автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Структура и свойства низколегированных сталей при термодеформационных циклах

Российская Академия наук

Сибирское отделение Якутский научный центр ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

На правах рукописи

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫХ ЦИКЛАХ

05.02.01 - Материаловедение в машиностроении (промышленность)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск-1996

Работа выполнена в Институте физико-технических проблем Севера ЯкУтского научного центра Сибирского отделения Российской Академии наук.

Научные руководители:

доктор технических наук, А. П.Аммосов; доктор технических наук, профессор, П. Зайффарт.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор C.B.Добаткин; кандидат технических наук С.П.Яковлева.

Ведущее предприятие:

Ордена Дружбы народов Якутский государственный университет им.М.К. Аммосова'

Защита состоится "ZJ " 1996 г. в m часов на

заседании специализированного Совета К 003.43.01 Института физико-технических проблем Севера ЯНЦ СО РАН по адресу: 677891, г.Якутск, ул.Октябрьская, 1.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ИФГПС ЯНЦ СО РАН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук.

Н.П.Болотина

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изготовление и эксплуатация металлоконструкций и техники не обходятся без применения различных видов обработки материалов. В'большинстве случаев разрушение элементов машин и металлоконструкций связано с технологическими или возникшими во время эксплуатации дефектами в виде трещин. непроваров, пор и т.д., являющихся концентраторами напряжений. При этом многие разрушения начинаются на участке перегрева зоны термического влияния (ЗТВ) неразъемных соединений^

В реальных условиях разрушению всегда предшествуют пластические деформации у концентраторов напряжений, приводящие к субкритическому росту трещин. В то же время пластическая деформация является процессом, зависящим от структуры.

Задача повышения долговечности и надежности машин и металлоконструкций включает вопросы создания новых перспективных материалов, выбора и улучшения свойств имеющегося материала,-обеспечения равнопрочности и одинакового сопротивления хрупкому разрушению неразъёмного соединения и основного материала.

В настоящее время остро стоит проблема повышейшпэксплуа-тационной прочности неразъемных соединений с учетом формирования в них структуры. Таким образом, актуально исследование структурообразования и свойств металла ЗТВ с учетом локального деформирования в области разрушения'. Решение данной проблемы рассмотрено в диссертационной работе. Работа выполнялась в рамках НИР 1. И. 1.9, 1.11.5.2 (Ш Гос. per. 01.86.0075016, 01900035499).

Цель работы. Исследование влияния термодеформационного цикла сварки (ТДЦС) на структуру и свойства низколегированных сталей и разработка требования к выбору*оптимального состава структуры при создании неразъемных соединений.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- изучить кинетику превращения аустенита на участке перегрева ЗТВ низколегированных сталей;

- выявить влияние структурных превращений на формирование напряжений в условиях непрерывного охлаждения;

- установить особенности локального деформирования структурных составляющих низколегированных сталей и оценить изменение долговечности образцов различного структурного состава от уровня циклического нагружения;

- установить зависимость между структурным составов и механическими свойствами участка перегрева- ЗТВ низколегированных сталей;

- на основании полученных результатов установить допустимые количественные соотношения структурных составляющих на участке перегрева ЗГВ, обеспечивающих оптимальные прочностные и пластичные свойства металла нерзъемных соединений.

Научная новизна. Развиты материаловедческие основы выбора оптимальной структуры металла околошовной зоны неразъемных соединений из низколегированных конструкционных сталей для обеспечения их необходимой пластичности и прочности, включающие следующие новые результаты:

- исследованы особенности анизотермического распада аус-тенита на участке перегрева металла зоны термического влияния неразъемных соединений из низколегированных сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, Б1600 и наплавленного порошковой проволокой ОК ТиЬгой 14.03 металла. При этом впервые получены термокинетические диаграммы анизотермического распада аустенита сталей 20ХГ. 20НГМФ и порошковой проволоки ОК ТиЫсй 14.03;

- построены диаграммы комплекса механических свойств для сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, БгбОО, металла шва, наплавленного порошковой проволокой ОК ТиЬгой 14.03. Установлено, что при содержании мартенсита в структуре исследованных сталей до 50% прочность металла перегрева исследованных сталей повышается до 1,88 раза, твердость - до 1,6 раза, а значение относительного сужения уменьшается до 1,5 раза;

- определен уровень временных и остаточных напряжений в зависимости от количественного состава формирующейся структуры. Получены зависимости значений временных напряжений во время структурных превращений в процессе охлаждения и остаточных напряжений после остывания образцов от количественного соотношения структурных составляющих бейнита и мартенсита в сталях 20НГМФ, 20ХГ, 31600;.

- установлен характер локального деформирования структуры

- 2 -

на уровне зерна. Показано, что ферритвые выделения по границам зерен облегчают локальное деформирование, являясь мягкой прослойкой. При этом деформирование бейнитной структуры протекает при. взаимном смещении игл бейнита;

- построены зависимости локальных пластических деформаций от разрушающего напряжения по ослабленному нетто сечению образцов с концентратором напряжений в виде трещины и от количественного содержания мартенсита ( 30% и 50% );

- выявлен характер разрушения при содержании мартенсита в структуре 30 к 50%. Определена их долговечность при различных уровнях циклического нагружения.

Достоверность полученных результатов обеспечивается, применением существующих опробированных методик, в т.ч. дилатометрического метода с точностью 7-10%, металлографического анализа с точностью 5-10%, метода жесткого закрепления образцов при имитации ТЦС с точностью 10%, меч да координатных сеток с точностью 10-15%.

Практическая ценность. Полученные результаты комплексного экспериментального исследования позволяют определить допустимые диапазоны скоростей охлаждения для сталей 10ХСНД, 20ХГ, 20НГМФ, St600 и наплавленного металла и выбрать оптимальные технологические параметры обработки низколегированных сталей для получения неразъемных соединений с оптимальными свойствами, обеспечивающими долговечность и надежность ответственных металлоконструкций.

Апробация работы. Основные результаты диссертациооной работы представлялись на двух Международных конференциях: в октябре 1991 г. "Трещины в сварных соединениях" (г.Братислава), в сентябре 1995 г. "Сварные конструкции" (г.Киев).

Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях и 4-х технических отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, изложенных на 182 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 9 таблиц, списка литературы (112 наименований) и приложения.

Во введении дана краткая характеристика работы обосновывается актуальность темы. Сформулирована основная цель прово- 3 -

димых работ.

Первая глава содержит обзор работ, связанных с изучением кинетики распада аустенита, влияния структуры на свойства сталей, связи структурных уровней в развитии пластической деформации и возможностью их изучения экспериментальными методами, существующими на сегодняшний день.

Во второй главе, исходя из поставленных задач, обоснован выбор материалов для исследования, описаны типы использованных образцов и методика исследования кинетики распада аустенита в зоне перегрева ЗТВ. В качестве исследуемых материалов выбраны низколегированные конструкционные стали 10ХСНД. 20НГМФ, 20ХГ, 31600, предназначенные для изготовления различных конструкций и наплавленный порошковой проволокой ОК ТиЬгос! 14.03 металл.

В третьей главе описано поведение низколегированных сталей при термодеформационных циклах.

Четвертая глава посвящена изучению механических свойств участка перегрева ЗТВ низколегированных сталей.

В пятой главе описывается локальное деформирование различного состава структуры и долговечность.

•В заключении приводятся выводы и результаты исследования по поставленным задачам.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,, ,

2.1. Анализ состояния вопроса и задачи исследования

К локальной обработке конструкционных материалов концентрированными источниками тепла относятся такие виды технологий как сварка, резка, наплавка и напыление, нашедшие широкое применение в машиностроении, строительстве и т.д.

В работах М. X. Шоршорова, Б. С. Касаткина, А. П. Гуляева, В. Ф. Грабина, В. П. Ларионова и других исследователей показано, что структурные превращения аустенита в процессе непрерывного охлаждения при сварке являются одним из главных факторов. приводящих к возникновению холодных трещин, которые яв-

ляются концентраторами напряжений и ведут к разрушениям. Особенно неблагоприятные закалочные структуры образуются на участке перегрева зоны термического влияния, где наблюдается интенсивный рост зерна, высокотемпературная химическая микронеоднородность, высокий уровень напряжений, повышенное содержание водорода и большие скорости охлаждения. Поэтому процесс разрушения начинается преимущественно на этом участке сварного соединения. Однако исследований особенностей протекания деформирования на стадии предразрушения на участке перегрева в зависимости от типа сформировавшейся в результате распада аусте-нита структуры не проведено.

■ Применительно к изучению кинетики распада аустенита пока-з'аны преимущества и недостатки существующих методов изотермических и термокинетических диаграмм на основе анализа работ М. X. Шоршорова, В. Т. Черепина, В. Ф. Грабина, В. Г.Васильева. П. Зайффарта, В. Г. Пермякова, Л. Е. Поповой, И. Тамуры, М. Аткинса, А. Кульмбурга, Н. Ламберта..

Напряжения и деформации, имеющие место при термодеформационных циклах вызывают образование микротрещин, инициирующих разрушение.

В реальных условиях разрушению всегда предшествуют пластические деформации у концентраторов напряжений (трещин, надрезов, металлургических дефектов и др.). Впервые решающая роль пластической деформации в процессе разрушения материала рассмотрена А. В. Степановым, что затем многократно подтверждалось экспериментально. В работах В. С. Ивановой. В. И. Владимирова, А. Я. Красовского, Ю. Я. Мешкова, В. Е. Панина и др. описывается взаимосвязь и взаимовлияние процесса пластической деформации на различных структурных уровнях, начиная от микроуровня (уровня вакансии, атома) и, кончая макроуровнем (уровнем образца). Но описание локальных деформаций при статическом и усталостном нагружениях на уровне зерен различных структур, формирующихся в результате термодеформационных циклов, не проводилось.

В работах В. И. Махненко, В. А. Кархина, К. М. Гатовско-го, В. Н. Земзина и других оценено влияние структурных превращений на распределение временных и остаточных сварочных напряжений, но не уточнен уровень остаточных напряжений в зависи-

- 5 -

мости от процентного соотношения бейнита или мартенсита при -определенных термических циклах сварки.

Дилатометрический метод и основанный на нем методический подход построения диаграмм анизотермического распада аустенита (диаграмм АРА) позволяет наиболее точно определять температуры превращения аустенита в зоне термического влияния сварки, устанавливать количественное соотношение продуктов распада аустенита для условий непрерывного охлаждения, характерных термическому циклу сварки. Дополняя дилатометрические исследования испытанием механических свойств образцов, на которых имитировались термические циклы, можно получить информацию для дальнейшего использования исследуемого материала. Такой подход позволяет корректно обосновать выбор наиболее подходящего материала, а также оптимизировать технологический процесс сварки.

В общем случае задача выбора оптимальной марки стали и рациональной технологии сварки основано на уменьшении содержания водорода в шве, ограничениях верхнего и нижнего уровня значений твердости и прочностных свойств металла в зоне термического влияния, и прежде всего на участке перегрева, что еще недостаточно для обеспечения надежности и долговечности сварных соединений металлоконструкций и техники. Так как при их эксплуатации наблюдаются многочисленные разрушения конструкций и простои техники.

Исходя из вышеизложенного, для материалов, в частности, сварных соединений низколегированных сталей, необходимо разработать количественные требования к структурным составляющим участка перегрева зоны термического влияния для обеспечения надежности и долговечности конструкций.

На основе анализа методов изучения распада аустенита и методов исследования локального деформирования выбраны дилатометрический метод для изучения кинетики анизотермического распада аустенита в условиях непрерывного охлаждения, соответствующих условиям сварки, и метод координатных сеток для изучения локального деформирования материала на уровне зерен.

На основе проведенного анализа сформулированы задачи исследования.

2.2.Исследование кинетики анизотермического распада аустенита

Для исследования кинетики распада аустенита в условиях непрерывного охлаждения используется дилатометрический метод в сочетании с металлографическим анализом. Результаты дилатометрических и металлографических исследований низколегированных сталей и наплавленного металла показывают следующее.

Выявлена кинетика структурных превращений на участке перегрева ЗТВ сварных соединений сталей 10ХСНД, 20ХГ, 20НГМФ, БЬбОО и металле наплавленного шва, полученного наплавкой порошковой проволокой ОК ТиЬгоб 14.03:

- в стали 10ХСНД - ферритное, перлитное, бейнитное и мар-тенситное;

- в стали 20НГМФ - ферритное, бейнитное и мартенситное;

- в стали 20ХГ - бейнитное и мартенситное;

- в стали 31600 - бейнитное и мартенситное;

- в металле шва, наплавленного порошковой проволокой ОК ТиЬго<3 14.03 - бейнитное и мартенситное.

По результатам этих исследований для сталей 10ХСНД, 20ХГ, 20НГМФ, Б1600, металла наплавленного порошковой проволокой шва ОК ТиЬгосЗ 14.03 построены термокинетические диаграммы анизо-термического распада аустенита. Причем для сталей 20ХГ и 20НГМФ термокинетические диаграммы АРА получены впервые.

Различный методологический подход проведения дилатометрических исследований и построения термокинетических диаграмм АРА подразумевает оперирование различными характеристиками процесса охлаждения. Поэтому для удобства сопоставления диаграмм АРА, полученных различными школами, построена зависимость скорости охлаждения от времени охлаждения.

2.3.Поведение низколегированных сталей при гермодеформационных циклах сварки

Структурообразование в зоне термического влияния сварных .соединений в условиях термических циклов часто связано с образованием таких дефектов, как горячие и холодные трещины. Их появление обусловлено развитием деформационных процессов

- 7 -

вследствие структурных превращений (объемных) и приводит к возникновению локальных напряжений, достаточных для зарождения и образования трещин. Поэтому дальнейшие исследования были направлены на изучение формирования временных и остаточных напряжений при ТДЦС, обуславливающих образование холодных трещин.

Исследования проводились на сталях 20ХГ, 20НГМФ и St600 в условиях, имитирующих термодеформационные сварочные циклы при жестком закреплении образцов.

Приводятся следующие результаты проведенных испытаний:

- на формирование временных напряжений в ЗТВ сварного соединения низколегированных сталей при ТДЦС в' условиях жесткого закрепления главным образом влияют кинетика превращения и химический состав аустенита;

- при анизотермическом распаде аустенита по бейнитной кинетике формируются остаточные напряжения выше, чем при распаде аустенита по бездиффузионной кинетике, но ниже чем при распаде аустенита по ферритной кинетике. В структура с 50%-ным содержанием мартенсита в стали 20НГМФ остаточное напряжение имеет значение 180 Н/мм2, а в структуре с 20%-ным содержанием мартенсита - 350 Н/мм2. В этой же стали при содержании 50% бейни-та в структуре остаточное напряжение составляет 180 Н/мм2, а при 90%-ном содержании бейнита - 500 Н/мм2. В ЗТВ стали 20ХГ при содержании мартенсита 35% остаточное напряжение равно 200 Н/мм2, а при 20% мартенсита значение остаточного напряжения увеличивется до 370 Н/мм2. При содержании в структуре 65% бейнита остаточное напряжение имеет значение 220 Н/мм2, а при 100% бейнита в структуре - 540 Н/мм2. В случае стали St600: при 40% мартенсита, 60% бейнита значение остаточного напряжения составляет 300 Н/мм2, а при 5% мартенсита увеличивается до 420 Н/мм2. В полностью бейнитной структуре остаточное напряжение увеличивается до 470 Н/мм2;

- при распаде аустенита по мартенситной кинетике из-за резкого увеличения объема происходит релаксация напряжений, что влияет на значения остаточных напряжений. Чем больше релаксация напряжений при аустенитно-мартенситном превращении, тем меньше значения остаточных напряжений. Формирование структуры по бездиффузионной кинетике приводит к локальным пласги-

- 8 -

ческим деформациям в микрообъемах, что способствует ослаблению межатомных связей и в последующем возникновению микротрещин;

- ввод тепла при сопутствующем подогреве изменяет формирование структуры в сторону бейнитных превращений. Такой квазиизотермический процесс распада аустенита в области бейнитно-го превращения приводит к улучшению свойств металла - к уменьшению твердости, упрочнения, повышению пластичности. Поэтому целесообразно с целью предупреждения образования микротрещин в ЗТВ сварных соединений низколегированных сталей применять технологический вариант сварки с сопутствующим подогревом в процессе охлаждения.

2.4.Механические свойства зоны термического влияния низколегированных сталей

Каждая диаграмма АРА с целью дальнейшего использования данных для оценки практической пригодности материала в производстве дополняется диаграммой механических свойств. Описывается методика определения механических свойств и приводятся типы образцов для испытаний.

В результате проведенных экспериментов для низколегированных сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, БгбОО и наплавленного металла построены диаграммы комплекса механических характеристик.

Анализ полученных результатов показывает, что уменьшение времени охлаждения образцов от 850 до 500°С при термическом цикле сварки приводит к значительному повышению твердости НУ, предела прочности б„ и предела текучести б0 2, а также к снижению показателей пластичности V, §" ЗТВ соединений сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, 31600, металла шва, наплавленного порошковой проволокой ОК ТиЬго(3 14.03. При содержании мартенсита в структуре 50% прочность металла перегрева исследованных сталей повышается до 1,88 раза, твердость - до 1,6 раза, а значение относительного сужения уменьшается до 1,5 раза.

2.5.Локальное деформирование структуры на уровне зерна

В реальных телах область предразрушения окружена зоной пластически деформированного материала. Величина и интенсивность деформаций 'определяют характер разрушения. При этом энергия, затрачиваемая на разрушение, почти полностью состоит из энергии, диссипированной в пластической области, и лишь ми-нимальня доля ее расходуется на разрыв межатомных связей. Поэтому исследование пластической деформации в окрестности трещин имеет большое значение для описания процесса.

Проведено экспериментальное изучение характера протекания пластической деформации в пределах зерен в образцах из низколегированных сталей 10ХСНД и 20НГМФ. Для этой цели применена разновидность координатной сетки с использованием в качестве узлов сетки отпечатков алмазной пирамидки микротвердомера. Отличие от ранее использованных сеток состоит в том, что в данной работе сетка содержала значительное количество ячеек (до 171) и наносилась на протравленную поверхность образца.

А также данная разновидность метода координатных сеток отличается от методов, требующих нанесения какого-либо агента (фотосетки, накатанные или напыленные сетки), износоустойчивостью. Сетка сохраняется при низких и высоких температурах. Кроме того, в процессе нагружения можно одновременно следить за изменением микроструктуры и развитием локальной пластической деформации на поверхности образца.

После нанесения на структуру координатной сетки измерялись диагонали каждой отдельной ячейки сетки. Затем образцы растягивались одноосно в несколько ступеней на нагружающей установке. После каждого растяжения измерялись диаметры ячеек. Координатная сетка или участки координатной сетки фиксировались фотографированием в начальном состоянии и после каждого растяжения. При этом вычислялись относительные деформации каждой ячейки:

Исследовались образцы с концентраторами напряжений следующего структурного состава:

- из стали 10ХСНД: 30%Ф+70%Б; 20%Ф+70%Б+10%М;

- из стали 20НГМФ: 70%Б+30%М; 50%Б+50%М.

Из диаграмм растяжения образцов из стали 20НГМФ определя-

- 10 -

лось номинальное разрушающее напряжение по ослабленному (нетто) сечению без учета докритического подрастания трещины:

Sc0 = [P0/(b-l)t]x[l+31/fb-l>], где t - толщина образца;

1 - длина трещины с концентратором; b - ширина образца;

Р0 - максимальная нагрузка на диаграмме "P-V".

Также вычисляли раскрытие трещины:

ff -Vln-1.

где 1п - расстояние между отметками на 1/2 длины трещины после n-ного растяжения;

In.! - это же расстояние до n-ного растяжения.

По формуле Sp=ln(l/(1-Y)) определили значения пластической деформации в области концентратора.

На базе 20 мм определили условную пластическую деформацию:

усппл= 1-1,/1«, х 100%.

По полученным данным построены следующие зависимости:

- «со-Ив") ;

- «co«f< £услпл);

- вр-fC S" );

8p=f(t850/500 ) .

Выполнен анализ характера развития пластической деформации и разрушения по фотографиям деформированных участков координатной сетки, нанесенных на образцах, содержащих 30% и 50% мартенсита.

Приведены результаты испытаний на долговечность при различных уровнях циклического нагружения образцов, содержащих в структурном составе 30% и 50% мартенсита.

Полученные результаты позволили показать, что локальная пластическая деформация в зоне разрушения рапределяется весьма неравномерно. Установлено, что локальная деформация может значительно (на порядок) превышать значения общей деформации образца. Причем показано, что феррит облегчает деформирование, являясь "мягкой" прослойкой между зернами. А деформирование

- 11 -

бейнитной структуры может протекать при взаимном смещении игл бейнита. Выявлено, что с увеличением содержания мартенсита в структуре с одновременным ее упрочнением значение локальной пластической деформации в зоне разрушения уменьшается, что предопределяет хрупкий характер разрушения закалочных структур.

Определен допустимый интервал значения пластической деформации в области концентратора 6р для сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, St600. Выявлено, что большее содержание в них углерода уменьшает диапазон допустимых значений Ср.

Установлено, что долговечность материала при содержании мартенсита в структуре 50%, при значениях циклической нагрузки б >650 МПа ниже по сравнению с долговечностью материала со структурой, содержащей 30% мартенсита. Так как при 750 МПа долговечность структуры с 30% составляет 105 циклов, а долговечность структуры с 50% мартенсита составляет 0,8x1О5 циклов. А ниже 650 МПа долговечность структуры, содержащей 30% мартенсита, меньше, чем долговечность структуры с 50% мартенсита. Это объясняется тем, что при меньших содержаниях мартенсита в структуре локальные субструктурные повреждения накапливаются в меньшей степени, ■ чем при большем содержании мартенсита.

Анализ полученных результатов показывает, что ранее принятые требования к выбору оптимальных диапазонов скоростей охлаждения не обеспечивают оптимальной надежности и долговечности конструкций, при изготовлении которых применяются различные виды термообработки. Поэтому рекомендуется ограничить содержание мартенсита в структуре металла зоны термического влияния неразъемных соединений из низколегированных сталей феррит-но.-перлитного и бейнитного класса до 30%.

С учетом полученных результатов установлены допустимые интервалы скоростей охлаждения:

- для стали 10ХСНД w0=3,5..,55°С/с (t850/S00=43...6 с);- для стали 20НГМФ w0=3... 19 °С/с (t850/5oo=45-•-22

- для стали 20ХГ w0=2,5...10 °С/с (t850/500=47...20 с);

- для стали St600 vf0=l...27 °С/с (t850/500=100.. .7 с);

- для металла шва, наплавленного порошковой проволокой w0=l... 20 °С/с (t850/500=100...10 с).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1'. Установлена особенности кинетики структурных превращений на участке перегрева ЗТВ сварных соединений сталей 10ХСНД, 20ХГ, 20НГМФ, Б1600 и металле шва. полученного наплавкой порошковой проволокой ОК ТиЬгосЗ 14.03. -

При этом впервые получены диаграммы анизотермического распада аустенита для сталей 20ХГ, 20НГМФ и для металла наплавленного шва порошковой проволокой ОК ТиЬгос! 14.03.

2. Построены диаграммы комплекса механических свойств для сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, 31600, металла шва, наплавленного порошковой проволокой ОК ТиЬгос! 14.03. Установлено, что при содержании мартенсита в структуре до 50% прочность металла перегрева исследованных сталей повышается до 1,88 раза, твердость - до 1,6 раза, а значение относительного сужения уменьшается до 1,5 раза.

3. Показано, что при ТДЦС в ЗТВ низколегированных сталей в процессе анизотермического распада аустенита по бейнитной кинетике формируются остаточные напряжения выше, чем при распаде аустенита по бездиффузионной кинетике, но ниже чем при распаде аустенита по ферритной кинетике. При содержании мартенсита 40-50% остаточные напряжения в 1,6-1,9 раза меньше, чем остаточные напряжения при полностью бейнитной структуре.

Низкие значения остаточных напряжений в результате формирования структуры по бездиффузионной кинетике можно объяснить возникновением локальных пластических деформаций в микрообъемах высокопрочной мартенситной структуры.

4. Выявлено, что относительная пластическая деформация элементарной ячейки (0,04...0,1 мм) распределяется весьма неравномерно. Наблюдается как растягивающие, так и сжимающие деформации. Значение относительной пластической деформации элементарной ячейки (уровень зерна) может превышать значения общей деформации образца (макроуровень) до 10 раз. Феррит облегчает деформирование, являясь "мягкой" прослойкой между зернами. А деформирование бейнитной структуры может протекать при взаимном смещении игл бейнита.

5. Показано, что в структуре, содержащей 30% мартенсита.

при наличии концентратора напряжений в виде трещины, значение разрушающего напряжения по ослабленному нетто сечению выше, чем при содержании мартенсита в структуре 50% при значениях раскрытия трещины б>0,003. При количестве мартенсита 50% магистральная трещина развивается, не распадаясь на микротреши-ны, что способствует продвижению магистральной трещины без развития зоны пластического деформирования. А также установлено, что при содержании мартенсита в структуре 50% долговечность материала ниже при значениях циклической нагрузки б>650 МПа, чем при содержании мартенсита в структуре 30%.

В связи с этим, для изготовления и ремонта ответственных конструкций, где применяются различные виды обработки, рекомендуется ограничить содержание мартенсита в зоне термического влияния до 30%.

6. На основе экспериментальных данных определена взаимосвязь значений времени охлаждения от 850 до 500°С t850/500 и скорости охлаждения от 600 до 500°С w0. А также показано, что для получения структуры с большим содержанием бейнита и улучшения свойств ЗТВ низколегированных сталей целесообразно применять кратковременный сопутствующий подогрев в процессе охлаждения.

7. На основе анализа диаграмм АРА, диаграмм механических характеристик сталей 1ОХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, St600 и с учетом полученных результатов по локальному деформированию определены оптимальные диапазоны скоростей охлаждения, которые составляют:

- для стали 1ОХСНД w0 =3, 5...55°С/с (t850/500=43...6 с);

- для стали 20НГМФ w0=3. ..19 °С/с (t850/500=45...22 с);

- для стали 20ХГ w0=2,5. ..10 °С/с (t850/500=47...22 с);

- для стали St600 w0=l...27 °с/с (t850/500=100...10 с);

- для металла шва, наплавленного порошковой проволокой

w0=l...20 °С/с (t850/50o=100...10 с).

В диапазоне оптимальных скоростей охлаждения интервалы значения пластической деформации следующие:

- О, 5...О,65 для стали 1ОХСНД;

- О,55...О,57 для стали 20НГМФ;

- О, 6. ..0.62 для стали 20ХГ;

- 0.65...О,72 ДЛЯ стали St600.

- 14 -

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Федотова М.А., Аммосов А.П. Пластическое микродеформирование зоны перегрева сварного соединения в области концентратора. //VII научно-практ. конфер. молодых ученых и специалистов. : Тез. докл. - Якутск: ЦНТИ, 1989. - с. 56.

2. Ларионов В.П., Аммосов А.П., Федотова М.А., Васильев В.Г. Выбор режима ручной дуговой сварки балки рукояти экскаватора ЭКГ-12,5./ Деп. в ВИНИТИ 21.04.88 - N 3062-1388. Реф. Автомат, сварка,.1988, N8. - с. 43.

3. Федотова М.А., Аммосов А.П., Васильев В.Г. Склонность зоны перегрева сварного соединения стали 10ХСНД к пластическому локальному деформированию. - Автомат, сварка, 1988. N8. -с.71-72.

4. Аммосов А.П., Федотова М. А. Особенности микродеформирования структурных составляющих в области концентратора. - Трещины в сварных соединениях. 8-10.07.1991. Tlac: Poligraph Service, Bratislava, prevadzka с.2. - с.79-82.

5. П.Запффарт. X.-Г.Гросс. В.А.Довженко, В.Г.Васильев, А.П.Аммосов, М.А.Федотова, В.П.Ларионов. Структурные превращения и свойства металла ЗТВ сварных соединений стали 10ХСНД. Автомат, сварка, 1991, N8 (461), с.12-16.

6. Федотова М.А., Аммосов А.П., Ларионов В.П., Зайффарт П., Гросс X.-Г., Фишер Л., Мраз Л. Структурные превращения и свойства материалов при сварке. - Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1991. - 25 с.

7. Федотова М.А.. Аммосов А.П., Ларионов В.П. Локальное пластическое деформирование низколегированных сталей. -"Сварные конструкции". Киев, 18-22.09.1995, с.37.

СТРУКТУРА РАБОТЫ

Определение структуры и механических шйатв в sohl

ТЕРМИЧЕСКОГО влияния НИгКОЛЕГИРОЬЛННЫХ СТАЛЕЙ

тд

^WQ/SWC

•t85O/SQ0.C

Формирование напряжений при ИЗМЕНЕНИИ

СТРУКТУРНОГО СОСТАВА

\ ^ост IV °ост

~ VC Б, У. М,7.

Локальное деформирование и долговечность

СТРУКТУР РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА в.

-V

«пл iwu/эии

РЕКОМЕ Н ДАДМ И ДЛЯ СОЗДАНИЯ РАВНОПРОЧНЫХ НЕРАЗЪЕМНЫХ" СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ