Автореферат (1026056), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Теоретическое описание такого рода кривыхсоответствует теории ползучести с упрочнением со следующим соотношениеммежду скоростью деформации ползучести, температурой, напряжением идеформацией ползучести: = 2 2 2/(2)где σA - напряжение, ε – деформация ползучести, - скорость деформацииползучести, m2 – чувствительность к скорости деформации аустенитной фазы,n - параметр упрочнения, Q2 – энергия активации деформации для аустенитнойфазы; АA - эмпирическая константа.Кривые деформирования мартенсита не имеют упрочнения. Теоретическоеописание такого рода кривых соответствует теории ползучести без упрочнения:M = M 1 1 m1/(3)где σM – напряжение, m1 – чувствительность к скорости деформации длямартенситной фазы, Q1 – энергия активации деформаций мартенситной фазы,AM - эмпирическая константа.11В соответствии с экспериментальными исследованиями микроструктуры имеханических свойств, при температурах 680°C - 730°C сталь была рассмотренакак дисперсно-упрочненная, и описана следующим уравнением состояния:1 = (1 − )−ℎ( 1) 1 1 1/(4)где σ1 - напряжение, - скорость деформации ползучести, m1 чувствительность к скорости деформации (мартенсита), Q1 – энергия активации(для мартенсита); AМ - эмпирическая константа мартенсита, f - объемная доляаустенита при заданной температуре (Т), h(m1) – показатель функцииупрочнения, который определяется как:ℎ 1 = 0.39 1 − 1 + 2.5(1)(5)Однако уравнение состояния (4) описывает поведение материала приусловии, что вторая фаза не образует замкнутой структуры в материале и недеформируется.Учитывая, что при температурах 730°C - 800°C аустенит являетсяосновной фазой, испытывающей деформации, а также, что он более труднодеформируемый, и при этом микроструктурный анализ не выявил кавитаций воднородной области деформации на границах зерен, необходимо, чтобымартенситная фаза имела такие же деформации.
Основываясь на этих фактах,уравнение состояния было записано в виде суммы напряжений аустенитной имартенситной фазы, так как обе фазы имеют одинаковую деформацию:2 = + (1 − )(6)где σ2 - напряжение, f - объемная доля аустенита при данной температуре; σА –напряжения в аустенитной фазе, определяемые по уравнению состояния (2), σМ– напряжения в мартенситной фазе, определяемые по уравнению состояния (3).Рис. 5. Сравнение экспериментальных и теоретических кривых,рассчитанных по уравнениям (2), (3), (4) и (6) прииспытании со скачкообразным изменением скоростидеформации при 680°С, 720°С, 750°С и 800°С.Параметры уравнения состояния были найдены методом аппроксимацииэкспериментальных кривых.
В данной работе для определения параметровуравнения использовался метод наименьших квадратов. Все параметры12уравнения определялись взоне однородной деформации поэкспериментальным кривымпри постоянной скорости деформации.Экспериментальные кривые со скачкообразным изменением скоростидеформации использовались для верификации полученного уравнениясостояния100 A, %75M50M+AAA+M250730 C650675680 CM700725750680 C – 730 CM775800730 C – 800 CA825T,850C> 800 CAAмартенситМартенсит инедеформируемыеаустенитные зерна = == / = − −, /m1 = 0,14Q1 = 330кДж/мольm = m1Q = Q1MАустенит иаустенитнебольшиемартенситные зерна = == + ( − ) = /m2 = 0,17m=0,15n = 0,15Q1, Q2Q2 = 340кДж/мольРис.6.
Уравнения состояния и параметры материала в зависимости отморфологии и фазового состава стали.Для проверки адекватности выбранных уравнений, а также возможностиописания поведения материала при различных историях нагружения, былапроведена верификация полученных уравнений на примере процессарелаксации. С использованием полученных уравнений была решена задача орелаксации напряжения растянутого образца при температуре 800°C, а затемпроведено сравнение с экспериментальными данными.Для проверки возможности использования полученных уравнений длячисленных расчетов методом конечных элементов было проведено сравнениеэкспериментальных данных и результатов расчета в программном комплексеANSYS при моделировании процесса растяжения.Основным результатом главы является разработанная модельдеформирования низкоуглеродистой мартенситной стали в широком диапазонетемператур, учитывающая морфологию и фазовый состав стали, котораяпозволяет моделировать поведения материала при высоких температурах.В пятой главе показано обобщение полученных уравнений на случайсложного напряженного состояния.
Представлено численное моделированиетрехточечного изгиба широкой полосы в конечно-элементном программном13комплексе ANSYS с использование уравнений состояния, полученных в главе4. Проанализированы и определены параметры деформирования (температура искорость перемещения пуансона), которые позволяют получить необходимуюформу заготовки. Представлено численное моделирование формовки заготовкилопатки.Лопатки гидротурбин имеют сложную форму, которая постоянносовершенствуется с целью повышения их производительности. Одной изосновных операций изготовления лопаток гидротурбин является горячаяформовка.
Основные деформации при формовке связаны с изгибом. Дляупрощения соединений деталей необходимо формирование заготовок сложнойформы, в которых максимальный угол изгиба составляет 90°. В связи с этимтрехточечный изгиб – это самый простой способ определения возможностиформирования необходимого угла заготовки. Поэтому для моделирования былавыбрана данная задача. Целью моделирования являлось определениевозможности изгиба заготовок на угол 90° и оптимизация параметровдеформирования (уменьшения силы и температуры формовки), Рис.7.F, кННа основании результатов350численногомоделированияR2=0,06 м300трехточечногоизгибабыло250R2=0,1 мустановлено, что:200- изгиб на угол 90° в пределах150100допустимыхдеформацийR2=0,15 м50возможен при 800°С со скоростью0перемещенияпуансонавT, C720750780810диапазоне0,016мм/сдоРис.7.
Зависимость максимальной силы от 0,0008мм/с,радиуспуансонатемпературы и радиуса пуансона более 0,06м;прискоростиперемещения- уменьшение температуры0,0008 мм/с.деформированияприводиткувеличению силы и уменьшениюдопустимой скорости деформирования;- температура 800°С может быть выбрана в качестве оптимальнойтемпературы для горячей штамповки, поскольку она обеспечивает большийугол изгиба в широком диапазоне скоростей деформации.Используя уравнения состояния, полученные в предыдущей главе, а такжерезультаты трехточечного изгиба было проведено моделирование процессаформовки лопатки гидравлической турбины. Численный анализ позволяетопределять рациональные параметры процесса формовки без натурныхэкспериментов.
Целью моделирования являлось определение силы, котораявозникает при штамповке заготовки лопатки гидравлической турбины, а такжеопределение возможности формовки сложной формы с углом 90°.Результаты численного анализа напряженно-деформированного состояниязаготовки лопатки при горячем деформировании показаны на Рис.8. На14основании результатов расчета и предыдущих экспериментальныхисследований деформирования низкоуглеродистой мартенситной стали взаданных условиях, установлено, что при температуре формовки 800°С искорости перемещения пуансона в диапазоне 0,016мм /с до 0,0008мм/свозможно получение более сложной формы лопатки гидротурбины бездостижения предельно допустимых деформаций.а)Распределениеэквивалентной б) Распределение эквивалентногодеформации.напряжения.Рис.8. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния пригорячей формовке лопатки гидротурбины с усложненной геометрией.Таким образом, предложенная модель позволяет определять параметрыгорячего деформирования заготовок деталей гидротурбин, обеспечивающиенеобходимые значения деформаций без повреждений.Основные результаты и выводы1.
Получены новые экспериментальные данные о деформированиинизкоуглеродистой мартенситной стали при испытаниях на растяжение винтервале температур 650°С - 950°С.2. Установлено влияние скорости деформации, а также морфологии ифазового состава на процесс деформирования низкоуглеродистоймартенситной стали.3.
Предложена методика проведения двухэтапных испытаний на растяжениепри различных температурах. Экспериментально установлено, что такаяметодика приводит к уменьшению длительности деформированияпримерно на 30% и увеличению зоны однородной деформации.4. На основе положений механики деформируемого твердого теларазработана модель деформирования перспективной низкоуглеродистоймартенситной стали в широком интервале температур (650°С-950°С),учитывающая связь структурного состояния с комплексом механическихсвойств.5. Представлена конечно-элементная модель лопатки турбины сиспользованием разработанной модели материала, которая позволяет15определять параметры горячего деформирования заготовки длясовершенствования процессов изготовления деталей гидротурбин.6.
Показано, что формовка при температуре 800°С обеспечиваетнеобходимые значения деформаций без повреждений в широкоминтервале скоростей перемещений при снижении силы штамповки.1.2.3.4.5.6.7.8.16Список литературы:Колебина Н.В., Данилов В.Л., Верон М., Прижан С. Исследованиекратковременной ползучести перспективной турбинной стали // Наука иобразование.Электрон.журн.,2014.Вып.11.DOI:10.7463/1114.0733687 (0.810 п.л./0.35п.л.)Колебина Н.В., Данилов В.Л., Фрешинет С. Получение мелкозернистойструктуры термообработкой в низкоуглеродистых мартенситных сталях// Наука и образование.
Электрон. журн., 2015. Вып. 11. DOI:10.7463/0915.0810545 (1.155п.л./0.45п.л.)КолебинаН.В.,ДаниловВ.Л.Моделированиепроцессавысокотемпературного деформирования низкоуглеродистой стали //Системы управления и информационные технологии, 2016, №2(64), 98100 (0.345п.л./0.2 п.л.)КолебинаН.В.идр.Изучениемикроструктурыновойнизкоуглеродистой мартенситной стали // 5-я международная научноинновационная молодежная конференция: Материалы НТК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
