей (рис. 4). Экспериментально установлено, что двойникование в перлите характерно не только при проявлении сжимающих напряжений, но также и для нагружения по схеме растяжения.

С использованием просвечивающей электронной микроскопии показано, что размер зеренно-субзеренных построений, формируемых вблизи сварных швов, составляет 100...400 нм (рис. 5 а). При удалении от границ на 50 - 100 мкм размер этих построений возрастает до 500.. .800 нм (рис. 5 б).

Рис. 2. Сильно- и слабодсформированные зоны в сваренных взрывом стальных пластинах, выявленные методом химического травления.

Установлено, что структура, формирующаяся при сварке взрывом множества стальных пластин, является существенно неоднородной как в поперечном направлении, так и вдоль профиля волны. Экспериментально показано, что параметры волн, образующихся при сварке металлических материалов взрывом, зависят от кристаллографической ориентации зерен, участвующих в их построении. В тех случаях, когда длина волны существенно превосходит размер зерна свариваемого материала, влияние кристаллографической ориентации зерен на форму волн нивелируется.

а б

Рис. 4. Двойники в фсрритных зёрнах (а) и в структуре пластинчатого перлита (б), сформированные в условиях динамического нагружения сталей.

а б

Рис. 5. Зерснно-субзеренная структура феррита, сформированная в околошовной зоне при реализации процесса сварки взрывом пластин из стали 20.

В зависимости от решения поставленных задач при получении многослойных стальных композиций может быть реализован промежуточный или окончательный отжиг в диапазоне температур от 540...560 °С до 700 °С. В этих условиях структура сварных швов является более благоприятной по сравнению со структурой окружающего материала (рис. 6).

Для повышения комплекса механических свойств сварных соединений целесообразно выбрать благоприятную исходную структуру заготовок. В работе оценивали возможность получения в поверхностных слоях стальных пластин структуры нанокристаллического типа. Для решения этой задачи использовали метод обработки поверхности индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой.

Анализ результатов структурных исследований показал, что при использовании выбранных в работе режимов нанокристаллическая структура формируется в слое толщиной не более 50 мкм. Сравнение полученных данных с результатами математического моделирования свидетельствует о том, что сохра-

Рис. 6. Структура сварного соединения «сталь 20 - сталь 20» после отжига при 600

"С.

нение этой структуры в условиях сварки взрывом не представляется возможным.

Кроме того, в работе были проведены исследования, направленные на формирование в исходных пластинах ультрамелкозернистой структуры. В качестве метода, обеспечивающего решение этой задачи, была выбрана ротационная вытяжка трубчатых заготовок со степенью обжатия 70 %. Установлено, что при отжиге в течение 1 часа при 540 °С формируется структура феррита с размером зерна ~ 1 мкм (рис. 7).

а б

Рис. 7. Ультрамслкозсрнистая структура феррита стали 20, сформированная при ротационной вытяжке и отжиге при 540 "С (а) и 580 °С (б), б - данные EBSD-анализа.

В пятом разделе «Механические свойства многослойных материалов со структурой, сформированной в процессах холодной пластической деформации и сварки взрывом» приведены результаты прочностных испытаний материалов, оценки ударной вязкости и усталостной трещиностойкости. В общем случае следует отметить, что сварка взрывом является эффективным методом формирования многослойных материалов с высоким комплексом механических свойств. На примере материалов, состоящих из 13 и 21 слоев стали 20, показана возможность одновременного двукратного роста прочностных свойств и ударной вязкости, а также увеличения усталостной трещиностойкости при существенном снижении пластичности материала.

Результаты прочностных испытаний образцов, состоящих из 21 слоев стали 20 (сваренных за три этапа), приведены на рис. 8. Исследованы свойства образцов типов А, Б и В. Наиболее высокий уровень прочностных свойств зафиксирован у образцов типа Б, отожженных в течение 1 часа при 580 °С после первого и второго этапов сварки.

В процессе испытаний на ударную вязкость показано, что сопротивление слоистых композиционных материалов разрушению в значительной степени зависит от характера нагружения образцов. Максимальный эффект достигается

в том случае, если нагрузка перпендикулярна плоскости сопряжения пластин (рис. 96). По сравнению с контрольным материалом (монолитная сталь 20 без слоев) ударная вязкость образцов типа 2 возросла на 27 % и составила 0,98 МДж/м2 (рис. 10). Отжиг композиции «сталь 20 - сталь 20» без фазовой перекристаллизации, проведенный в течение 1,5 часов при 600 °С, увеличивает ее ударную вязкость с 0,98 МДж/м2 до 1,48 МДж/м2. Это обусловлено дислокационными преобразованиями сильнодеформи-рованного металла, рекристаллизацией феррита, приводящей к резкому измельчению зерен, распадом локальных микрообъемов мартенсита и релаксацией остаточных напряжений в зоне шва. Несмотря на повышенную прочность сварных швов в их окрестности формируются изломы с явными признаками вязкого разрушения.

Ещё в большей степени формирование структуры слоистого типа отражается на характере усталостного разрушения материалов. Благодаря присутствию межслойных границ со свойствами, отличающимися от свойств основного металла, энергоёмкость процесса усталостного разрушения резко возрастает. В отличие от прямолинейного развития трещин в обычной стали 20 (рис. 11г), для трещины, движущейся по слоистому материалу, характерно резкое изменение траектории (рис. 116,в). На кинетических диаграммах усталостного разрушения это отражается в виде провалов (рис. 11а). Таким образом, наличие множества межслойных границ благоприятно отражается не только на ударной вязкости, но также и на усталостной трещиностойкости сталей. Границы сварных швов являются эффективными барьерами на пути распространяющихся усталостных трещин. Зафиксированы случаи, когда усталостные трещины, попадая на сварные швы, некоторое время движутся по волне в обратном направлении (рис. 116,в). Наиболее существенное влияние на изменение траектории распространения усталостных трещин в многослойных материалах оказывают рельефные сварные швы с высоким профилем волн.

О

го о го о

л о. о. го >

со о. с

О О О 5 СО ь- о О 5 СО 1-

Рис. 8. Результаты испытаний массивной стали 20 и 21-слойной композиции на растяжение: образцы типа А - отжиг после первого этапа сварки; образцы типа Б - отжиг после первого и второго этапов сварки; образцы типа В - отжиг после первого, второго и третьего этапов сварки.

Рис. 9. Схемы испытания слоистых материалов на ударную вязкость.

Формирование ультрамелкозернистой структуры в исходных стальных заготовках представляет собой дополнительный эффективный механизм повышения комплекса механических свойств соединений, полученных сваркой взрывом. Измельчённая до нано-размерного состояния структура феррита в слое толщиной ~ 30 мкм существенного влияния на прочностные свойства композиции не оказывает. Данный результат согласуется с выводами, полученными при проведении математического моделирования и изучении параметров поверхностных слоев, формируемых при обработке стали

------------------------------------------------часхотой

В шестом разделе «Промышленные испытания результатов экспериментальных исследований» представлены материалы, характеризующие практическую значимость работы. Анализ экспериментальных результатов, полученных при выполнении диссертационной работы, свидетельствует о том, что многослойные материалы, полученные по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из углеродистых сталей, обладают повышенным комплексом механических свойств и могут быть использованы для изготовления деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения.

С учетом вывода об особой благоприятной роли границ в многослойных сварных композициях обоснован подход к решению проблемы повышения показателей надежности материалов конструкционного назначения. В качестве барьеров для распространяющихся трещин предложено использовать тонкие прослойки высокопластичных материалов.

Технические решения, основанные на применении ультразвуковых колебаний, были использованы при оптимизации режимов лазерной сварки и

Рис. 10. Ударная вязкость слоистых композиционных материалов и материалов для сварки в исходном состоянии: 1 - сталь 20 в исходном состоянии; 2 - слоистые образцы без отжига (испытание по схеме б, рис. 9); 3 - слоистые образцы без отжига (испытание по схеме рис. 9а); 4 - слоистые образцы после отжига (испытание по схеме рис. 96).

сШ1Ч, м/цикл

6 7 8 9 10 ДК, МПа м

--'л .-..'- -■ ' . -.

Рис. 11. Результаты испытаний на циклическую трещиностойкость слоистого композиционного материала (2) и стали 20 в исходном состоянии (1):

а - кинетические диаграммы усталостного разрушения; б - траектория распространения трещины в слоистом композиционном материале; в - траектория распространения трещины в образце стали 20 в исходном состоянии.

лазерной резки на технологическом лазерном комплексе «Сибирь - 2». Результаты исследований используются в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (г. Новосибирск) при назначении режимов высокоэнергетической обработки углеродистых и высоколегированных сталей, а также сплавов на основе титана и алюминия.

Материалы экспериментальных и теоретических исследований, выполненных в работе, используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении».

Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, были представлены на ряде научно-технических выставок. Экспонаты, подготовленные с участием автора, отмечены серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций, золотой медалью Сеульского международного инновационного форума (SIIF-2008), а также медалями специализированных промышленных выставок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что структура, формирующаяся при сварке взрывом множества стальных пластин, является существенно неоднородной как в поперечном направлении, так и вдоль профиля волны. Механические свойства сварных швов по разные стороны от гребней волн различны. Экспериментально показано, что параметры волн, образующихся при сварке металлических материалов взрывом, зависят от кристаллографической ориентации зерен, участвующих в их построении. В тех случаях, когда длина волны существенно превосходит размер зерна свариваемого материала, влияние кристаллографической ориентации зерен на форму волн нивелируется.

2. Установлено, что в процессе динамического взаимодействия стальных пластин в зоне сварного шва имеют место резкие изменения структуры. В зонах, в которых отсутствуют фазовые превращения, обусловленные интенсивным нагревом материала, перестройка исходной структуры связана с проявлением механизмов деформационного двойникования и дислокационного скольжения. С использованием просвечивающей электронной микроскопии показано, что размер зеренно-субзеренных построений, формируемых вблизи сварных швов, составляет 100...400 нм. Экспериментально установлено, что двойнико-вание в перлите характерно не только при проявлении сжимающих напряжений, но также и для нагружения по схеме растяжения.

3. Сварка взрывом является эффективным методом формирования многослойных материалов с высоким комплексом механических свойств. На примере многослойной стали 20, показана возможность одновременного двукратного роста прочностных свойств и ударной вязкости, а также увеличения усталостной трещиностойкости при существенном снижении пластичности материала. Установлено, что причины повышения ударной вязкости и усталостной трещиностойкости связаны с благоприятным влиянием межслойных границ. Несмот-

ря на повышенную прочность сварных швов в их окрестности формируются изломы с явными признаками вязкого разрушения. Границы сварных швов являются эффективными барьерами на пути распространяющихся усталостных трещин. Зафиксированы случаи, когда усталостные трещины, попадая на сварные швы, некоторое время движутся по волне в обратном направлении.

4. С применением программного комплекса ANSYS AUTODYN11.0 численно исследованы процессы, имеющие место в зоне, прилегающей к точке соударения двух стальных пластин, соединяемых взрывом взрывом. Установлено, что при реализации использованных для расчетов моделей воспроизводится процесс образования кумулятивной пелены впереди точки контакта. Максимальная температура в точке контакта динамически взаимодействующих пластин, определенная в процессе математического моделирования, составляет 2000...2300 К, что значительно выше температуры плавления стали. Показано, что глубина зафиксированной зоны локального повышения температуры не превышает 0,1 мм.

5. Экспериментально установлено, что при реализации технологии поверхностного упрочнения высокопрочным индентором диаметром 8 мм, колеблющимся с ультразвуковой частотой и прижатым к обрабатываемой заготовке с усилием 98 Н, глубина интенсивно деформированного слоя со структурой нанокристаллического типа не превышает 30...50 мкм, что соизмеримо с глубиной зоны локального повышения температуры до температуры фазовых превращений. Измельчённая до наноразмерного состояния структура феррита в слое толщиной ~ 30 мкм существенного влияния на прочностные свойства получаемых сваркой взрывом композиций не оказывает.

6. В качестве метода повышения комплекса механических свойств исходных заготовок, используемых для получения многослойных композиций по технологии сварки взрывом, предложена ротационная вытяжка стали 20 со степенью 70 % с последующим отжигом в течение 1 часа при 540...560 °С. Повышение прочностных свойств обусловлено формированием однородной ультрамелкозернистой структуры с размером зерна ~ 1 мкм.

7. Результаты исследований, проведенных при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе в НГТУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Материалы диссертационной работы применяются при чтении лекций по материаловедческим и технологическим курсам, а также в ряде лабораторных работ, проводимых на кафедре «Материаловедение в машиностроении» НГТУ. Полученные материалы экспонировались на всероссийских и международных выставках и были отмечены серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций, золотой медалью Сеульского международного инновационного форума (SIIF-2008), а также медалями специализированных промышленных выставок, организованных в 2009 и 2010 гг. международным выставочным центром «¡ТЕ Сибирская ярмарка».

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Формирование сваркой взрывом слоистых композиционных материалов из разнородных сталей [Текст] / И. А. Батаев, Д. В. Павлюкова, Т. В. Журавина, Е. Б. Макарова // Обработка металлов. - 2010. - № 1 (46). - С. 6-8.

2. Интенсивная пластическая деформация и упрочение титана в процессе ротационной раскатки труб [Текст] / И. А. Батаев, Е. Б. Макарова, А. И. Попе-люх, Т. В. Журавина, Д. В. Павлюкова, А. А. Руктуев, 3. Б. Батаева // Обработка металлов. - 2010. -№ 2 (47). - С. 32-35.

3. Особенности процессов, происходящих при ультразвуковой поверхностной пластической деформации и термической обработке технического железа [Текст] / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. А. Батаев, Ю. Н. Ромашова, Д. В. Павлюкова, Е. Б. Макарова, Т. В. Журавина // Физическая мезомеханика. - 2010. - Т. 13, №2.-С. 97-101.

4. Экспериментальное исследование явления фокусировки энергии во взрывных системах, включающих высокомодульные упругие элементы [Текст] / И. А. Балаганский, К. Hokamoto, P. Manikandan, А. Д. Матросов, И. А. Стад-ниченко, H. Miyoshi, И. А. Батаев, А. А. Батаев // Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации. - 2010. - № 1 (14). - С. 62-73.

5. Пластическая деформация и поверхностное упрочнение высокомарганцовистой стали индентором сферической формы, колеблющимся с ультразвуковой частотой [Текст] / И. А. Батаев, А. А. Батаев, Ю. Н., Ромашова, Е. Б. Макарова, Т. В. Журавина, Д. В. Павлюкова // Деформация и разрушение материалов.-2010,-№4,- С.32-36

6. Влияние исходного состояния на неоднородность структуры углеродистых сталей, упрочненных методом электронно-лучевой обработки при атмосферном давлении [Текст] / Е. А. Дробяз, И. А. Батаев, В. Г. Буров, Л. И. Тушинский, М. Г. Голковский // Металловедение и термическая обработка металлов.-2009,-№ 3,-С. 3-8.

7. Особенности строения кристаллов видманштеттова феррита и цементита [Текст] / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров, Я. С. Лизункова, Е. Е. Захаревнч // Сталь. - 2008. - № 8. - С. 99-102.

8. Восстановление валов электрических машин с использованием технологии наплавки и ультразвуковой обработки покрытий [Текст] / А. М. Кручинин, Е. Е. Захаревич, И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. Г. Буров, А. А. Никулина // Материаловедение. - 2008. - № 3. - С. 45-49.

9. Особенности структурных превращений, обусловленные высокоскоростным нагревом углеродистых сталей [Текст] / А. А. Батаев, В. В. Иванцивский, И. А. Батаев, В. Г. Буров, А. М. Кручинин // Известия вузов. Черная металлургия. - 2006. - № 10.-С. 31-33.

10. Пластическое деформирование ультразвуковым инструментом наплавленных упрочняющих слоев [Текст] / В. Г. Буров, А. М. Кручинин, С. В. Буров, А. А. Бивалькевич, И. А. Батаев // Обработка металлов. - 2005. - № 3. -С. 21.

11. Mali, V. I. Structural features of wave formation in explosive welding of electrotechnical steel / V. I. Mali, A. A. Bataev, I. A. Bataev // Explosive production

of new materials: science, technology, business, and innovations : abstr. of 10 intern, symp. ENPM-2010, Bechichi, Montenegro, 7-11 June 2010. - Moscow : Toms press, 2010.-P. 42-43.

12. Structure and properties of multilayer steel stacks produced by explosive welding / A. A. Bataev, I. A. Bataev, M. A. Esikov, V. I. Mali // Explosive production of new materials: science, technology, business, and innovations : abstr. of 10 intern, symp. ENPM-2010, Bechichi, Montenegro, 7-11 June 2010. - Moscow : Torus press, 2010.-P. 3-4.

13. Peculiarities of weld seams and anjacent zones structures formed in the process of explosive welding of sheet steel plates /1. A. Bataev, A. A. Bataev, V. I. Mali, M.A. Esikov // Explosion, shock wave and high-energy reaction phenomena 2010 (3 ESHP symp.) : abstr. of intern, symp., Seoul, Korea, 1-3 Sept. - Seoul, 2010. -P. 31.

14. Transformation of structure in carbon steel specimen under loading by mach stem, formed in preliminary compressed high explosive charge TG-40 / I. A. Bataev, A. A. Bataev, I. A. Balagansky, K. Hokamoto // Explosion, shock wave and high-energy reaction phenomena 2010 (3 ESHP symp.) : abstr. of intern, symp., Seoul, Korea, 1-3 Sept. - Seoul, 2010. - P. 30.

15. Сварка взрывом тонколистовых заготовок из разнородных сталей [Текст] / И. А. Батаев, М. А. Есиков, В. И. Мали, Д. В. Павлюкова // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе : материалы 8 всерос. науч.-техн. конф., Новосибирск, 24 марта 2010 г. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. - С. 159-162.

16. Увеличение ударной вязкости слоистых композитов, полученных методом сварки взрывом стальных пластин [Электронный ресурс] / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. И. Мали, М. А. Есиков // Забабахинские научные чтения = Zababakhin scientific talks : 10 междунар. конф., Снежинск, 15-19 марта 2010 г. - Режим доступа: http://www.vniitf.ru/images/zst/2010/sec4/4-38.pdf. - Загл. с экрана.

17. 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.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, тел./факс: (383)346-08-57 формат 60x84 1/16, объем 1,25 п.л., тираж 100 экз. заказ № 1497 подписано в печать 07.10.10 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ СО

СЛОИСТОЙ СТРУКТУРОЙ.:.

1.1. Анализ дислокационных механизмов упрочнения металлических материалов. Роль механизма зернограничного упрочнения.

1.2. Измельчение зеренной и субзеренной структуры металлических материалов при реализации методов обработки в холодном и горячем состоянии.

1.2.1. Структурные преобразования в сталях при реализации методов термопластического воздействия.

1.2.2. Структурные преобразования в металических материалах, формируемых по схеме кручения под давлением.

1.2.3. Равноканальное угловое прессование металлических материалов.

1.2.4. Изменение структуры металлических материалов при реализации методов отделки поверхности и поверхностного упрочнения.

1.2.5. Изменения структуры и свойств металлических материалов, обусловленные деформацией в холодном состоянии по технологии ротационной вытяжки.

1.3. Получение слоистых композиционных материалов на металлической основе.

1.3.1. Сварка в процессе прокатки пакетов листовых заготовок.

1.3.2. Сварка взрывом листовых заготовок.

1.3.3. Получение слоистых композитов по технологии сварки взрывом аморфных и нанокристаллических материалов.

1.4. Выводы.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Материалы исследования.

2.2. Химический анализ материалов исследования.

2.3. Методы исследования структуры материалов.

2.3.1. Оптическая металлография.

2.3.2. Растровая электронная микроскопия и микрорентгеноспектральный анализ.

2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.3.4. Анализ поликристаллической структуры на микроуровне методом дифракции обратно рассеянных электронов.

2.4. Анализ топографии поверхности.

2.5. Исследование механических свойств.

2.5.1. Определение микротвёрдости.

2.5.2. Прочностные испытания.

2.5.3. Испытания на ударную вязкость.

2.5.4. Испытания на усталостную трещиностойкость.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ ВЗРЫВОМ ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ В СИСТЕМЕ АиТООШ 11.0.

3.1. Расчёт параметров сварки взрывом по инженерной методике.

3.2. Математическое моделирование процессов, происходящих при сварке взрывом тонких стальных пластин.

3.3. Уравнение состояния для описания процессов, имеющих место при сварке взрывом.

3.4. Модель Джонсона - Кука.

3.5. Численное моделирование процессов сварки взрывом.

3.6. Исследование параметров процесса сварки взрывом в зоне соединения стальных листовых заготовок при изменении толщины метаемой пластины.

3.7. Выводы.

СТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ многослойных

МАТЕРИАЛОВ, СФОРМИРОВАННЫХ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ

СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН.

4Л. Особенности строения многослойных материалов, полученных по технологии сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок.

4.2. Особенности строения вихрей, возникающих в процессе сварки взрывом стальных пластин.

4.3. Структурные исследования процессов двойникования, имеющих место при динамическом нагружении сталей.

4.3.1. Особенности двойникования в феррите при сварке взрывом тонколистовых пластин из стали 20.

4.3.2. Двойникование в феррите и перлите в процессе высокоскоростной деформации стали 20 при реализации условий фокусировки энергии.

4.3.3. Особенности двойникования в трубчатой заготовке из стали 60, разрушенной внутренним давлением.

4.4. Анализ структурных превращений, происходящих при отжиге многослойных материалов.

4.5. Выбор эффективных схем термопластической обработки стальных заготовок.

4.5.1. Формирование ультрамелкозернистой структуры феррита по технологии ротационной вытяжки и последующего отжига стали 20.

4.5.2. Анализ процессов, происходящих при ультразвуковой поверхностной пластической деформации и термической обработке технического железа.

4.6. Выводы.

5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ

СО СТРУКТУРОЙ, СФОРМИРОВАННОЙ В ПРОЦЕССАХ

ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И СВАРКИ

ВЗРЫВОМ.

5.1. Прочностные свойства материалов, сформированных по технологии сварки взрывом.

5.2. Ударная вязкость материалов с межслойными границами, сформированными в процессе сварки взрывом тонколистовых стальных заготовок.

5.2.1. Исследование зоны хрупкого разрушения в образцах первого типа.

5.2.2. Фрактографические исследования крайних четырёхслойных пакетов в образцах первого типа.

5.3. Циклическая трещиностойкость многослойных композиций «сталь 20 — сталь 20», сформированных в процессе сварки взрывом.

5.4. Особенности разрушения сваренного взрывом материала при расслоении вдоль шва с высоким профилем волны.

5.5. Прочностные свойства многослойных композиций, полученных сваркой взрывом заготовок с ультрамелкозернистой структурой.

5.6. Выводы.

6. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Перспективы практического применения многослойных материалов с повышенным комплексом механических свойств.

6.2. Поверхностное упрочнение быстроизнашиваемых деталей бурового оборудования.

6.3. Оптимизация режимов высокоэнергетической обработки металлических материалов.

6.4. Упрочнение деформирующего инструмента, используемого для ротационной вытяжки трубчатых заготовок.

6.5. Использование результатов диссертационной работы в учебном процессе.

6.6. Представление полученных результатов на всероссийских и международных технических выставках.

6.7. Выводы.

Среди множества свойств, определяющих возможность применения материалов конструкционного назначения для изготовления деталей машин и элементов конструкций, эксплуатирующихся в различных условиях внешнего нагружения, особо следует выделить прочностные свойства. Именно эти свойства, в первую очередь величина предела текучести материала, характеризует металлоёмкость реальных изделий. В соответствии с дислокационной теорией прочности для упрочнения металлических материалов могут быть инициированы различные механизмы. Одними из наиболее эффективных считаются дислокационные механизмы, основанные на измельчении зерен и формировании мелких построений полигонально-ячеистого типа.

Механизм зернограничного упрочнения, описываемый зависимостью Холла - Петча, предполагает существенное упрочнение металлических материалов при измельчении зёрен матричного материала. Высокая эффективность этого механизма упрочнения объясняется также и тем, что формирование мелкозернистой структуры за счет развития рекристаллизационных процессов благоприятно отражается на трещиностойкости материала. По этой причине исследования многих специалистов - материаловедов и металлофи-зиков были ориентированы на разработку технологических процессов, обеспечивающих измельчение зеренной структуры материалов.

Экспериментально было установлено, что за счет рекристаллизации, осуществляемой в горячем состоянии, зерна можно измельчать до величины, составляющей единицы микрометров. Надежно и эффективно управлять процессом измельчения зерен, имеющих размер менее 1 мкм, при реализации имеющихся в распоряжении специалистов физических и технологических методов на данном этапе развития материаловедения практически не удаётся. Речь идет в первую очередь о металлических материалах конструкционного назначения, в частности о сталях.

В то же время стремление к измельчению зеренной структуры металлических материалов и активизации механизма зернограничного упрочнения привело к разработке ряда эффективных технологических процессов; основанных на деформировании материалов в холодном состоянии. В частности речь идёт о технологии равноканального углового прессования, деформировании по схеме кручения под давлением, многоосном прессовании. Основной особенностью отмеченных процессов является возможность получения мелкозернистой структуры в деформированных металлических материалах, вплоть до наноразмерной (< 100 нм).

В то же время все технологические процессы, основанные на интенсивной пластической деформации и обеспечивающие получение нанокри-сталлической структуры, обладают и рядом недостатков. Один из них заключается в том, что измельчение структуры, происходит в холодном состоянии. Это является причиной снижения показателей пластичности, ударной вязкости, трещиностойкости упрочняемых материалов. Для процесса, основанного на интенсивной пластической деформации по схеме кручения под давлением, характерны малые размеры упрочняемых заготовок, не позволяющие использовать эту схему нагружения в производственных целях. Технологические процессы равноканального углового прессования и многоосного прессования характеризуются малой производительностью и необходимостью использования мощного дорогостоящего оборудования.

Представленная работа ориентирована на получение плоских массивных стальных заготовок с ультрамелкозернистой и субмикрокристаллической структурой. При этом ставилась задача избежать некоторых недостатков, характерных для разработанных способов измельчения зеренной структуры, основанных на интенсивной пластической деформации.

Для реализации поставленных в работе целей был использован технологический подход, основанный на предварительной интенсивной пластической деформации тонколистовых стальных заготовок, формировании в них измельченной структуры и последующей сварке упрочненных пластин взрывом. В качестве технологических процессов, используемых на первом этапе для формирования мелкозернистой структуры и дислокационных построений полигонально-ячеистого типа, были использованы поверхностная пластическая деформация стальных пластин высокопрочным индентором, колеблющимся с ультразвуковой частотой, и ротационная вытяжка труб (с последующей разрезкой и выпрямлением).

Учитывая отмеченное выше, при выполнении диссертационной работы особое внимание уделялось изучению тонкого строения сталей после ультразвуковой упрочняющей обработки и ротационной вытяжки, а также влиянию сформированной структуры на комплекс механических свойств листовых заготовок.

При постановке цели диссертационной работы и формулировании задач исследования предполагалось, что в процессе сварки предварительно упрочненных заготовок будут в значительной степени сохранены положительные особенности строения соединяемых пластин. В частности речь идёт о сохранении мелкозернистой структуры и сжимающих напряжений в поверхностных слоях интенсивно деформированных материалов. Однако степень обоснованности сделанного предположения была неизвестной. Несмотря на то, что сварка взрывом не относится к термическим методам сварки, в процессе динамического взаимодействия соединяемых пластин за короткое время выделяется большое количество тепла, что приводит к быстрому повышению температуры. Изучение влияния этого фактора на характер структурных преобразований и механические свойства пластин в сварном шве и околошовных зонах было одним из основных предметов исследования данной работы.

Следует отметить, что, несмотря на полувековой период активного исследования сваренных взрывом металлических материалов, ряд структурных особенностей, характерных для процесса получения слоистых композитов, изучен не в полной мере. К настоящему времени опубликовано много работ, в которых анализируются процессы преобразования структуры предварительно упрочненных сталей. По этой причине в представленной работе подробно изучалось влияние сварки взрывом на структуру сварных швов и околошовных зон в многослойных композициях. Особое внимание уделялось анализу влияния произошедших при сварке взрывом'структурных изменений на комплекс механических свойств сталей, подвергнутых на первом этапе интенсивной пластической деформации. В первую очередь речь идёт обизу-чении таких важных показателей качества многослойных композиций как прочностные свойства, пластичность, ударная вязкость, трещиностойкость. Для определения этих свойств при выполнении работы было использовано современное испытательное оборудование, характеризующееся высокой точностью измерений.

Роль границ раздела в объяснении поведения многослойных слоистых композитов в различных условиях внешнего нагружения изучена в недостаточной степени. Особенно это касается влияния межслойных границ на показатели пластичности, ударной вязкости, трещиностойкости материалов. Анализ особенностей тонкого строения сварных швов, формируемых при динамическом взаимодействии тонколистовых стальных пластин, позволяет говорить об охрупчивающем воздействии межслойных границ раздела на показатели надежности анализируемых композиций.

Таким образом, при выполнении диссертационной работы были использованы совместно два подхода к решению проблемы повышения комплекса механических свойств сталей, основанные на формировании мелких зеренно-субзеренных построений в стальных заготовках (в процессах пластического и термопластического упрочнения) и образовании многочисленных границ раздела (при сварке взрывом тонколистовых стальных заготовок с предварительно оптимизированной структурой).

Научная новизна

1. Экспериментально установлено, что сварка взрывом является эффективным методом формирования' многослойных материалов с высоким комплексом механических свойств. На примере многослойной стали 20 показана возможность одновременного двукратного роста прочностных свойств и ударной вязкости, а также увеличения усталостной трещиностойкости при существенном снижении пластичности материала.

2. Методами структурного анализа установлено, что причины повышения ударной вязкости и усталостной трещиностойкости связаны с благоприятным влиянием межслойных границ. Границы сварных швов являются эффективными барьерами на пути распространяющихся усталостных трещин. Зафиксированы случаи, когда усталостные трещины, попадая на сварные швы, некоторое время движутся в обратном направлении. Фрактографиче-ские исследования показали наличие вязких изломов в окрестности сварных швов при разрушении слоистых материалов.

3. Экспериментально показано, что параметры волн, образующихся при сварке металлических материалов взрывом, зависят от кристаллографической ориентации зерен, участвующих в их построении. В тех случаях, когда длина волны существенного превосходит размер зерна свариваемого материала, влияние кристаллографической ориентации зерен на форму волн нивелируется.

4. Установлено, что при сварке взрывом стальных пластин, имеющих в исходном состоянии феррито-перлитное строение, под действием интенсивной деформации и кратковременного нагрева в ферритных зернах формируется субмикрокристаллическая структура. С использованием просвечивающей электронной микроскопии показано, что размер зеренно-субзеренных построений, образующихся вблизи сварных швов, составляет 100.400 нм.

5. Методами структурных исследований установлено, что в условиях динамического взаимодействия стальных пластин имеет место двойникова-ние как в ферритных зернах, так и в пластинчатом перлите. Экспериментально-установлено, что двойникование в перлите характерно! не только при проявлении сжимающих напряжений, но также и для нагружения по схеме растяжения.

Практическая значимость и реализация результатов,работы»

1. Многослойные материалы, полученные по технологии сварки-взрывом тонколистовых заготовок из углеродистых сталей, обладают повышенным комплексом механических свойств и могут быть использованы для изготовления деталей машин и элементов конструкций ответственного назначения.

2. В качестве метода повышения комплекса механических свойств исходных заготовок, используемых для получения по технологии сварки взрывом многослойных заготовок предложена ротационная вытяжка стали 20 со степенью 70 % с последующим отжигом в течение 1 часа при 540.560 °С. Такая обработка обеспечивает формирование однородной ультрамелкозернистой структуры с размером зерна ~ 1 мкм.

3. Технические решения, основанные на применении ультразвуковых колебаний, были использованы при оптимизации режимов лазерной сварки и лазерной резки на технологическом лазерном комплексе «Сибирь - 2».

4. Результаты экспериментальных и теоретических исследований, полученные при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе в Новосибирском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении».

5. Результаты работы отмечены серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций, золотой медалью - Сеульского международного инновационного форума (SIIF-2008), а также медалями специализированных промышленных выставок «Металлы Сибири»* (ITE Сибирская ярмарка, 2009 и 2010 гг.) .

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 17 печатных научных работ, из них: 10 статей в реферируемых научных 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

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов и приложения. Работа изложена на 225 страницах основного текста, включая 90 рисунков, 10 таблиц, библиографический список из 166 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Установлено, что структура, формирующаяся при сварке взрывом множества стальных пластин, является существенно неоднородной как в поперечном направлении, так и вдоль профиля волны. Механические свойства сварных швов по разные стороны от гребней волн различны. Экспериментально показано, что параметры волн, образующихся при сварке металлических материалов взрывом, зависят от кристаллографической ориентации зерен, участвующих в их построении. В тех случаях, когда длина волны существенно превосходит размер зерна свариваемого материала, влияние кристаллографической ориентации зерен на форму волн нивелируется.

2. Установлено, что в процессе динамического взаимодействия стальных пластин в зоне сварного шва имеют место резкие изменения структуры. В зонах, в которых отсутствуют фазовые превращения, обусловленные интенсивным нагревом материала, перестройка исходной структуры связана с проявлением механизмов деформационного двойникования и дислокационного скольжения. С использованием просвечивающей электронной микроскопии показано, что размер зеренно-субзеренных построений, формируемых вблизи сварных швов, составляет 100.400 нм. Экспериментально установлено, что двойникование в перлите характерно не только при проявлении сжимающих напряжений, но также и для нагружения по схеме растяжения.

3. Сварка взрывом является эффективным методом формирования многослойных материалов с высоким комплексом механических свойств. На примере многослойной стали 20, показана возможность одновременного двукратного роста прочностных свойств и ударной вязкости, а также увеличения усталостной трещиностойкости при существенном снижении пластичности материала. Установлено, что причины повышения ударной вязкости и усталостной трещиностойкости связаны с благоприятным влиянием межслойных границ. Несмотря на повышенную прочность сварных швов в их окрестности формируются изломы с явными признаками вязкого разрушения: Границы сварных швов являются эффективными барьерами на пути распространяющихся'усталостных трещин. Зафиксированы случаи,,когда усталостные трещины, попадая на сварные швы, некоторое:время движутся по волне в обратном: направлении.

4. С применением программного комплекса АМ8¥5 А1/ТОВШ 11.0 численно исследованы процессы, имеющие место в зоне, прилегающей к точке соударения двух стальных пластин, соединяемых взрывом взрывом. Установлено, что при реализации использованных для расчетов моделей воспроизводится процесс образования кумулятивной пелены впереди точки контакта. Максимальная температура в точке контакта динамически взаимодействующих пластин, определенная в процессе математического моделирования, составляет 2000.2300 К, что значительно выше температуры плавления стали. Показано, что глубина зафиксированной зоны локального повышения температуры не превышает 0,1 мм.

5. Экспериментально установлено, что при реализации технологии поверхностного упрочнения высокопрочным индентором диаметром 8 мм, колеблющимся с ультразвуковой частотой и прижатым к обрабатываемой заготовке с усилием 98 Н, глубина интенсивно деформированного слоя со структурой нанокристаллического типа не превышает 30.50 мкм, что соизмеримо с глубиной зоны локального повышения температуры до температуры фазовых превращений. Измельчённая до наноразмерного состояния структура феррита в слое толщиной ~ 30 мкм существенного влияния на прочностные свойства получаемых сваркой;взрывом? композиций не оказывает.

6. В качестве метода повышения; комплекса механических свойств ис-ход-ных заготовок, используемых для получения многослойных композиций по технологии сварки взрывом, предложена ротационная вытяжка стали 20 со степенью 70 % с последующим отжигом в течение 1 часа при; 540. .560 об. Повышение прочностных свойств обусловлено формированием однородной ультрамелкозернистой структуры с размером зерна ~ 1 мкм.

7. Результаты исследований, проведенных при выполнении диссертационной работы, используются в учебном процессе в НГТУ при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Материаловедение и технология новых материалов» и инженеров по специальности «Материаловедение в машиностроении». Материалы диссертационной работы применяются при чтении лекций по материаловедческим и технологическим курсам, а также в ряде лабораторных работ, проводимых на кафедре «Материаловедение в машиностроении» НГТУ. Полученные материалы экспонировались на всероссийских и международных выставках и были отмечены серебряной медалью VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций, золотой медалью Сеульского международного инновационного форума (SIIF-2008), а также медалями специализированных промышленных выставок, организованных в 2009 и 2010 гг. международным выставочным центром «ITE Сибирская ярмарка».

1. Романив, О. Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей Текст. / О. Н. Романив. — М. : Металлургия, 1979. — 176 с.

2. Бернштейн, М. Л. Структура деформированных металлов Текст. / М. Л. Бернштейн. М. : Металлургия, 1977. - 431 с.

3. Гольдштейн, М. И. Специальные стали Текст. / М. И. Гольдштейн, С. В. Грачев, Ю. Г. Векслер. М. : Металлургия, 1985. - 408 с.

4. Солнцев, Ю. П. Специальные материалы в машиностроении Текст. : учебник / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин, В. Ю. Пирайнен. СПб. : ХИМИЗ-ДАТ, 2004. - 640 с.

5. Келли, А. Высокопрочные материалы Текст. / А. Келли ; пер. с англ. С. Т. Милейко. М. : Мир, 1976. - 261 с. : ил.

6. Пикеринг, Ф. Б. Физическое металловедение и разработка сталей Текст. / Ф. Б. Пикеринг. М. : Металлургия, 1982. - 182 с.

7. Гриднев, В. Н. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали Текст. / В. Н. Гриднев, В. Г. Гаврилюк, Ю. Я. Мешков. Киев : Нау-кова думка, 1974.-231 с.

8. Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов Текст. / И. И. Новиков. М. : Металлургия, 1986. - 480 с.

9. Термическое упрочнение проката Текст. : [сб. ст.] / под ред. К. Ф. Стародубова. — М. : Металлургия, 1970. — 268 с.

10. Большаков, В. И. Термическая обработка строительной стали повышенной прочности Текст. / В. И. Большаков, К. Ф. Стародубов, М. А. Тыл-кин. М. : Металлургия, 1977. - 200 с.

11. Мешков, Ю. Я. Физические основы разрушения«стальных конструкций Текст. / Ю. Я. Мешков. Киев : Наукова думка, 1981. - 240 с.

12. Голованенко, С. А. Двухфазные низколегированные стали Текст. / С. А. Голованенко, Н. М. Фонштейн. М.: Металлургия, 1986. - 207 с.

13. Тушинский, Л. И. Теория и технология упрочнения металлических материалов Текст. / Л. И. Тушинский. — Новосибирск : Наука, 1990. — 306 с.

14. Гольдштейн, М. И. Металлофизика высокопрочных сплавов Текст. / М. И. Гольдштейн, В. С. Литвинов, Б. М. Бронфин. М. : Металлургия, 1986. -312 с.

15. Бернштейн, М. Л. Механические свойства металлов Текст. / М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский. М. : Металлургия, 1979. - 496 с.

16. Иванова, В. С. Разрушение металлов Текст. / В. С. Иванов. М. : Металлургия, 1979. - 167 с.

17. Романив, О. Н. Структура и припороговая усталость сталей Текст. / О. Н. Романив, А. Н. Ткач // Физика металлов и металловедение. 1983. - № 4. -С. 19-33.

18. Романив, О. Н. Структурный анализ кинетических диаграмм усталостного разрушения конструкционных сталей Текст. / О. Н. Романив, А. Н. Ткач // Физика металлов и металловедение. 1987. - № 5. - С. 3-16.

19. Гольдштей, М. И. Дисперсионное упрочнение стали Текст. / М. И. Гольдштейн, В. М. Фарбер. — М. : Металлургия, 1979. 208 с.

20. Мартин, Дж. У. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов Текст. / Дж. У. Мартин ; пер. с англ. М. Ю. Матвеева. М. : Металлургия, 1983. - 168 с. : ил.

21. Новиков, И. И. Дефекты кристаллического строения металлов Текст. / И. И. Новиков. М. : Металлургия, 1983. - 232 с.

22. Екобори, Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел Текст. : пер. с англ. / Т. Екобори. — М. : Металлургия. 1971. — 264 с.

23. Макклинток, Ф. Деформация и разрушение материалов Текст. / Ф. Макклинток, А. Аргон. М. : Мир, 1970. - 443 с.

24. Горелик, С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов Текст. / С. С. Горелик. -М. : Металлургия, 1978. 568 с.

25. Горелик, С. С. Рекристаллизация металлов и сплавов Текст. / С. С. Горелик, С. В. Добаткин, Л. М. Капуткина. М. : МИСИС, 2005. - 432 с.

26. Владимиров, В. И. Физическая природа разрушения металлов Текст. / В. И. Владимиров. М. : Металлургия, 1984. - 280 с.

27. Панин, В. Е. Структурные уровни пластической деформации твердых тел Текст. / В. Е. Панин. Новосибирск : Наука, 1985. - 227 с.

28. Хоникомб, Р. Пластическая деформация металлов Текст. / Р. Хони-комб. М. : Мир, 1972. - 406 с.

29. Кайбышев, О. А. Границы зерен и свойства металлов Текст. / О. А. Кайбышев, Р. 3. Валиев. М. : Металлургия, 1987. - 214 с.

30. Бернштейн, М. Л. Термомеханическая обработка стали Текст. / М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский, Л. М. Капуткина. М. : Металлургия, 1983. -480 с.

31. Рыбин, В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов Текст. / В. В. Рыбин. М. : Металлургия, 1986. - 224 с.

32. Тушинский, Л. И. Структурная теория конструктивной прочности материалов Текст. : [монография] / Л. И. Тушинский. — Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2004. 400 с.

33. Тушинский, Л. И. Перспективы повышения конструктивной прочности стали Текст. / Л. И. Тушинский // Субструктура и конструктивная прочность стали. Новосибирск, 1976. - С. 3-38.

34. Тушинский, Л. И. Структурные аспекты повышения конструктивной прочности сплавов Текст. / Л. И. Тушинский, Л. Б. Тихомирова // Физико-химическая механика материалов. — 1975. № 5. — С. 10-23.

35. Тушинский, Л. И. Оптимальные структуры сплавов с высокими прочностью и трещиностойкостью Текст. / Л. И. Тушинский // Физико-химическая механика материалов. — 1987. № 2. - С. 30-37.

36. Тушинский, Л: И; Регулируемое термопластическое упрочнение малоуглеродистой стали Текст.' / Л; И: Тушинский, А. О: Токарев?// Оптимальная! структура! стали для. повышения конструктивной прочности; — Новосибирск^, 1983.-е.з-ю. . :/. • ••'■.•■;'.;\

37. Тушинскищ Л! ШСтруктураперлита'иконструктивная прочность* стали Текст. / Л; И. Тушинский, А. А. Батаев, Л. Б; Тихомирова ; о тв. ред. Е.И. Шемякин. Новосибирск : Наука, 1993. - 280 с.

38. Долженков, И. Е. Сфероидизация карбидов в стали Текст. / Ш Е. Долженков, И. И. Долженков. М. : Металлургия, 1984. - 142 с.

39. Узлов, И. Г. Термическая обработка проката Текст. / И. Г. Узлов, В. Я. Савенков, С. Н. Поляков. Киев : Технжа, 1981. - 159 с.

40. Контролируемая прокатка Текст. / В. И. Погоржельский, Д. А. Литви-ненко, Ю. И. Матросов, А. В. Иванцивский. М. : Металлургия, 1979. - 184 с.

41. Погоржельский, В: И. Контролируемая прокатка непрерывнолитого металла Текст. / В. И. Погоржельский. М. : Металлургия, 1986. - 151 с.

42. Большаков, В. И. Субструктурное упрочнение конструкционных сталей Текст. / В. И. Большаков. Монреаль, 1998. - 320 с.

43. Стародубов, К. Ф. О формировании структуры перлита в условиях прерванного охлаждения Текст. / К. Ф. Стародубов^ И. Е. Долженков // Металлургия и коксохимия. Киев : Техника, 1970. - Вып. 23. - С. 131-133.

44. Тылкин, М. А. Структура и свойства строительной стали Текст. / М. А. Тылкин; В1И. Большаков; П. Д1 Одесский. —М. : Металлургия, 1983. -2871. С. •

45. Гуляев, А. П. Сверхпластичность стали Текст. / А. П. Гуляев. М. : Металлургия, 1982. - 56 с.

46. Тихомирова, ЛГ Б. Электронномикроскопическое исследование: структурных изменений в; стали У8> при упрочнении: ВТМИЗО Текст. / Л: Б. Ти7 хомирова, Г. И: Теребило // Субструктура и-конструктивная прочность стали. -Новосибирск, 1974.-С. 120 125.

47. Валиев, P. 3. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией Текст. / Р. 3. Валиев, И. В. Александров. М. : Логос, 2000. - 272 с.

48. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии Текст. / А. И. Гусев. 2-е изд., испр. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 410 с.

49. Пластическая обработка металлов простым сдвигом Текст. / В. М. Се~ гал, В. И. Резников; А. Е. Дробышевский, В. И. Копылов // Известия АН СССР. Металлы. 1981. -№ 1. - С. 115-123.

50. Valiev, R. Z. Developments in the use of ecap processing for grain refinement Text. / R. Z. Valiev, T. G. Langdon // Review on Advanced Materials Science. 2006. -Vol. 13, № 1. - P. 15-26.

51. Investigations and applications of Severe Plastic Deformation Text. / eds.: Т. C. Lowe, R. Z. Valiev. Kluwer Academie Publishers, 2000. - Vol. 80. - 394 p. - (NATO Science Series, ser. 3).

52. Birringer, R. Nanocrystalline materials Text. / R. Birringer, H. Gleiter // Encyclopedia of Materials Science and Engineering. Supplementary. Oxford Pergamon Press, 1988. - Vol. 1. - P. 339-349.

53. Gleiter, H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure Text. / H. Gleiter // Acta Mater. 2000. - Vol. 48, № 1. - P. 1-29.

54. Valiev, R. Z. Plastic deformation of alloys with submicron-grain structure Text. / R. Z. Valiev, N. A. Krasilnikov, N. K. Tsenev // Materials Science and Engineering. A. 1991. - Vol. 137, iss. C. - P. 35-40.

55. Формирование субмикрозернистой структуры в меди и никеле с использованием интенсивного сдвигового деформирования Текст. / Н. А. Ахмадеев, Р. 3. Валиев, В. И. Копылов, Р. Р. Мулюков // Металлы. 1992. — №5.-С. 96-101.

56. Segal, V. М. Material processing by simple shear Text. / V. M. Segal // Materials Science and Engineering. A. 1995. - Vol. 197, iss. 2. - P. 157-164.

57. Гусев, А. И. Нанокристаллические материалы Текст. / А. И. Гусев, А. А. Ремпель. М. : Физматлит, 2000. - 224 с.

58. Зернограничная диффузия и свойства ианоструктурных материалов Текст. : [монография] / [Ю. Р. Колобов, Р. 3. Валиев, Г. П. Грабовецкая и др.] ; под ред. Ю. Р. Колобова, Р. 3. Валиева. Новосибирск : Наука, 2001. -228, [3] с.

59. Meyers, М. A. Mechanical properties of nanocrystalline materials Text. / M. A. Meyers, A. Mishra, D. J. Benson // Progress in Materials Science. 2006. -№ 4. - P. 427-566.

60. Fundamentals of interface phenomena in advanced bulk nanoscale materials Text. // B. Baretzky, M. D. Baro, G. P. Grabovetskaya, J. Gubicza, M. B. Ivanov, Yu. R. Kolobov, T. G. Langdon, J. Lendvai, A. G. Lipnitskii, A. A. Mazilkin, A.r

61. A. Nazarov, J. Nogues, I. A. Ovidko, S. G. Protasova, G. I. Raab, A. Revesz, N. V. Skiba, J. Sort, M. J. Starink, В. B. Straumal, S. Surinach, T. Ungar, A. P. Zhilyaev // Reviews on Advanced Materials Science. 2005. - Vol. 9, № 1. - C. 45-108.

62. Шнейдер, Ю. Г. Холодная бесштамповая обработка металлов давлением Текст. / Ю. Г. Шнейдер. JI.: Машиностроение, 1967. - 352 с.

63. Муханов, И. И. Поверхностный слой стальных деталей машин после ультразвуковой чистовой и упрочняющей обработки Текст. / И. И. Муханов, Ю. М. Голубев // Металловедение и термическая обработка металлов. 1969. — № 9. - С. 29-32.

64. Муханов, И. И. Импульсная упрочняющечистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом Текст. / И. И. Муханов. М. : Машиностроение, 1978. -44 с.

65. Ультразвук в машиностроении Текст. : сб. трудов ОКТБ / Ком. по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. Особое конструкторско-технол. бюро. ЦНИИПИ. М., 1966. - Вып. 1. - 204 с.

66. Муханов, И. И. Ультразвуковая упрочняющечистовая обработка стали и чугуна Текст. / И. И. Муханов // Вестн. машиностроения. 1968. - № 6. — С. 64-66.

67. Рахимянов, X. М. Моделирования процесса формирования регулярного микрорельефа' при ультразвуковом пластическом деформировании Текст. / X. М. Рахимянов, Ю. С. Семенова // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. - № 2. - С. 3-10.

68. Rakhimyanov, К. М. Formation of surface layers on ultrasonic spark alloying with WC-Co hard alloy electrode Text. // К. M. Rakhimyanov, G. A. Iskhakova // Электронная обработка материалов. 1993. — № 2. - С. 9-11.

69. Iskhakova, G. A. Structure and mechanical properties of WC-Co alloy surface layer after diamond-ultrasonical treatment Text. // G. A. Iskhakova, V. P. Gi-leta, К. M. Rakhimyanov // Сверхтвердые материалы. 1991. - № 5. - С. 5461.

70. Rakhimyanov, Kh. M. The role of ultrasonic plastic deformation in spark alloying Text. / Kh. M. Rakhimyanov, G. A. Iskhakova, A. Kh. Rakhimyanov // Физика и химия обработки материалов. 1996. -№ 1. - С. 68-72.

71. Li, D. The effect of nanostructured surface layer on the fatigue behaviors of a carbon steel Text. / D. Li, H. N. Chen, H. Xu. // Applied Surface Science. — 2009) Vol. 255, № 6. - P. 3811-3816.

72. Nanostructure formation mechanism of a-titaniumusing SMAT Text. / K. *t Y. Zhu, A. Vassel, F. Brisset, K. Lu, J. Lu // Acta Materialia. 2004. - Vol. 52, № » 14.-P. 4101-4110.

73. Dai, K. Comparison between shot peening and surface nanocrystallization I and hardening processes Text. / K. Dai, L. Shaw // Materials Science and Engineering. A. 2007. - Vol. 463, iss. 1-2. - P. 46-53.

74. Li, W. L. Fabrication of a gradient nano-micro-structured surface layer on bulk copper by means of a surface mechanical grinding treatment Text. / W. L. Li, N. R. Tao, K. Lu // Scripta Materialia. 2008. - Vol. 59, № 5. - P. 546-549.

75. Fatigue and mechanical characteristics of nano-structured tool steel by ultrasonic cold forging technology Text. / C.-M. Suh, M.-S. Suh, G.-Hf. Song, Y.-S. Pyoun // Materials Science and Engineering. A. 2007. - Vol. 443, iss. 1-2. - P. 101-106.

76. Investigations on the nanocrystallization of 40Cr using ultrasonic surface rolling processing Text. / W. Ting, W. Dongpo, L. Gang, G. Baoming, S. Ningxia // Applied Surface Science. 2008. - Vol. 255, № 5, Pt. 1. - P. 1824-1829.

77. Surface nanostructure formation mechanism of 45 steel induced by supersonic fine particles pombarding Text. / D. Ba, Sh. Ma, Ch. Li, F. Meng // Journal of University of Science and Technology Beijing. 2008. - Vol. 15, № 5. - P. 561-567.

78. Li, W. L. Fabrication of a gradient nano-micro-structured surface layer on bulk copper by means of a surface mechanical grinding treatment Text. / W. L. Li, N. R. Tao, K. Lu // Scripta Materialia. 2008. - Vol. 59, № 5. - P. 546-549.

79. Min, N. a to у transformation in the nanostructured surface layer of pearlitic steels near room temperature Text. / N. Min, W. Lia, X. Jin // Scripta Materialia. -2008. Vol. 59, № 8. - P. 806-809.

80. Lu, K. Nanostructured surface layer on metallic materials induced by surface mechanical attrition treatment Text. / K. Lu, J. Lu. // Materials Science and Engineering. A. 2004. - Vol. 375-377, spec. iss. 1-2. - P. 38-45.

81. Панин, В. E. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле Текст. / В. Е. Панин, А. В. Панин // Физическая мезомеханика. 2005. -Т. 8, №5.-С. 7-15.

82. Панин, В. Е. Физическая мезомеханика поверхностных слоев твердых тел Текст. / В. Е. Панин // Физическая мезмомеханика. 1999. — Т. 2, № 6. — С. 5-23.

83. Панин, В. Е. Поверхностные слои твердых тел как мезоскопический структурный, уровень деформации Текст. / В. Е. Панин // Физическая* мезомеханика. 2001. - Т. 4, № 3. — С. 5-22.

84. Алехин, В. П. Нанотехнологии поверхностной упрочняющей и финишной обработки деталей из конструкционных и инструментальных сталей Текст. / В. П. Алехин, О. В. Алехин // Машиностроение и инженерное образование. 2007. - № 4. - С. 2-13.

85. Effect of surface nanocristallization on friction and wear properties in low carbon steel Text. / Z. B. Wang, N. R. Tao, S. Li, W. Wang, G. Liu, J. Lu, K. Lu // Materials Science and Engineering. A. 2003. - Vol. 352, iss. 1-2. - P. 144149.

86. Макаров, А. В. Прочность и износостойкость нанокристаллических структур поверхностей трения сталей с мартенситной основной Текст. // А.

87. В. Макаров, Л. Г. Коршунов // Известия вузов. Физика. 2004. — № 8. - С. 65-80.

88. Трегубов, В. И. Ротационая вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из труб на специализированном оборудовании Текст. / В. И. Трегубов. Тула : Тул. гос. ун-т, 2002. - 148 с.

89. Юдин, Л. Г. Ротационная вытяжка цилиндрических оболочек Текст. / Л. Г. Юдин, С. П. Яковлев. М. : Машиностроение, 1984. - 129 с.

90. Трегубов, В. И. Влияние технологических параметров ротационной вытяжки на геометрические показатели качества цилиндрических деталей Текст. / В. И. Трегубов, М. В. Ларина, С. С. Яковлев // Вестник машиностроения. 2005. - № 3. - С. 68-72.

91. Суханов, Д. А. Повышение конструктивной прочности сталейформированием тонкодисперсной слоистой структуры Текст. : дис.канд.техн. наук / Д. А. Суханов. Новосибирск, 2002. — 198 с.

92. Захаренко, И. Д. Сварка металлов взрывом Текст. / И. Д. Захаренко ; АН БССР, Витеб. отд-ние Ин-та физики твердого тела и полупроводников. — Минск : Навука i тэхшка, 1990. — 204, 1. с.

93. Айнбиндер, С. Б. Холодная сварка металлов Текст. / С. Б. Айнбиндер. Рига : АН ЛатвССР, 1957. - 163 с.

94. Tylecote, A. Pressure welding / A. Tylecote // Metal Ind. 1952. - Vol. 81, №2.-P. 21-25.

95. Дерибас, А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом Текст. / А. А. Дерибас ; отв. ред. С. С. Григорян. 2-е изд., доп. и перераб. - Новосибирск : Наука, 1980.-221 с.

96. Процессы обработки металлов взрывом : учеб. пособие для вузов Текст. / А. В. Крупин [и др.]. М. : Металлургия, 1996. - 335 с.

97. Эпштейн, Г. Н. Высокоскоростная деформация и структура металлов Текст. / Г. Н. Эпштейн, О. А. Кайбышев. М. : Металлургия, 1971. - 197 с.

98. Волнообразование при высокоскоростном симметричном соударении металлических пластин Текст. / В. В. Пай [и др.] // Физика горения и взрыва. 2006. - Т. 42, № 5. - С. 132-137.

99. Crossland, В. Explosive welding of metals and its application / B. Cross-land. Oxford : Clarendon Press, 1982. - 233 p. - (Oxford series on advanced manufacturing; vol. 2).

100. Абрахамсон, Г. P. Остаточные периодические деформации поверхности под действием перемищающейся струи Текст. / Г. Р. Абрахамсон // Труды Американского общества инженеров-механиков. Сер. Е. Прикладная механика. 1961. - Т. 28, № 4. - С. 45-55.

101. Хант, Дж. H. Образование волн при сварке взрывом Текст. / Дж. Н. Хант // Механика. 1969. - № 1. - С. 140-150.

102. Bahrani A.S., Black Т.,Crossland В. The Mechanics of Wave Formation in Explosive Welding// Proc. Inst. Mech. Eng. 1965. Vol. 179.- P. 264-270.

103. Bahrani A.S., Crossland B. Explosive welding and cladding: an introductory survey and preliminary results// Proc. Inst. Mech. Eng. 1964.- Vol. 79.- P. 264.

104. Сварка взрывом и свойства сварных соединений Текст. : межвуз. сб. науч. тр. Волгоград : ВолгГТУ, 2000. - 128 с.

105. Сварка взрывом и свойства сварных соединений Текст. : межвуз. сб. науч. тр. Волгоград : ВолгГТУ, 1998. - 122 с.

106. Деформация металлов взрывом Текст. / А. В. Крупин, В. Я. Соловьев, Н. И. Шефтель, А. Г. Кобелев. М. : Металлургия, 1975. - 416 с.

107. Конон, Ю. А. Сварка взрывом / Ю. А. Конон, J1. Б. Первухин, А. Д. Чудновский ; под ред. В. М. Кудинова. М. : Машиностроение, 1987. - 214, 2. с.

108. Злобин, Б. С. Сварка взрывом стали с алюминием Текст. / Б. С. Злобин // Физика горения и взрыва. 2002. - Т. 38, № 3. - С. 137-140.

109. Бондарь, М. П. Зависимость структуры титана, формирующейся при высокоскоростном нагружении, от его исходного состояния Текст. / М. П. Бондарь, О. J1. Первухина // Физика горения и взрыва. 2000. — Т. 36, № 2. -С. 110-121.

110. Тарабрин, Г. Т. Влияние упругих волн на характер движения пластины под действием продуктов взрыва Текст. / Г. Т. Тарабрин, Ю. П. Трыков // Металловедение и прочность материалов : межвуз. сб. науч. тр. Волгоград : ВолгГТУ, 1997.-С. 5-13.

111. Оценка параметров соударения при сварке взрывом Текст. / В. Г. Шморгун, А. П. Соннов, Ю. П. Трыков, И. А. Ковалев // Металловедение и прочность материалов : межвуз. сб. науч. тр. Волгоград : ВолгГТУ, 1997. -С. 20-25.

112. Шморгун, В. Г. Расчетное определение оптимальных параметров сварки взрывом Текст. / В. Г. Шморгун // Металловедение и прочность материалов : межвуз. сб. науч. тр. — Волгоград : ВолгГТУ, 1997. С. 26-28.

113. Bataroev, D. K. Character of wave forrnation in zinc crystals for an oblique-collision / D. K. Bataroev, A. A. Deribas, M. A. Mogilcvskii // Combustion, explosion and shock waves. 1978. - Vol. 13; № 3. - P. 365-370.

114. Welding, Brazing, and Soldering. ASM International, 1994. - Vol. 6. -2873 p. -(ASM Handbook).

115. Walsh, J. M. Walsh limiting conditions for jet formation in high velocity collisions Text. / J. M. Walsh, R. G. Shreffler, E. J. Willig // Applied Physics. -1953. Vol. 24, № 3. - P. 349-359.

116. Симонов, В. А. Дополнительные ограничения области сварки взрывом Текст. / В. А. Симонов // Физика горения и взрыва. 1992. - Т. 28, № 1.-С. 110-114.

117. Годунов, С. К. К вопросу струеобразования при соударении металлов Текст. / С. К. Годунов, А. А. Дерибас // Доклады Академии наук СССР. -1972. Т. 202, № 5. - С. 1024-1027.

118. Конон, Ю. А. Сварка взрывом Текст. / Ю. А. Конон, Л. Б. Первухин, А. Д. Чудновский ; под ред. В. М. Кудинова. М. : Машиностроение,. 1987. -214, [2] с. : ил. / .

119. Кудинов, В. М. Влияние начальных, параметров на процесс волнообразования при сварке металлов взрывом Текст. / В: М. Кудинов, А. А. Дерибас, Ф. И. Матвеенков // Физика горения и взрыва. 1967. - Т. 3, № 4. - С. 561-568. .

120. Влияние размера зерна на начало процесса волнообразования при сварке взрывом Текст. / М. П. Бондарь, А. А. Дерибас, В. И. Мали, В. А.Симонов // Физика горения и взрыва. 1976. - Т. 12, № 5. - С. 795-799.

121. Годунов, С. К. Волнообразование при сварке взрывом Текст. / С. К. Годунов, А. А. Дерибас, Н. С. Козин // Прикладная механика и техническая физика. 1971. -№ 3. - С. 63-73.

122. Дерибас, А. А. Влияние начальных параметров на процесс волнообразования при сварке металлов взрывом Текст. / А. А. Дерибас, В. М. Кудинов, Ф. И. Матвеенков // Физика горения и взрыва. 1967. - Т. 3, № 4.-С. 561-568.

123. Effect of the grain size on the start of the process of wave formation with explosion welding / M. P. Bondar, A. A. Deribas, V. I. Mali, V. A. Simonov // Combustion, Explosion, and Shock Waves 1969. - Vol. 12, № 5. - P. 712-715.

124. О моделировании процесса волнообразования при сварке взрывом Текст. / А. А. Дерибас [и др.] // Физика горения и взрыва. 1968. - Т. 4, № 1. -С. 100-107.

125. Кудинов, В. М. Гидродинамическое моделирование процесса образования волн при сварке взрывом Текст. / В. М. Кудинов, А. X. Бунтян // Автоматическая сварка. 1971. - № 8. - С. 71.

126. Гордополов, Ю. А. К вопросу о волнообразовании при высокоскоростном соударении металлических тел Текст. / Ю. А. Гордополов, А. Н. Деремин, А. Н. Михайлов // Физика горения и взрыва. -1977. Т. 13, № 2. - С. 288-291.

127. Гордополов, Ю. А. Экспериментальное определение зависимости длины волны от угла соударения в процессе сварки металлов взрывом Текст. / Ю. А. Гордополов, А. Н. Деремин, А. Н. Михайлов // Физика горения и взрыва. 1976. - Т. 12, № 4. - С. 601-605.

128. Hydrodinamic effects in colliding solids Text. / S. K. Godunov, A. A. Deribas, A. V. Zabrodin, N. S. Kozin // Journal of Computational Physics. 1970. -Vol. 5, №3. -P. 517-539.

129. Acarer, M. Investigation of explosive welding parameters and their effects on microhardness and shear strength Text. / M. Acarer, B. Giilenc, F. Findik // Materials and Design. 2003. - Vol. 24, № 8. - P. 659-664.

130. Metallic glass coating on metals plate by adjusted explosive welding technique Text. / W. D. Liu, К. X. Liu, Q. Y. Chen, J. T. Wang, H. H. Yan, X. J. Li // Applied Surface Science. 2009. - Vol. 255, № 23. - P. 9343-9347.

131. Prtimer, R. A. Explosive cladding of thin films / R. A. Priimer // Thin Solid Films. 1977. - Vol. 45, iss. 1. - P. 205-210.

132. Огородников, В. А. Особенности процесса взрывного плакирования фольгами Текст. / В. А. Огородников, А. А. Садовой // Физика горения и взрыва. 2001. - Т. 37, № 4.

133. Определение характеристик сопротивления распространению трещины (трещиностойкости) металлов при циклическом нагружении. (Методические указания)// ФХММ.- 1979.- №3.- С. 83-97.

134. ANSYS AUTODYN. Explicit software for nonlinear dynamics Electronic resource. 2005. - Mode of access: http://www.esss.com.br/pdf/autodyn-ll.pdf. - Title from screen.

135. Akbari-Mousavi, A. A. Simulation of explosive welding using the Williamsburg equation of state to model low detonation velocity explosives Text. / A.

136. A. Akbari Mousavi, S. J. Burley, S. T. S. Al-Hassani // International Journal of Impact Engineering. 2005. - Vol. 31, iss. 6. - P. 719-734.

137. Формирование сваркой взрывом слоистых композиционных материалов из разнородных сталей Текст. / И. А. Батаев, Д. В. Павлюкова, Т. В. Журавина, Е. Б. Макарова, Д. С. Терентьев // Обработка металлов. — 2010. — № 1 (46). С. 6-8.

138. Особенности процессов, происходящих при ультразвуковой поверхностной пластической деформации и термической обработке технического железа Текст. / И. А. Батаев, А. А. Батаев, В. А. Батаев, Ю. Н. Ромашова, Д.

139. B. Павлюкова, Е. Б. Макарова, Т. В. Журавина // Физическая мезомеханика. -2010. Т. 13, № 2. - С. 97-101.

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

141. Особенности структурных превращений, обусловленные высокоскоростным нагревом углеродистых сталей Текст. / А. А. Батаев, В. В. Иван-цивский, И. А. Батаев, В. Г. Буров, А. М. Кручинин // Известия вузов. Черная металлургия. 2006. - № 10. - С. 31-33.

142. Пластическое деформирование ультразвуковым инструментом наплавленных упрочняющих слоев Текст. / В. Г. Буров, А. М. Кручинин, С. В. Буров, А. А. Бивалькевич, И. А. Батаев // Обработка металлов. 2005. - № 3. -С. 21.

143. Torus press, 2010. P. 3-4. Структура и свойства многослойных стальных композиций, полученных сваркой взрывом.

144. Proger М. Die Deformations- und Bruchmechanismen des lamellaren Per-lits: Diss.- Stuttgart.- 1964.- 101 S.