автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние термической обработки на внутренние напряжения и работоспособность сварных конструкций из листов алюминиевого сплава 1420

, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ш ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ , Московский государственный авиационный технологический 1; и университет им.К.Э.Циолковского

На правах рукописи Экз.И_

МАМОНОВ Игорь Михайлович

УДК 669.715:621.705.707

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ВНУТРЕННИЕ-НАПРЯЖЕНИЯ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЛИСТОВ АЛШИНИЕВОГО СПЛАВА 1420

Специальность 05.10.01 "Мэтадловэденке и термическая обработка цеталлоа"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1Й94.

Работа выполнена на кафедрах "Обцетехническиэ дисциплины" I "Метадлогедение л технология термической обработки" косковскоп государственного авиационного технологического университета имени К. Э. Цислковского.

Изучите руководители - профессор, доктор технических нау!

Официальные сшхогенты

| ГаЗидулшгн Р.М.

чрс$ессзр, доктор технических нау; йлъин А.А.

- доктор технических наук Седороз В.М. (ЬИЛС), кандидат техн*1ческих наук Ликин В.Л. (ВИАМ)

3едущее предприятие указано в решении Ученого Соврта

Защита диссертации состоится 1094 годе 9 _

часов ьа заседании специализированного совета К 033.66.04 'I ьршуидеаип ученой степени кандидата технических наук в обдасэ металловедения и обработки металлов давлением в Московском год дарственном авиационном технологическом университете кмег К.Э.Циолковского во адресу: 103767, Москва К-31, Петровка, 21 1ЙТИ.

Отзывы в одном экаемшшре (заверенном печатью) просим'шел; по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет, Автореферат разослан"_" _ 1394 года.

Ученый секретарь Совета кандидат технических наук

В.С.Соколов

ОБЩАЯ ШКТЕИНЯИКЬ РАБОТЫ

¿кт-уальность проблема.

В настоящее время шпшнзево-литиевне сплазк находят всэ >олэе широкое иышпенио з самолетостроении. Елагодарч повышенной .'дельной прочности п тесткости эта сплава входят в число наиболее :ерспектиших материалов при изготовлении деталей летательша аппаратов. Термически упрочняемый слшиниево-литиевый сплад 1420 :ороао дефоржруется и сваривается, в настоящее гремя разработана тсржлескоа обработки атого сплава, обесгечжвав^кэ юлученио внсокого комплекса свойств, однако лримевенио даняш: эегзмов» являющихся оптимальными для сплава, в тохлологаческс;-* 1роцэссе получения я обработки свэрнкх конструкций по Бсегд~ меспочивго? им высокий уровень эксплуатационных свойств, тек кег-с эазотоспособпость реэлышх конструкция определяется не только .зтрутстуроя и кохзническими свойствами сплава, но и рядом технологических факторов на стадии изготовления конструкций,

одним из таких факторов являются внутренние нанрях^ш:лг ■ эознлклгдие ня различных технологических стадиях а этапам» ^гязакьж с термическим воздействием (при сварке и гер?.;о-ззработке). внутренние напряжения когут приводить к погодкая ~ ;;орсблок2як сварной конструкции, а такге снижать их работоспособность лрп эксплуатации.

Для регулирования уровня внутренних напряжения на различна зталаг тегнологкчезкого процесса необходимо установить закономерность ег гозникновеняя при различных видах терничоекагс воздействия. для этого ксполъзуат экспериментальные з расчетные аетода. суцествупщв зкеперны&нталышв метода весьма много-гзразни. Однако они достаточно трудоемки я позволяй .лниь конгролиризагь уровень остатотнщ напряжений. в та пэ 'время , расчоглпь катода обладав? богьо всрохвка зозхсшюсгякк, так как позволяю;- прогпознрезагь урээзнь как сст5-точннхс так з ■грзмептшз: явутрзвнЕ: иапрагвнкя г зазнсигостп от уставай гзршчоггееге воздействия. к току жэ расчетные кетода сусэставнно' ззлагчаэт поиск оптниальше технологически схе.ч получзеня н озрззоггл пояуфаврлвагов к испа'рпп^п,.

все Енгтаз^озеннсэ гоквзяйвг, таз зробхзна течовззпая

закономерностей возникновения внутренних напряжений в сварных листовых соединениях из алюминиевого сплаве 1420 при термическом воздействии является актуальной.

цель настоящей работы состояла в исследованы закономерности,! формирования уровня внутренних напряжений в сварных листовых соединениях при различных видах термического воздействия и разработка на осло-о установленных закономерностей рекомендаций по совер^оЕствовьнив технология термической обработки сварных конструкций из листов с плаве 1<*20, обеспечивающих повышение работоспособности готовых ко^струуий.

гда достижения поете.венкой цел необходимо было решить следующие конкретные задачи.

1- разработать м^темэтгчьскуо модель, описывающую процесс Формировали термонапряжеезо^о состояния листовых полуфабрикатов из сплава 1420 при различных видах термического воздействия и учитывающую исходное структурное состояние материала и фазовые гревращенЕя. составить компьютерную программу расчета температурит "олея. деформаций и напряжений.

г. с использованием разработанной модели исследовать закономерности формирования временных и остаточных напряжений в сварных листовых соединениях из сплава 1420 при различных тезлологических процессах, связанных с термическим воздействием, и, в частности, при термичекой обработке.

3. исследовать процессы релаксации напряжений в сплаве 1420 и установить зависимости параметров процесса релаксации от исходного структурного состояния материала и температуры.

4. на основании выявленных закономерностей разработать црактическиэ рекомендации по совершенствованию технологии термической обработки сварных конструкций из листов сплава 1420.

Научная новизна работа

1. Разработана математическая модель, описыващан формирование температурных полей, рреыенных и остаточных деформаций ' и напряжений в полуфабрикатах типа листов и плит при различных видах термического' воздействия и учитывающая изменение фазового состава и структуры. Показано, что разработанная модель адекватно 4

эписнзаз? тврмоЕапрягонзоз соетоянйэ0 фориирэтдвбса в процесса зварет и тармгсеской обработки сзяряых соэданешш нз дксгсз шлам 1420.

2. уманошшны законоыэрностн влняння исгодаого фазового юстевз а структура на фэрмкрозаннз ?вр;»онапряззвного состояния в фоцэссэ т-ешгературнж цшслоз термкчзскоя озрзботкя п сваркз а ¡сказана опрвдэлящая роль зазнсякоста предала тзкучэсзэ о? хзодной отругстарн э фсрдарованзЕ уровня остагсчвнг напрягэнкй з ■ гарном лксяоэои соедананЕн нз сплава изо.

3 о для сплава 1420 опрадалэки ыатвиатачвскиа завгсггкосга яраиэчрров ролаксацяя о? тэнпераяурн пря различной "ксгоднса ■трувдф®; для .различает ксжодннг счрукжурнзп состояний псстроэяа рэжиернкэ дяогргша гекпера'гурной рзлаксащн напряа$нпй з сордннзтаг "уровэнь напряЕэнжй - теипзрагура - врзкя вадврккн".

4о Установлена законскврносгя влияния тэЕШвратурноя ралаксз-ш напряазшй на формнрсванкв напряя®вно-де®орЕшровашого эстояння сварнет: лзстовнж соединений га сплава 1420 пря таркж-зской обработка, показано,, что неоднородный характер релаксанта . сяаяочииь: напрянанш в процэссэ терисобработкн обуаэдзлзн зздкчяоя струхгедрой з разкжс зояаз сварного соэденэнел„

5. показано,, что в сплаве 1420 прн тарг.тэскоы шадзйстанз ровань внэтрэнжг вапрязеняй в основной оадсловвзя етрютэскоа ютавляащэй иаяронепразеннй,, так как кз-за хорошего рдамарно-¡руктщяого ссответстаяя кристашшвскет рзшэжш б'-§ази к -таордого раствора вклад струкетрнж напрягший в еоркзрозанкэ гсБня зрэкэннш: в остаточннг яацрязэннй г в и рода

Щтатесш шатают работа

1. составлана программа расчета температур, кг;, формацзя в лнсговкг полуфабрккагаг кз сплава 1420 щп разлгчнкг дах термического воздеасгвая. програька позволяет? рассчяш-игь параметры напрягЕвнно-дефоршрозашого соетояння з течзякэ кперавдрзнх цяклоз термической. обработка н сварки с учетом ршгурного состояния материала н текпэратурнет зависимостей шккЗЗезнчэсхшс н кагаяяческиг свойств. а такш тепловых ж ьешнж аффектов ©азових превращений.

2. определен уровень БрэквНЕШ^ н о,катеш1 иапряиэнн®,

возникэюсщх при термической обработка полуфабрикатов из сплава 1420 б зависиыоетг от их характеристического размера и типа охлалдаздей среда, определен« тс мл эр а турно-вре;.: о :шыэ параметра охлаздощей способности различных сред.

3. Установлено, что при толщине листов до 5 ш старение поред сзьркой по режиму 170°с - з чзсо снихаот остаточные напря<гения в сварном соединении =» в 1.5 раза.

А. Показано, что при тержческой обработет сварных конструкщя из листов сплава iízq целесообразно снизать температуру ьагрэва иод ьчкалку до 42СРС с одновременна.' уселпеЕием времени выдсра^си не 5 минут, что позволяет устранить структурную неоднородность грз сохранении уровня остаточных папрялелип, не превышающего г?данного значения.

5. По результам исследований разработаны практические рекомендации, использование в В1Ше дан совзрсенствовазип технологии термической обработга сварных конструкций из листов сплава 1420, что позволило повысить работоспособность конструкций в 1.3+5-5 раза.

¿дробшш ргботи

Материалы диссертации доложены на 5 научно—технических конференциях, экспонировались на научно-техшгчоской выставке.

Су&шшзшв

основное содержание диссертационной работы спублгковано' в 7 работах.

Састстура и обьем диссертанта

диссертация состоит из введения, пяти глав» общих выводов по работе, списка использованной литературы из 145 наишневааий. Кзлогэпа на 170 страницах машинописного текста, содоргит 65 рисунков и 20 таблиц.

СОЛЕРШЕ РШШ Глава £. Состояние вопроса

в главе обобщены Данные ой алшишево-литиввнх сплавах.

?ассь!0¥ртмга вопросу применения алтззаево-латиовых сплавов э 1рогзЕодстве деталей авиационной тэхникл.

Рассмотрены особенности структура . алшиниэво-литиевых задавав, приведены шещиеся данные о фазовом составе сплавов ранней системы. Рассмотрен:.,' особенности структуры и свойств зплава 1420. приведены данные о теоретических основах термической ¡бработкн согэЕа. Отмечено, что для получения оптимального сошлэкеа механических свойств листовых' полуфабрикатов фиыенлется термическая обработка по резшму: злкал::а 4?0°С + [скусс^венноэ ' старение 120°с - 5 часов, показаны ьзханизма иротненпл в процессе закалки я искусственного старения„ »ассмотрзна роль <5'-фззн в упрочнении лрн старении»

Дан анализ существующих регэ.юв термической обработки :варшс листовых соединения из сплава 1420. ирзьедаш параглетра "азлкчних рекамсв п их обоснование. показано, что при разработав занята реламов не учитывалось термонопряганноэ ' состояние оедззенм в процессе сверю! а термической обработки, а такгэ ровэвь остаточных напряжений, имеицюс место после окончания ззрки ь термообработки, сделан еывод о необходимое«! проведения сслздоганий влияния изменения фазового состава и структура па а закономерности формирования внутренних напряжений в сварных истов: к соединениях кз сплава 1420 для сеиеэнзя уровня статочшгк ноьрпзюний в сварных конструкциях и повышения ПК абэтоспссебностя.

Рассмотрены сущестаущие кетоди исследования внутренних ппрлгений в деталях к полуфабрикатах, приведены данные о аиболее эффективных экспериментальных котодах измерения

сгаточнк: напряжений, показаны преимущества рентгенографического ■> - '

аособа езкореннй перед другими. Дан анализ развитая метадоз воретичеекого исследования тер&онапрягенного состояния деталей я элуфабргкатов. показано преимущества численнкх методов и описаны СН0ВЗК8 прннцгпн их использования.

Сформулирована цель работа я задачк, которые необходимо мыть дал ее досткйзнея. .

. йзва 2. Объекты э ••ятоди асшвовакиа исследования проводили не образцах» вырезанных из листов иава 1420„ получений по промышленной технологии, толщиной о? 1

до б ын. послз прокатан вез лестл прешла термообработку по рэшйу: закалка 450°с + сгарешге 120°с - 5ч. из листов вырезала ■ пряиоуголькнв пластана размером 100x200 км. •шюсжен подвергала различным резинам тершческо® сбрзбоздш. посла &;-ого пласта® сварзшгпз аргонно-дуговоа автоматической сваркой по стаэдаржаг резинам, принятым для ластов соогвзтсгаукцза толщнва. сварку шшстнн проводалн зстык по дпезенм сторонам с прэлварзгедьЕоа вачжстков кроиок к без зачистки. полученные сваржге сооданелня ' подвертели различным решшаы термической озрабоетск.

мризческув обработку пластал (исходов листов) н подучэшзгз: снарЕмз соединений проведан в алокгролечаг с зоодкезег: ажосферой е в селитровых ваннах„

в качестве охлеэдапцдх сред прн закалке использовали воздаг е воду при температура 20+25°с.

при тариическоа обработке сварных соединенна варьнроваш сочетания закалки н искусственного старения, закалку проводалн с различных температур в интервале 400°С<-45СРС. изменяла длительность изотермической выдержи при закалке, тенпературу искусственного старения варьировали в ннтарвалз 120°с+170°с!) а Ерзая ввдершш при стара нее - от з до 5 часов.

Макроструктуру есходшлс листов н сваршш соэданэнаа ксслэдозали с поыощьэ опткчэского инкроскопа иМасрЬо4-2я Еры • увеличениях до 500 кра® в с помощью елекяровзого микроскопа "эз'-640в пря увеличении до 35000 крат.

исследование ■ поркстосэдг сварных соединенна проводим с ЕОЭДЫЭ оптического ЮЩКХЖОПа яЕр1спо«1*:и.

шханкческие нсютання образцов проводок на кеежкв рр-юо. испнтааня проводалн на плоски образцах согласно гост 1497-64. определяли уешвний предал гекучесск (ег^Ур в^ркенное сопротавдвнке разрмву )» относительное удлиненна (б).

испытания на усталость проводил на неявно ЦД-40 оборудо-

ксюташя образцов на ншфотвердосчъ проводалн ' на приборе шт-з.

экешршегащьнмэ исследования остаточных напряденйй I рода проводалн на .рэнетеножжоа установке "Отрешрэкс™ с шчсоматнчзсюа ойразогкой результатов съемки. \ .•

исследования осгагочниг напрявенжй 11 рода г параметра

«сталлической решетки проводили рентгеновски/ методом на Фрактометре дрон-з. съемку дифрактограмм проводили з йальгро-нном Ка-медном излучении.

испытания на релаксацию напряжений проводили на кольцевые разцах по методу одинга, величину снижения напрягензй редэляли по разности деформаций после изотермической выдержки зличной продолжительности.

Теоретическое исследование термснапрягенного состояния годных листов ж сварного соединения проводила ыеюдакз' елейного анализа с использованием основных уравнений теорий илопередачи„ термоупругости и термопластичноста. Расчет лгературних полей» деформаций и напряжений по составленной-эграмме проводили на ЭВМ типа рс дт-286.

5ва 3. Влияние термической обработал перед сваркой на форщрование терыонагошенкого состоять сварных лиотовых соединений из сплава ШО глава посвяшена разработке математической ыодвлир [сывавдеа процесс формирования температурннх полей» зремекн&х я ■аточнш: деформаций и напряжений в листовых полуфабрикатах при личных видах термического воздействия» а таюш нсследованню яния термической обработки исходных ластов на тормояапряшзннсэ тояние сварннх листовых соединений из сшива 1420.

При разработке математической нодэлз доя описания процессов лопередачи в качестве исходного использовалось дадаренцналь-уравненае тешшроводаоста Фурье:

+д<х,у,г,т) , С1 >

58 ,р - плотность,

с<ы -''коэффициент теплоемкости0 г - температура, т - время»

\ - коэффициент теплопроводности,, |,у,г - координаты,

у - скорость перемещения объекта относительно системы

Э

координат,

q <х,у,i,т > - интенсивность источников тепловыделения » в том числ за счет тепловых эффектов фазовых-превращений, условия теплообмена с окружащэй средой учитывали в вил граничных условий третьего рода:

-*.4£--a<t>- (t-t J (2)

&п с

где п - норм эль к поверхности пластины, ait) - коьффсциьн-* тешгаотдачл в окружалдтю среду» t - темпера .'ура среда. Для температурного цикла термической обработки листовы полуфабрикатов, когда н.:еэт место одномерное температурное пол t(z> решение уравнений (1-2) искали в вида сходящегос тригонометрического ряда типа:

ш 2elr,^i. -pfro

е<1,т)-ео- д *мц -со.^.^.)-. . (3)

где e»t-tc - относительная температура.

r - характеристический размер (половина толщины), •

FO--2Ï- - критерий Фурье. п*

- коэффициент температуропроводности, т. - константы, определяемые из граничных условий/ к -m r - корни трансцендентного уравнения

ctg/i-^j-,

где - критерия еио.

для температурного цикла сварки, когда имеет место плоское квазистационарное температурное полз 1(х,у>, искали приближенное решение задачи в виде экспоненциальных уравнений с использование* функции Бесселя к <х>. ,

О '

для описания напряженно-деформированного состояния, обусловленного переменным температурным полем, использовали уравнения теории малых уцругопластических деформаций, согласно котории соотношение между компонентами девиатора напряжений "ъ в

эвиатора деформаций d имев? вид:

D-2 а

где а, з - интенсивности напряжения и деформаций.

Связь объемной деформации с температурной и структурной ^формацией ?><и согласно теория термоупругопластичности имеет 5Д:

а +е +е - -52 + 3*><t> » (5)

X у * к

1Э <7 - среднее значение напряжения, > - объемный модуль упругости,

е - нормальный модуль упругости, ^ - коэффициент Пуассона, для определения температурной и структурной деформации яользовали соотношение:

i

p(t>- JVmidt р-<t> , (6)

;э /?<ы - коэффициент линейного расширения, начальная и текущая температуры, ?>'<<:> - структурная деформация, обусловленная фазовыми превращениями.

После реиения записанных соотношений совместно с уравненнямн вновэсия и совместности деформаций была получена замкнутая стена уравнений, опишваицая напряженно-деформированное состоя-, э лкстовнх полуфабрикатов в процессе термического воздействия злкчшк видов. система решается методом последовательных абли^ений. Сначала решается упругая задача. Затем, еслн генсивность напряженна в какой-лзбо точке превосходит . предел кучести, проводится упруго-пластический расчет, при атом якшается неодновременный характер пластической деформации "по зенкв полуфабриката.

На осковеняк разработанной коделн была составлена программа этшяа ташгэратур» деформаций я напряжений в исходных листах и

сварных листовых соединениях в процессах термической обработки сварки. Программа позволяет учитывать температурные зависимое', физических к механических свойств сплава, различные структурш состояния, а такта возможные эффекты фазовых превращена! сравнение результатов расчета по программе с получению экспериментальными значениями остаточных напря.'шний подтверждав объективность расчетных данных.

При задании соответствующих граничных условий и размернь параметров модель кохет быть нсясльзовапа для описанг термонапряжэнного состояния реальных сварных листовь конструкций.

Показано» что термообработка перед сваркой может влиять в формирование напряганво-дефоркированного состояния сваряог соединения двумя путями, во-первых, в течение температурног цккла термообработки ыогуг возникнуть термические напряжения которые дадут определенный уровень остаточных напряганий пере сваркой. во-вторых, в процессе термической обработки происходи ' формирование структура исходных листое, определяющей уровен их механических свойств, значения этих свойств, в частности ¡предела текучести, существенным образом влияют на величин временных к остаточных напряжений, формирующихся в отдельны зонах сварного соединения.

на основании разработанной математической модели проведен аналитическое исследование термонапряженного состояния пелуфзбрк катов из сплава 1420 в процессе термической образок®, -п рассчитанным значениям критерия Био для различных охлаздаглаЕ сред определены границы перехода из области "тонких" в облает: "массивных" в тепловом отношении тел. Для различных охлаздащи: сред в зависимости от характеристического размера полуфабриката; определены граница перехода из области отсутствия термически; напряаюнкй в область появления временных напряжений я в озласп остаточных нвпряяеннй. Установлено, что прн термической обработо лястов-s полуфабрикатов яз сплава 1420 осгаточннг нвпрягений ш возникает,

Исследование ойъзмных адяктоз фазовах превращен», происходящих в сплазэ 1430 при закалке и сгарощ®, показало, та зозникаьщае при атом структурные напряшвая нэсущесЕвенлн, п i дальнэЕщкх расчетах нх значэняем tiosso прзнзбрвчь» шлая взлжн(

структурных напряжения обусловлена хорошим размерно-структурном соответствием кристаллических решеток <5'-фаза н иатрнцм «-твердого раствора.

исследовали влияние структуры исходных листов„ сформированной: в процессе термической обработки перед сваркой, на формирование временных и остаточных термических напряжений з деформаций в сварных соединениях, для этого исследовали влияние исходной структуры • Еа температурную зависимость предела текучеста сплава 1420 при кратковременных нагревах, исследования проводили для искусственно состаренного, закаленного и отогяенкого состояния. Были получены температурные зависимости предела текучести для каэдого структурного состояния. при нормальной температуре предел текучеста листов в состаренном состоянии выше, чем в закаленном к отоягонном соответственно на 504-85 мпа и на 90+125 мпа. Установлено, что значительное отлична значений предела текучеста состаренных листов от закаленных и отоаЖ)НЕЫх сохраняется до температур г» 350+400°с, а затем скитается. столь широкий температурный интервал структурной чувствительности предела текучестк обусловлен высокой стабильностью исходной структуры сплава 1420 при кратковременных нагревах, что подтверждается исследованиями микроструктура..

Установленная структурная зависимость предела текучести прз кратковременных нагревах позволила аналитически исследовать зхнянкз термической обработки исходных листов порэд сваркой на формирование временных н остаточных термических напрягений в сворных листовых соединениях из сплава 1420. По разработанной дрогргже были рассчитаны компоненты термонвпрягенного состояния сварзих листовых соединения из сплава 1420 с различной структурой исходных листов. Установлено, что при толщине листов до 5 мм тэрническея обработка лэрэд сваркой по режиму "закалка 450*0 + старение 1?о"с - -3 чзса" позволяет снизить остаточныэ растягж-ззпвка напряЕзнзя з сзарнон соединении по сравнении с рзгимсн лекажа 45СРСК * з 1.5 раза о Показано, что сштгетга напрягений обусловлено пошшеннж значением предела текучести исходных лгогеЗ; пргвадящчм к уменьшения лот пластической деформация на начальной стада гемшратурнего цикла сварки п0 как слэдст-ене, - к понягенив уровня остаточных валрягхенза.

для проверки объективности • результатов расчета' были

проведены акпериыентальные исследования остаточных напряжений в сзарннх листовых соединениях, величину напряжений измеряли на рентгеновской установке истрейнфлекси. установлена хорошея сходимость расчетных и экспериментальных данных, односпальное расхохденгз значений напряжений не превышает 104-12'/..

йаза Влияние температурной релаксации на вацряшшое состояние сварных листовых соединений из сплава 1420 в процессе их гершческой обработки, данная глава посвящена исследованию процессов температурной релаксации напряжений в сплаве 1420 при различных структурных состояниях» а также исследоваот влияния термической обработки сварных листовых соединений на их напряженное состояние.

Термическая обработка после сварки существенно изменяет напряженное состояние сварных листовых соединений, при атом, как показано в главе 3, новых термических напряжений не возникает. Таким образом, в течение температурного цикла термообработки сварных соединений изменение напряженного состояния идет в основной за счет температурной релаксации напряжений.

так как данные о параметрах процесса релаксации для рассматриваемого сплава отсутствуют, было проведено экспериментальное исследование процесса температурной релаксации напряжений з сплавз 1420. Построены кривые релаксации для температур 20°С„ ХСКГС„ 20СГС, 000°С, 400°С„ 450°С В ЗаБИСшяОСТН Ох ИСХОДНОГО структурного состояния, кривые аппроксимировали 8кспоезнце-шгьшзш уравнениями вида:

сг^сг •екр-(кт>р , * (7)

о

гдз к»— - относительная скорость релаксацаи напряженш,

о

- время„ за которое начальное напряжение уменьшается в о раз ("вреая релаксации"К р - показатель релаксацнонЕоа подагжзостк; т - время выдеракн. уравнение (7) в записанном виде шеет ограниченное пршеш-ннэ, так как ыоает быть использовано лшь при какой-то одной температуре опыта и не учитывает структурного состояеея

а

материала.

кривые релаксации обрабатывали графоаналитическим методом, в результате для отожженного, закаленного' и искусственно состаренного состояния вили определены температурные зависимости параметров процесса: относительной скорости релаксации н показателя релаксационной податливости (рис.1). По полученным температурно-структурным зависимостям бмлн получены уравнения температурной релаксации напряжений ввда:

г ? I "р.,**1 о—о^ехр- [к^е т! (8) •

где (<4, р4, х - константы, зависящие от негодной структуры материала.

. Дня соответствугщах значений данных констант обобщенные уравнения температурной релаксации в сплаве 1420 виеит вад:

1) для отожженного состояния

-а -с

|> -в. »7-.«. А * Ю I чО.ШМ.ХЧО 1

о-^о^ехр-1» т I (95

2) для закаленного состояния

[■ -!». 1»* £0 I -|0. !«(>♦?. а* ю I

• т I (10)

3) для состаренного состояния

а г| (11)

Данные уравнения позволяет рассчитывать величину сшшенжя напрягенгя в зависимости от иг начального уровня, времени я температуры процесса, а исходного структурного состояния. полученные соотношения использованы в математической модели термонапряженного состояния лзстовнх полуфабрикатов нз сплава 1420.

по полученный уравнениям бшш рассчитаны н построены тройные

Рис.1. температурные зависимости относительной скорости релаксации (а> и показателя релаксационной податливости (б) сплава 1420 в различных структурных состояниях: 1 - искусственно состаренное; з - закаленное; з - отожженное.

1в

хяаграмш релаксации в координатах "уровень напрягеннй - ■гемпэра-?зра - время выдершсг для различии исходных сгруютрншг юстояннй. д^агра?.жы позволяет оценивать процесс релаксации пра >йНоврзг.?енном нзмененгн темпвратурн я лрододштельЕосш процесса.

по разработанной программе расчета проведано йкалнчкчзсксз :с следование г-ерконапрягтанЕого состояния сзарннх лнсзознг сов дамана в процесса кх термообработки. исследовано шейинз ^грт п времени вздвряся пря закалке за конечное рйспрздэдзззв отаточпкг напряженка после термической обработки. УстаЕсаЕзно/ то ярн тошературз нагрева под закалку ззрькроншгэ

;рзиекн вэдвракн от 5 до 45 минуг позволяв? получить грснзЕЬ етаточшЕ напрягеннй от 75-/. до 10% о:- неходкого. спредажЕГ '"глзрагурзо-зрзконенв параметра закалкн» позволяешь пслэте^ь вовэнь остаточных напряжения. ез превышащий заданной шлетггн.

Установлено,, что в процесса нагрева под заказет сгарзгх оэднЕенна нз состаренных листов релаксация напряхеепнй пртЕсгодш? зоднородао по саченню соединения. В пшэ и ■ окшюшовяоа еоеэ эдаксацня происходи быстрее в чей в перк^эрийкык зонайо что рншдот к частичному перараспрздалешв напряжений. вкззгзэ зсдЕсродЕос?ъа сгрукууры в разлкчшк зонах еззрнего сзвдаггЕтя. э стадак изотермической шиаргеса скорость р&Езгегггн фавнЕваэтся»

проЕэдзЕо нсеяздоввяко вдзлвкя гхарвиэгроз тарсгкзсЕоа сработан на хфовзнь остачгочккг ккгф0Н8црявззкэ в ксгодазх гстог и сварном соединенны. усвдекшвво,, чад ммш шзкагщи изщкшапряаэнкй Еэзнечюззлша ы на вдввизаэ1® > гам о еад обусловлено геракнм размэрЕО-сгрдтадаш ютзетеишам хфнетагЕктасгшх рзззтек з'-фази а . „кшароци •твердого раствора.

тестдаш Е® шшш 1Ш

глава Еосзящвна ¡разрабокеэ рэкоиецдащяй го соеэряэейчщозеззэ шолотаж гормоозразовта сварэзгй копсируетда та лзсаоа «апзва го на ссковаянн згетанозязншз законсмэзззссз'еа эз^кшя рззотгжя эм и параггечфои гэретчесйса озразоиш яа усяшм форагнрозанкя

термически напряжений в свсршгх листовых соединениях.

Проведено исследование свойств сварных соединений» прошедаш термическую обработку по режп.:ш, позволяющим снизить уровень остаточякх напряжений.

Показано, что при тешеравдре нагрева под закалку 4?о°с увеличение времена изотермической вздергкд до значений, абоспочиващях уребуемоэ енкепме остаточных напряжений, приводит к появлении в повархкосгакх слоях листов зон, обедненных литаом я имеющих повияенноо значение мшсротвордостз. перепад значения кнкротвердоста н^ по сечении листов составляет величину от 50 до 165 мпа.

Для устранения данного дефекта была исследована возможность понижения температуры.нагрова под закалку до 420°с. для сварют соединений из листов толщиной до 5 мм такая температура является достаточной для растворения неравновесных евт«ктик в зоне датой структуры сварного ива е снижения химической неоднородности. Расчете по разработанной программе показали, что при енккенял температуры нагреве под закалку с'450°с до 42СС требуемое врегй вздэрзяси увеличивается с 15 до 20 мину? (для толщину листов до 5 им). Анализ микроструктуры показал, что такая выдержка на щшюдат к обрзэозанил слоя„ обедненного лнтиеы, и перепада значений микротвэрдосги не наблюдается.

На основании установленных закономерностей разработает рзвшеЕдацш по совершенствований технологий теркЕчесхоп обработка сзаряьх лкстовых конструкций из сплава 1420. для голщипм' ластов до 5 ш рекомендовано проводить следувдув термообработку:

закалка 420°с (шэд.) + старение 170°с - 3 часа + сварка • + + закалка 420°с (20 кинут» возд.) + старение 120°с - 5 часов

проведено сравнение разработанной технологии с двумя применяемыми решиеьги:

1) закалка 450°с (возд.) + сварка + старение 120°с - 5 часов; 3) закалка 450°с (возд.) + сварка + .закалка 450°с (возд.) + + стврение 120°с - 5 часов

механические испытания сварных соединений, прошодншх термообработку по разработанной технологии, показала что временное сопротивление разрыву условней предел текучести ) е

»гол загиба (а) по сравнения с применяемым режимом 1 повышаются, з по сравнении с применяемым режимом 2 - приблизительно соопада-уц. при этом мадоцакдавая выносливость посыпается в 1.3+1.5 аза, а сопротивление усталости в многоцикловой области псвыкеет-:я в 1.5+2.0 раза.

Таким образом, применение разработанных рекомендаций по юворискствовашш технологии терггаческой обработки сварных гкстошх конструкций из сшива 1420 позволяв? существенно лзнсить пх работоспособность.

Основные вывода 20 работе

1. на основании методов численного математического'анализа к олученных экспериментальных данных разработана математическая оде ль, описывающая формирование температурных полей, а такгз ременных и остаточных деформация и напрякзний в полуфабрикатах, яла листов и плит при различных видах термического воздействия,

утатываищая изменение фазового состава и структуры. Разработана омпьютерная программа расчета температур, деформаций а зпрягенни в сварном листовом соединении из сплава 1420. рогракма позволяет рассчитывать параметры тернояапряженного зстояния в процессе температурных циклов термической обработок к гарки с учетом исходного структурного состояния материала „ эмиературннх зависимостей физико-механических свойств* а такхз груктурных ' напрягениа, вызванных фазовыми превращениями, жазаяа сходимость результатов расчетов по программе с ссперкментальными данными.

2. для сплава 1420 определен уровень временных я остаточнш: шрязеняй, Еозншсащих пря термической обработке полуфабрикатов зависимости от их характеристического размера и иша охлаж-шщеа среды, одрэдзленн температурно-врезхенныэ параметры ^¡аздакщей способности различных сред, показано, что при ^азденш.на воздухе листа лгяой толщины шгво считать «тояквш» тепловом ошозензз. при охяаадения в воде термически п?онниызя ¡ляогся листы до 3+4 на. Установлено,, что при схлаздзнш з воде стоз большей толцаны - возникают Ерз1®ннкз тараичьч,Дао прядения, однако остаточных напряжений ш образуется.

3. показано,, что в технологических процессах,, связанных с рмическш воздействием, в полуфабрикатах из аияа&с ••■■о уровень

вздярэнннж напрявеннй б основной обусловлен термической сосявшшвщвй макронапряшшй» так как кз-за хорошего размерно-структурного соотвэтстазя крветазшгсзски рэшэток б'-фаои я а-таердого раствора вклад структура® вапряшшш в фориированнэ уровня вршеншж н остадашж напряжзнш г к 11 рода незначителен.

4. Устааэвяэш явмщра'гурнш зашсшоста предала текучее®! сплава 1420 прк разжчяш кшщьк структурам состоянелз, Установлшнос что теш®ра5урш интервал структурной тестантаяънос» предала текучести щя кратковременно натраваг шее® вэржшю грякщ' & 350+4га°со столь широкий ютарвая чивсжвитедшосм обусловлен кранювршенностьв тернзиэского воздействия н шеожой стабжжноетыв структура сплава 145 с в .закаленном и состаренной состояшэ.

5» проведены расчета комшжзтш терконецряявнного состояния листов®; полуфабрикатов кз сшива 1420. выявлен характер распределена .. н иакснмйяьвэ®. уровень остаточшж макро-налряйэнда в .сварнмг. джстовиж' соэданенияг после свар:ш и тершчэшж оврабоиШо показана ■ роль зависимости предела текучести о?? негодной структура в формировании уровня осгаточнаш напрязшннй в сварной листовом соеданенга. Установлено „ чго • щ® ташцшз листов до 5 ш старение перед сваркой позволяет сякзшгь уровень оставдчныя напряжений в сварноы соеданешн в 1.5 разд„ что обусловлено более высокик зяачешеы предела текучести в

СОчЛГЗрЭЕНОЫ СОСТОЯНИИ.

• 6. получены кривые температурной ралэксацш ввдчгрэнвзж нащшзвш в сплаве 1420. Установлены ыагеиагаческие .завнснюсяи параметров релаксацяи (огаосительной скорости релаксаций к показатели релаксационной податчшвосга сплава) о? гемпература н негодного структурного состояния.- болучэеэ уравнения» позволяйте рассчишважь изменение значений ыакрояапряяенш в ' процесс® нагрева о изотермической шдэрткк.и охлахдэнжя в завясшоста о? негодного , структурного состоящий начального уровня нащшюзяЁ, вымени н тещеравдрн. рвюывндозано прн шборэ температура ж времена вндзрккк термообработка Еспользовата» паяучэнвш.уравнанЕЯ ралаксэщкн напряшннй н чгроадаэ дааграиш "уровень напрядаша -таиперагура -время щщкжн" дш различим чипов нежодакх серуотур.

7. исследовано влияние релаксации напряжений на формирование апряженно-деформированного состояния листовых сзарных оеданешш из сплава 1420 в процессе их термической обработки, пределенн темлературно-временные параметры термообработки, поз-элящие получить уровень остаточных напряжений, не превшлащкй оданного значения. Установлен неоднородный характер релаксации зтаточных'напряжений в процессе термической обработке сварнщ: ictoeux соединений. Показано, что неоднородность процесса зусловлена различной исходной структурой в разных-зонах сварного' зединевия.

8. показано, что для толщины листов до 5 т целесообразно шжать температуру нагрева под закалку сварных • жсгоенг шструкцкй из сплава 1420 до 420°с с одновременным увэлнченкз:.: >емени изотермической вцдерзки на 5 минут, что позволяет снизать ■руктурнув неоднородность, вызывающую перепад значений микро-©рдости по сечению жстов. при этом уровень остаточные пряжений не повышается.

• 9. на основании выявленных закономерностей разработаны; акткческие рекомендации по совершенствованию технологии теркн-ской обработки сварных листовых конструкций ез сплава 1430. оведенными исследованиями установлено, что рекомендованные ш термической обработки позволяют повысить налоцнкяозув носливость =. в 1.3+1.5 раза, а сопротивление усталости в эгоцикговой области а, в 1.5+2.0 раза, то есть существенно зышают работоспособность конструкций.

Разработанные рекомендации использованы в видме для зеркенствовастя технологии термообработки сварных конструкций листов сплава 1420.

основное содержание диссертационной работы опубликовано в »дущих работах:

, габндуллин P.M., мамонов и.м. Расчет временных и .остаточных • сряжений при непрерывном рттье слитков нз алшиниевых сплавов. "Пути повышения производительности плавильно-литейных агрега-iй - материалы научно-технической конференции, кольчугино, л. с. 31.

габидуллин P.M., Мамонов и.м., скучилов А.и. исследование монапряженного состояния полуфабрикатов из алюминиевых сшга-

sos. // "Cffispsyszacss кэтапжнчзскаэ ыагзрпала s прогрзссизгщ: сакмхт ss получения и обработки" - материалы научно-тахничэсюй

¡¡■»ОНОв^НЦЕП. М.: ЫАТИ0 19855 С» 17.

'. г. гааяшмизн Р,ы„0 гораиоз п.А.0 иехшов и.м. нсслздзввннв тарконщржгенного состояния сварках конструкции кз алтошг.увк сплавов» // тезссы дглушдов всзсоюзноа пйучйО-т&хнзчзскоя конйэрзш^а тагарянскке чтакая",, и.; маги, 1983„ е. 72 = ■ ыбкоиоз л-г-:.Г гораюоз п.а. йсслздоваше влияния гвртобрясот-rc=z на о'л'сточнуе запрягания в сварних соединениях кз елтмпшов;«

сильеоз. // ®ПрСГраСС11аНК8 КСНСУр»КЦ50ННЫ8 Sia?8pH8J2i К ТОХНОЛОГЕ-

чэскне пронесся в ашасгроэЕйь" - Иы-ериелн aay^iic—¿'еЖическох КОНфЗрОЕЦЗЕ. VATA-, 1939;, С.

s. гаавдудотн р.н»» мёмопсб в.н., Os^seekkos £.s.„ Ейра&га к,б, исследование везши: яерчесврабояск не структуру п смойозэа GS5J-нья codjwawBifi из сюшва 1430. "Технология легких огласов", ¡3.' ВК/iOс, 19S3s к 3» С. 15-13.

6. гаюгдуошга Р.й.» Мамонов и.М„ исследование процесса таашаь*-тареоа релаксации иехатаяеских непрягениа ь сплавэ шо, /> -■новые материалы к технологии маикпостробнля" - материал? научн?-гегннческоя конференции, ы.: млз?й, i9S3, с. 45.

7. Гбсздзшвн p.m.с Мамонов и.м. Анализ релаксацссятах езозс~ сплава 1420. // "Новые «атеряаш к тзхнологкя кагтоатроонйяс -Иатерза»" на^чно-тахничзскоч конференции- и.; ЗД331; less, с. .29,

ochobhhs полох^знлл д£сс0рт21дп1 д'- hs. £

1. нзгшо-технЕческой конфэрэпцш «вш повышения ¡¿осты шювагано-дю.'ояныз: агрегатов"„ колъчдтйно„ 1334.

2. научао-техжчвской конференции «еовреквНЕие кзтшиеяоскк мстериала и ярогроссзвпые спосо«и их педучевня е обрабо^кЕ". .к.:

ИДТИ, 1965.

■э. научно-тежда-ской юнфэренцш» "Щ^грессшпв конжрукцаозЕа материала к 5?в^ногогнчвскЕе процессы в гвнасгроешк". ы.: Hiw;,' 193Э.

4. Баучво-техЕН-гскэй Еонсчрэнцнз '•йозеэ кауечкалк с ташнагкк: меижностроэЕия*. й-: ш.ти„ issз

5. иаучЕО-гэзЕзгсзской коефэрзнцек «яззга катевевяз s тахеохогг.-КаШЕКСОГрОЭЗЕЯ". И.S Е4.ТК, iS53

cji