0741-2-opreview (Эволюция структуры и свойств конструкционных низколегированных сталей при кратковременных локальных термических воздействиях концентрированными источниками тепла)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное бюджетноеучреждение наукиИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИИ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯим. А.А. БайковаРоссийской академии наук(ИМЕТ РАН)119334, Москва, Ленинский пр., 49Тел. (499) 135-20-60, 135-86-11; факс: 135-86-80E-mail: imet@imet.ac.ru http://www.imet.ac.ruОКПО 02698772, ОГРН 1027700298702ИНН/КПП 7736045483/773601001_________________№ 12202______________На № ________________┌┐ОТЗЫВофициального оппонента доктора технических наукКостиной Марии Владимировнына диссертационную работу Шараповой Динаиды Михайловны«ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХТЕРМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛА»,представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.09 – Материаловедение (машиностроение).Тема диссертационной работы является актуальной.

При освоении арктических и других регионов с холодным климатом востребованы свариваемые хладостойкие низколегированные стали повышенной и высокой прочности. Кратковременныелокальные термические воздействия сварки и/или тепловой строжки, являющиеся элементом технологической цепочки изготовления или ремонта изделий и конструкций изэтих сталей, приводят к существенным изменениям структуры и свойств соответствующих участков металла.

Изучение результатов таких воздействий позволяет предложить методы обеспечения нормативного уровня эксплуатационных свойств, надежности и ремонтоспособности изделий и конструкций из данных сталей.Обзор литературы (Глава 1) сделан по данным более чем 100 источников. Рассмотрены комплексы свойств хладостойких сталей, прежде всего – ударная вязкость,во взаимосвязи с их структурно-фазовым состоянием, влияние на него кратковремен-2ных локальных термических воздействий, в том числе – многократных. Проанализировано влияние на механические свойства параметров теплового процесса, уделено внимание механизмам происходящих при этом структурно-фазовых изменений. Особоевнимание уделено вопросам математического моделирования и экспериментальнойимитации тепловой обстановки при кратковременных локальных термических воздействиях на металл.

Проанализированы технологические проблемы применения в машиностроении современных хладостойких низколегированных сталей. На основе обзораимеющихся литератруных данных были сформулированы цель и задачи работы, намечен комплекс методологических, экспериментально практических работ.Глава методологическая (Глава 2) содержит информацию о выбранных в качестве объекта исследования современных марках хладостойких сталей(07Г2НДМФБТ, 10ХН3МД, 10ХСНД, 15ХСНД) , оборудовании (дилатометр и комплексе GLEEBLE 3800) для моделирования различных видов теплового воздействия наметалл, использованных методах для изучения структурных изменений в материалепри нагреве и охлаждении.

Диссертанткой использованы для исследований традиционные методы металловедения, включая оптическую металлографию, микрорентгеноспектральный анализ, измерения твердости, испытания на растяжение и ударный изгиб.Также в данной главе в общем виде изложена методология построения и примененияматематических моделей теплофизических процессов, происходящих в материале прикратковременных локальных термических воздействиях.Глава 3 посвящена математическому моделированию процессов локальныхкратковременных нагревов, действующие на материал в процессе реализации промышленных технологий. На основе анализа литературных данных проведена структуризация тепловых воздействий по поддающимся численной оценке параметрам – скоростям нагрева и охлаждения, количеству циклов нагрева и т.д. Для построения математической модели процесса распространения теплоты в металле применительно ксварке (или наплавке) и воздушно-дуговой строжке введены необходимые физическиеусловия, допущения и ограничения, предложены формулы, описывающие соответствующие тепловые процессы.

Разработанная модель опробована была опробована дляоценки тепловой обстановки в процессе ремонта с частичным удалением металла. Наоснове полученных данных были выбраны параметры термических циклов для моделирования на дилатометре с целью изучения теплового воздействия и прогнозирования свойств ЗТВ исследуемых сталей.Глава 4 содержит результаты исследований эволюции структуры и свойствнизколегированных сталей при кратковременных локальных термических воздействиях электрической дуги. Изучали, с применением методов металлографии и дилатометрии как штатные сварные образцы, подвергнутые двухпроходной сварке, так и модельные образцы. Результаты исследований, в т.ч. имитационного моделирования показали ограниченную ремонтопригодность изделий из стали 07Г2НДМФБТ.

Установ-3лено, что воздействие высокой погонной энергии в процессе лишь двукратного термического цикла уже приводит к неблагоприятной эволюции структуры данной стали- образованию выделений по границам зерен, что обусловливает значительное снижение ударной вязкости стали. На основе исследований сделана рекомендация по ограничениям энергетических параметров процесса сварки данной стали и рекомендованоприменение высококонцентрированных источников теплоты (электронного луча илилазерного пучка).Глава 5 описывает результаты исследований эволюции структуры и свойствнизколегированных сталей 12Х2Н4МД, 10ХН3МД и 10ХСНД именно при воздействии высококонцентрированных лучевых источников энергии (электронного луча, ЭЛ, илазерного пучка, ЛП), однократном и многократном.

На основе изучения микроструктуры, микротвердости, характеристик прочности и ударной вязкости сталей были выявлено влияние структурно-фазового состава металла ЗТВ исследуемых хладостойкихсталей на физико-механические свойства металла в области теплового воздействия ЭЛи ЛП. Диссертанткой показана возможность обеспечения при использовании ЭЛ и ЛПстабильного качества в сочетании с высокой вязкостью металла в ЗТВ при эксплуатационных (до −60ºС) температурах, продемонстрированы преимущества и перспективность лучевых технологий взамен дуговых при производстве машиностроительныхдеталей.В Главе 6 основное внимание уделено исследованиям, направленным на оценкуремонтопригодности сталей 10ХН3МД, 10ХСНД и 07Г2НДМФБТ.

Исследования были проведены на специально подготовленных сварных пробах, полученных с использованием электронного луча, луча лазера и электрической дуги, с целью разработкитехнологической инструкции на ремонт деталей из низколегированных сталей. На основе результатов этих исследований для каждой марки стали получена градация сталей по их ремонтоспособности в зависимости от регламентируемого нормативной документацией минимально допускаемого уровня работы удара.

Мерой ремонтопригодности является количество допускаемых повторных локальных нагревов материалапри ремонте детали. Д.М. Шараповой показана высокая ремонтоспособность исследуемых сталей при реализации лучевых технологий ремонта машиностроительных деталей. Разработанный диссертанткой проект технологической инструкции «Ремонтмашиностроительных деталей из сталей повышенной и высокой прочности» являетсяприложением к диссертации. Также в 6-1 главе приведена информация об апробации ивнедрении результатов работы.

По итогам апробационных исследований и с учетомвсе результатов диссертационной работы, был разработан и выпущен руководящийдокумент РД 5.УЕИА.3595-2016 - "Электронно-лучевая сварка изделий машиностроения из различных материалов. Технологическая инструкция". Она согласована со специалистами ОАО «ПО «Севмашпредприятие».Несомненным достоинством диссертационной работы является междисципли-4нарный подход к рассмотрению проблемы. При том, что работа изложена в виде, относящем еѐ к специальности 05.16.09 – Материаловедение (машиностроение), в нейимеются и признаки междисциплинарного подхода: автором затрагиваются и освещаются вопросы физического металловедения, физико-математического моделированиятепловых процессов при сварке.Работа выполнена с применением современных методов исследований, полученные диссертанткой результаты, сделанные ей на их основании выводы можно считать достоверными и обоснованными.

Основные результаты работы опубликованы идоложены научному сообществу (одиннадцать статей в журналах по профилю работы,включая Welding International, одиннадцать публикаций в трудах конференций). Личный вклад автора в работу также не подлежит сомнению.Полученные при выполнении диссертационной работы новые знания имеют,несомненно, и научную ценность, и практическую, поскольку на их основе были разработаны технологические инструкции. Весьма ценной является предложенная Д.М.Шараповой математическая модель локальных кратковременных нагревов при реализации технологий сварки, наплавки и ремонта, позволяющая проводить численное моделирование теплофизических процессов в металле и выбирать допустимые параметры термических циклов.При общей высокой оценке диссертационной работы можно сделать ряд замечаний.1.

Изложение вопросов математического моделирования (глава 3) является, к сожалению, кратким. Отсутствуют некоторые промежуточные рассуждения и выкладки, поэтому из текста на страницах 51-53 не ясно, как совершается переход от уравнения на3.5 на стр.51 к рассчитанным термическим циклам (рис.3.5 и 3.6. на стр.53).2. Замечание, связанные с первым замечанием: к диссертации не приложены данные,касающиеся разработки численного решения уравнения 3.5, сделанного с помощьюпрограммы Flex-EDF.3.

В разделе 4.3 (Микрорентгеноспектральный анализ и измерения твердости металламодельных образцов. Верификация результатов моделирования) на стр. 72 приведены фотографии микроструктуры (рис.4.10), сделанные в камере сканирующего электронногомикроскопа. На них указаны точки, в которых проводился локальный микрорентгеноспектральный анализ.