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

2ОГЛАВЛЕНИЕВведение ............................................................................................................................4ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ............................................................................101.1.Применяемые низколегированные хладостойкие конструкционныестали с пределом текучести до 690 МПа .......................................................................101.2. Влияние кратковременных локальных термических воздействийна структуру и свойства низколегированных сталей ..................................................141.3. Моделирование тепловой обстановки при кратковременныхлокальных термических воздействиях на металл .......................................................211.4. Технологические проблемы применения в машиностроениисовременных хладостойких низколегированных сталей ............................................241.5.

Выбор основных направлений исследований. Цель диссертационнойработы и научно-практические задачи исследования ..................................................28ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 312.1. Материалы для исследования (объект исследования) ...........................................312.2.

Оборудование для исследования теплового воздействия на материал ...............342.3. Методики исследований структуры и свойств материалов ..................................342.4. Пробы для испытаний. Исследование и испытание образцов .............................382.5. Математическое моделирование ..............................................................................42Выводы по главе 2 ............................................................................................................43ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВЛОКАЛЬНЫХ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАГРЕВОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНОК ПРОИЗВОДСТВУ И РЕМОНТУ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ ................453.1.

Локальные кратковременные нагревы, действующие на материалв процессе реализации промышленных технологий .....................................................453.2. Математическая модель локальных кратковременных нагревовпри реализации технологий сварки, наплавки и ремонта ............................................483.3. Результаты численного моделирования и их анализ .............................................513.3.1.

Моделирование процесса наплавки .............................................................513.3.2. Моделирование тепловой обстановки в процессе ремонта .......................533.3.3. Выбор параметров термических циклов для имитационногомоделирования на дилатометре теплового воздействия на исследуемые стали ........553Выводы по главе 3 ............................................................................................................59ГЛАВА 4.

ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХСТАЛЕЙ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХ ТЕРМИЧЕСКИХВОЗДЕЙСТВИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ ..........................................................604.1. Эволюции структуры и ее влияние на вязкость в ЗТВ при двукратномтепловом воздействии на металл деталей при их изготовлении .................................. 604.2. Эволюция структуры модельных образцов после имитационных нагревов .......634.3. Микрорентгеноспектральный анализ и измерения твердости металламодельных образцов.

Верификация результатов моделирования ............................72Выводы по главе 4 .......................................................................................................77ГЛАВА 5. ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИССЛЕДУЕМЫХСТАЛЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛУЧЕВЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ...............795.1. Исследование воздействия электронного луча на металл ...................................805.2. Исследование воздействия лазерного луча на металл ........................................86Выводы по главе 5 .......................................................................................................91ГЛАВА 6.

РЕМОНТОСПОСОБНОСТЬ ИССЛЕДУЕМЫХ СТАЛЕЙ.АПРОБАЦИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ......................936.1. Разработка технологической инструкции на ремонт деталей изнизколегированных сталей ..........................................................................................6.1.1. Разработка методики исследования ремонтоспособности сталей ...........93936.1.2. Анализ результатов эксперимента. Формирование базы данныхдля технологической инструкции на ремонт деталей ..................................................956.2.

Апробация и внедрение результатов исследований ............................................996.3. Оценка качества изделий машиностроения в процессе производства .................105Выводы по главе 6 ........................................................................................................111ЗАКЛЮЧЕНИЕ (ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ)114Литература119Приложения1274ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Современное машиностроение практически невозможно безкратковременных воздействий высоких температур на материал. Это характерно нетолько для процесса производства, но и при ремонтных работах, широко применяемыхво всех областях машиностроения при устранении дефектов и восстановлениигеометрических и служебных характеристик деталей.

Такие воздействия проявляются ввиде эволюции структуры металла в зоне термического влияния (ЗТВ). В результате, какправило, происходит в той или иной степени снижение физико-механическиххарактеристик (деградация) материала, что определяет его работоспособность,служебные иэксплуатационные свойстваизделийиих ремонтопригодность.Обеспечение эксплуатационной надѐжности машиностроительных деталей и изделий,каквнормальных,такивэкстремальныхусловиях,требуетобеспечениягарантированного уровня свойств материала при отрицательных температурах.Интенсивное освоение арктического и дальневосточного регионов страны стяжелыми климатическими условиями, связанное с разведкой, добычей, переработкой итранспортировкой полезных ископаемых и углеводородного сырья, при активномиспользовании различных видов наземной и морской техники, круглогодичномсудоходстве, широком строительстве многообразных объектов, в том числе на шельфеСеверного ледовитого океана, определяет необходимость применения в таких условияххладостойких низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, чтоактуализирует задачу получения при низких температурах удовлетворительной вязкостиметаллавместах,гдетехнологическилокализовановысокотемпературноекратковременное воздействие.

В первую очередь это касается применения созданныхнедавно (типа 07Г2НДМФБТ) и относительно новых (типа 10ХН3МД) хладостойкихвысокопрочных сталей, а также хорошо известных, но усовершенствованных в частихладостойкости сталей повышенной прочности (типа 10ХСНД), что требует расширениязнаний об изменениях их структуры и свойств после кратковременных локальныхнагревов для понимания механизма деградации этих сталей при таких термическихвоздействиях.Новые знания, полученные в рамках комплексных исследований особенностейпроцесса эволюции структуры и деградации свойств металла при кратковременныхлокальныхтехнологическихнагревахнизколегированныххладостойкихсталей5повышенной и высокой прочности с пределом текучести до 690 МПа, позволятобеспечить требуемый комплекс физико-механических и эксплуатационных свойств,высокоекачествоработоспособностьиремонтопригодностьматериалов,изделий,эксплуатируемыхприуспешнонизкихпрогнозироватьтемпературахвэкстремальных условиях, что имеет не только методологическое и научное значение дляматериаловедения, но и актуально для практики в различных отраслях машиностроения.Цель работы.

Обеспечение стабильности качества машиностроительных изделийиз низколегированных хладостойких сталей на основе выявления особенностейпроцесса эволюции структуры и свойств материала при кратковременных локальныхтермических воздействиях.Задачи исследования. Для достижения цели решались следующие задачи:1. Оценка влияния, анализ и моделирование технологических особенностейкратковременных локальных термических воздействий на характер структурныхизменений и степень деградации свойств машиностроительных материалов;2. Совершенствование методов исследования эволюции структуры и еѐ контроляв процессе технологических кратковременных локальных термических воздействий сцелью снижения деградации свойств в ЗТВ для обеспечения высокого качества приизготовлении изделий и их ремонтопригодности в процессе эксплуатации;3.

Экспериментальное исследование связей морфологических особенностейстроения и структурно-фазового состава сталей в ЗТВ с комплексом физикомеханическихиэксплуатационныхсвойств(прочностныхсвойств,вязкости,хладостойкости, ремонтоспособности) металла в этой зоне;4.Комплексныеиспытанияиопределениефизико-механическихэксплуатационных свойств исследуемых сталей на образцах и изделиях.