Автореферат (1026056), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Модель деформирования материала в широкомдиапазоне температур, учитывающая изменения структуры стали, быларазработана на основании экспериментальных данных. Поведение материалапри высокой температуре было исследовано с помощью испытаний наодноосное растяжение. Разработанная модель деформирования материала былаиспользована для конечно-элементного моделирования в программномкомплексе ANSYS процесса формовки заготовки лопатки гидравлическойтурбины. На основании анализа результатов численного моделирования быливыработаны рекомендации по совершенствованию процесса изготовления.Личный вклад состоит в проведении экспериментов, обработке и анализерезультатов,разработкемоделидеформированияматериала(низкоуглеродистой мартенситной стали) для совершенствования изготовлениядеталей гидротурбин.
Всеметаллографические исследования иэкспериментальные исследования механических свойств нового материалабыли проведены автором лично. Результаты, представляющие научнуюновизну и выносимые на защиту, получены лично автором, либо при егонепосредственном участии, что подтверждено публикациями. Во всехнеобходимых случаях заимствования чужих результатов в диссертацииприведены ссылки на литературные источники.Реализация работы.
Экспериментальная методика установлениядеформационныхпараметровматериала,результатыисследованийпластических свойств низкоуглеродистой мартенситной стали, а также модельдеформирования, учитывающая связь структурного состояния с комплексоммеханических свойств стали используются на кафедре «Прикладная механика»МГТУ им. Н.Э.
Баумана в курсе «Прикладная теория пластичности иползучести». Разработанная методика учета морфологии и фазового составастали в уравнениях состояния при конечно-элементном моделировании, а такжеКЭ модель горячего деформирования лопатки гидротурбины используется всоздании программно-расчетного комплекса в ООО «Фидесис».Работа является частью исследований, проводимых в 2011-2015 годах посовместному договору между МГТУ им. Н.Э. Баумана и компанией Альстом врамках совместной аспирантуры с Политехническим Университетом Гренобля.Отдельные результаты настоящей работы получены в рамках работ поСоглашению о предоставлении субсидии № 14.577.21.0114 от 23 сентября2014г.
c Министерством образования и науки Российской Федерации.Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта)RFMEFI57714X0114.Апробация результатов исследования. Основные положения ирезультаты работы докладывались на следующих конференциях:41. Школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых,ИСМАН РАН, (Черноголовка, 2012 г.);2.
Школа-семинар «Школа молодых ученых», (Гренобль, 2013г.);3. Международная научно-инновационная молодежная конференция«Современные твердофазные технологии: теория, практика иинновационный менеджмент», ТГТУ, (г. Тамбов, 2013г., 2014г.);4. X международная азиатская школа-семинар «Проблемы оптимизациисложных систем», Институт теоретической и прикладной математикиНАН КР, Кыргызская Республика, (г. Бишкек, 2014г.);5. VI Международная конференция «Проблемы механики современныхмашин», ВСГУТУ, (г.
Улан-Удэ, 2015г.).Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 3 статьив рецензируемых журналах и изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, общимобъемом 4,11 п.л./2,65 п.л.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,выводов и списка литературы, изложена на 159 страницах, включая 97рисунков и 20 таблиц. Список литературы содержит 132 наименования.Благодарности.
Автор выражает благодарность научному руководителюд.т.н., профессору Данилову В.Л., д.т.н., профессору Бландену Ж.-Ж.,профессору Верон М., сотрудникам компании Альстом Фрешинет С. иПрижан С., сотрудникам кафедры «Прикладная механика» МГТУ им. Н.Э.Баумана и лаборатории «Материаловедения, механики и электрохимии»Политехнического Университета Гренобля за помощь и поддержку, оказанныепри выполнении работ.Содержание работыВо введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы,научная новизна и практическая значимость, приводятся методологияисследования и доказательства необходимости подробных знаниймикроструктуры и фазовых превращений при нагреве, а также краткоесодержание работы по главам.В первой главе приведен общий обзор и анализ предыдущих научныхработ, касающихся настоящего исследования. Рассмотрены особенностимикроструктуры и фазовых превращений низкоуглеродистой мартенситнойстали.
Приведены типичный химический состав и влияние легирующихэлементов низкоуглеродистой мартенситной стали на фазовый состав и еесвойства. В работах Carroug D., Kapoor R., Rojas M., Tong W., Зельдовича В.И.,Дьяченко С.С. и других рассмотрены факторы, влияющие на кинетику имеханизм фазовых превращений. На основании работ Садовского В.Д.,Ряпсова И.В., Клейнера Л.М.
и других показаны возможности термическогоизмельчения структуры низкоуглеродистых мартенситных сталей.Приведенобзорметодикэкспериментальныхисследованийдеформирования стали при высоких температурах. Показано влияниепараметров испытаний на механические свойства материала. Одними из5основных параметров испытаний для изучения механических свойствматериала является температура и скорость деформации. Для количественнойоценки влияния скорости деформации на напряжения течения вводят такназываемыйпараметрчувствительностикскоростидеформации.Чувствительность к скорости деформации является важным параметромматериала, который описывает способность материала сопротивлятьсяобразованию шейки и является одним из ключевых факторов для определениямеханизма деформации. Экспериментальным методам определения значенияэтого параметра посвящены работы Бэкофена В., Грабского М.В., Хэдворта Дж.и других.Представлен обзор уравнений, используемых для описания напряженнодеформированного состояния однофазных и двухфазных сталей.
Одним изсамых распространенных уравнений для описания высокотемпературногодеформирования однофазной стали при растяжении является степенной законползучести с упрочнением:σ = εn exp( )(1)где В – постоянная материала, σ – напряжение ползучести, ε – деформацияползучести, - скорость деформации ползучести, m – чувствительность кскорости деформации, n - параметр упрочнения, Q - энергия активациидеформации ползучести, R - универсальная газовая постоянная и Т температура деформации.Ползучесть может осуществляться посредством различных механизмов,таких как дислокационнаяползучесть, межзеренное скольжение идиффузионная ползучесть.
Каждый механизм деформации описываетсяопределенным набором значений параметров ( m и Q,) материала.В работах Calminger M., Antoun B., Roy K., Tong W., Богачева И.И. идругих приведены основные результаты предыдущих исследованийдеформирования при повышенных температурах аустенитных, мартенситных инизкоуглеродистых мартенситных сталей близких по химическому составу кисследуемой стали.
Показано, что мартенситные стали имеют наибольшиезначения предела прочности при низких температурах, которые быстропонижаются при повышении температуры и становятся значительно ниже, чему большинства аустенитных марок сталей.На данный момент не представлена модель деформированиянизкоуглеродистой мартенситной стали в широком интервале температур,учитывающая влияние не только температуры и скорости деформации, но ифазового состава.
Поэтому ее разработка позволит совершенствовать процессыизготовления крупногабаритных деталей гидравлических турбин методамипластического деформирования с помощью математического моделированияповедения материала.6Во второй главе рассмотрены методические аспекты, связанные сэкспериментальными исследованиями механических свойств сталей привысоких температурах.Однимиизосновныхпараметроввысокотемпературногоформообразования заготовок деталей являются температура и скоростьдеформирования. Изготовление деталей методами пластического илисверхпластического деформирования, как правило, проводится притемпературах от 800°С до 1050°С. Однако высокая температура обработкиможет привести к возникновению крупнозернистой структуры, особенно примедленном охлаждении, что понижает качество заготовок.
Скоростьдеформирования выбирается с учетом того, что ее снижение приводит куменьшению силы деформирования. Однако медленное проведение процессаформообразования приводит к чрезмерному охлаждению заготовки, чтонежелательно из-за повышения сопротивления деформации. Поэтому длясоздания математической модели деформирования низкоуглеродистоймартенситной стали при высоких температурах с целью совершенствованияпроцесса изготовления крупногабаритных заготовок лопаток гидравлическихтурбин, необходимы исследования физико - механических свойств этих сталейв интервале температур от 600°C до 950°C и скоростей от 10-4 с-1 до 0.01с-1.В связи с этим были проведены испытания низкоуглеродистоймартенситной стали на одноосное растяжение на установке Zwick 100, с цельюустановления функциональной зависимости напряжений от деформаций винтервале температур от 600°C до 950°C, а также определения основныхпараметров материала, таких как чувствительность к скорости деформации,влияние размера зерна и энергии активации деформации.
Нагружение образцов,в зависимости от цели испытания, велось до разрушения, либо до достижениязаданного удлинения. Для проведения испытаний при высоких температурах,установка была дополнительно оборудована печью и вакуумным насосом.Вакуумный насос способен создавать вакуум до 10-6 мбар с точностью0.1%. Температура нагрева печи от 20°C доF1500°C со скоростями от 1°C/мин до 20°C/мин итермопара№1точностью задания температуры 1°C. Контрольтемпературы образца во время экспериментаосуществлялся с помощью трех контактныхперемещение,,ммтермопар (Рис.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
