Автореферат (Эволюция структуры и свойств конструкционных низколегированных сталей при кратковременных локальных термических воздействиях концентрированными источниками тепла)

На правах рукописиШарапова Динаида МихайловнаЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВКОНСТРУКЦИОННЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХТЕРМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХКОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛАСпециальность: 05.16.09 - Материаловедение(машиностроение)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург - 20181Работа выполнена в федеральном государственном автономномобразовательном учреждении высшего образования "СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого"Научный руководитель:Пряхин Евгений Иванович, д-р техн. наук, проф., зав.

кафедрой"Материаловедение и технологии художественных изделий",ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»Официальные оппоненты:Вологжанина Светлана Антониновна, д-р техн. наук, доцентфакультета низкотемпературной энергетики,ФГАОУ ВО«Санкт-Петербургскийнациональныйисследовательскийуниверситет информационных технологий, механики и оптики»Костина Мария Владимировна, д-р техн. наук, доцент, ведущийнаучный сотрудник, и.о. зав. лабораторией физикохимии имеханики металлических материалов, ФГБУН Институтметаллургии и материаловедения им.А.А.

Байкова РАНВедущая организация:АО "Центральный научно-исследовательский институт материалов"Защита состоится 19.02.2019г. в 16:00 часов назаседаниидиссертационного совета Д 212.229.30 при ФГАОУ ВО «СанктПетербургский политехнический университет Петра Великого»по адресу 195251, Санкт-Петербург, Политехническая 29,лабораторно-аудиторный корпус, аудитория кафедры «ТКМ и М».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВОСПбПУ Петра Великого и на сайте www.spbstu.ru.Телефон для справок 8(812) 552-95-30.Автореферат разослан «____»___________ 2018 г.Ученый секретарьдиссертационного советаканд. техн. наук, доцентКУНКИНСергейНиколаевич2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьтемы.Современноемашиностроениепрактически невозможно без кратковременных воздействийвысоких температур на материал.

Это характерно не только дляпроцесса производства, но и при ремонтных работах, широкоприменяемых во всех областях машиностроения при устранениидефектов и восстановлении геометрических и служебныххарактеристик деталей. Такие воздействия проявляются в видеэволюции структуры металла. В результате происходит в той илииной степени снижение физико-механических характеристик(деградация) материала, что определяет его работоспособность,служебные и эксплуатационные свойства изделий и ихремонтопригодность.Интенсивное освоение арктических и других регионов страныс тяжелыми климатическими условиями при активномиспользовании различной техники определяет необходимостьприменения в таких условиях хладостойких низколегированныхсталей повышенной и высокой прочности типа 10ХСНД,10ХН3МД, 07Г2НДМФБТ и др.

Обеспечение эксплуатационнойнадѐжности машиностроительных деталей и изделий, как внормальных, так и в экстремальных условиях, требует обеспечениягарантированного уровня свойств материала при отрицательныхтемпературах. Созданные в последние годы хладостойкиенизколегированные высокопрочные стали требуют расширениязнаний об изменениях структуры после кратковременныхлокальных нагревов для понимания механизма их деградации притаких воздействиях. Это позволит обеспечить комплекс физикомеханических и эксплуатационных свойств, высокое качество иремонтопригодностьизделий,успешнопрогнозироватьработоспособность материалов, эксплуатируемых при низкихтемпературах, что имеет не только методологическое значение дляматериаловедения, но и актуально для практики в различныхотраслях машиностроения.Основной объем исследований был выполнен в рамкахФедеральной целевой программы "Развитие гражданской морскойтехники на 2009-2016 годы"Цель работы.

Обеспечение стабильности качествамашиностроительных изделий из низколегированных хладостойкихсталей на основе выявления особенностей процесса эволюции3структуры и свойств материала при кратковременных локальныхтермических воздействиях.Основные задачи исследования:1. Оценка влияния, анализ и моделирование технологическихособенностейкратковременныхлокальныхтермическихвоздействий, определяющих характер структурных изменений истепень деградации свойств машиностроительных материалов;2. Совершенствование методов исследования эволюцииструктуры и еѐ контроля в процессе технологическихкратковременных локальных нагревов с целью снижениядеградации свойств в зоне термического влияния (ЗТВ) дляобеспечения высокого качества изделий и их ремонтопригодности;3. Экспериментальное исследование связей структурнофазового состава сталей в ЗТВ с комплексом физико-механическихи эксплуатационных свойств металла в этой зоне;4.

Комплексные испытания и определение физикомеханических эксплуатационных свойств исследуемых сталей наобразцах и изделиях. Разработка рекомендаций по обеспечениюнормативного уровня их эксплуатационных свойств с цельюобеспечения высокого качества, надежности и ремонтоспособности.Объект исследований. Конструкционные хладостойкиенизколегированные стали с пределом текучести до 690 МПа.Методы исследования. Математическое моделирование,моделированиетермическихцикловипроцессовструктурообразования на дилатометре, микрорентгеноструктурныйанализ, неразрушающие методики контроля качества материалов,металлографическиеисследования,стандартныеметодикиизмерений твердости и механических испытаний образцов.Научная новизна полученных в работе результатов:1. Установлены закономерности и взаимосвязи междутехнологическими факторами (определяющими особенностикратковременных локальных термических воздействий наматериал), характером структурных изменений и степеньюдеградации свойств машиностроительных материалов2.

Установлено, что в процессе повторных кратковременныхтермических воздействий у стали 07Г2НДМФБТ в интервалетемператур 700…800оС в участках крупного зерна по периметрузерен происходит образование и рост новых выделений,обогащенных углеродом и легирующими элементами за счет4обеднения приграничных областей зерна. Особенностью такихвыделений является преобладание в них мартенситной структуры вотличие от тела зерна с преимущественно бейнитной структурой,причем росту этих выделений способствует каждый последующийнагрев в интервал температур в окрестности точки Ас1 (Ас1- 30оС <Тmax2 < Ас1), снижение скорости охлаждения на первом цикле и еѐувеличение при повторных нагревах.3. Установлено, что под воздействием термических циклов настали типа 07Г2НДМФБТ с увеличением скорости охлаждения ω 8/5(в исследованном диапазоне скоростей охлаждения от 5°С/с до100°С/с при условии Тmax = const) происходит понижение медианы средних значений Тmd=0,5(Ts–Tf), температурного интервала начала(Тs) и конца (Тf) превращения аустенита по линейному закону.4.

Установлено, что образующиеся при кратковременныхповторных нагревах новые выделения с мартенситно-бейнитнойструктурой, являются ответственными за снижение работы ударапри многократных (от 2 и более) нагревах металла, что доказываетнеобходимость в ограничении количества повторных нагревов, вчастности при ремонте изделий из стали 07Г2НДМФБТ.

Однако,применение высоко концентрированных источников тепла типаэлектронноголучапозволяетобеспечитьвысокуюремонтопригодность изделий.5. Установлено, что в исследуемых сталях при тепловойстрожке средние скорости охлаждения в 2-3 раза превосходятскорости охлаждения при наплавке, в то время как средниескорости нагрева у этих процессов сопоставимы.Основные научные положения, выносимые на защиту.1.Установленныезакономерноститехнологическихособенностейивлиянияпараметровкратковременноготермического воздействия на эволюцию структуры и степеньдеградации свойств исследованных низколегированных сталейприменительно к производству и ремонту изделий;2. Результаты исследований и установленные взаимосвязиморфологических особенностей строения и структурно-фазовогосостава сталей в ЗТВ с комплексом физико-механических иэксплуатационных свойств (прочностных свойств, вязкости,хладостойкости, ремонтоспособности) материалов;53.

Результаты комплексных испытаний с определениемфизико-механических эксплуатационных свойств исследованныхсталей на образцах и изделиях;4.Разработанныерекомендациипообеспечениюнормативного уровня эксплуатационных свойств исследованныхсталей с целью обеспечения надежности, высокого качества иремонтопригодности изделий из этих сталей.Личный вклад автора заключается в сборе исистематизации информации, выборе и разработке методик,проведении экспериментов, обработке, анализе результатов,формулировке выводов, подготовке программ испытаний, докладови публикаций, в апробации результатов и разработке рекомендаций.Автор участвовал в работе творческих коллективов ссотрудниками, которые представлены в качестве соавторовнаучных публикаций или отмечены ссылками по тексту работы.Апробация работы.

Результаты работы обсуждались на IXконференции молодых ученых и специалистовЦНИИ КМ «Прометей», 3-5 июня 2010г., Санкт-Петербург; на 12-й Международнойнаучно-технической конференции «Инженерия поверхности и реновация изделий»,4-8 июня 2012г, Ялта, Крым; на Научно-практическом семинаре «Металлургия сварки и сварочные материалы», 4-5июня 2013г.,Санкт-Петербург; на II Международной научнопрактической конференции «Инновационные системы планирования и управления на транспорте и в машиностроении», 16-17 апре-ля2014 г., Санкт-Петербург; на Международнойнаучно-техничес-койконференции «Сварка и родственные технологии в экстремаль-ных иособых условиях», 11-12 ноября 2014 г., Санкт-Петербург; наМеждународнойнаучно-техническойконференции «Инновации иперспективы развития горного машиностроения и электро-техники:IPDME-2017», 23-24 марта 2017г., Санкт-Петербург.Практическая значимость диссертационных исследованийсостоит в разработке предложений по методам обеспечениянормативного уровня эксплуатационных свойств, надежности иремонтоспособности сталей и изделий, которые закреплены:- в руководящем документе РД 5.УЕИА.3595-2016 «Электронно-лучевая сварка изделий машиностроения изразличных материалов.

Технологическая инструкция»;6втехнологическойинструкции«Ремонтмашиностроительных деталей из сталей повышенной и высокойпрочности» (проект).Публикации. По теме диссертации опубликовано 22печатных работы, из них 8 - в рецензируемых научных изданиях,включенных в перечень ВАК РФ.Объем и структура работы. Диссертация состоит извведения, 6 глав, заключения, перечня литературы и приложений.Основной текст на 140 стр., включает 59 рисунков, 19 таблиц,список литературы из 106 наименований и 5 приложений.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дано обоснование актуальности работы,сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна,основные положения, выносимые на защиту, прикладное значение ипрактическая ценность полученных результатов, приведенысведения о публикациях по теме диссертации с указанием личноговклада автора, апробации, объеме и структуре диссертации.Первая глава содержит анализ состояния и развитияхладостойких низколегированных сталей, востребованных вмашиностроении в связи с активным промышленным освоениемшельфа северных морей и арктических регионов.