Диссертация (1026057)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙМЕХАНИЧЕСКИХОБЗОРСВОЙСТВИССЛЕДОВАНИЙНИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХМАРТЕНСИТНЫХ СТАЛЕЙ С УЧЕТОМ МИКРОСТРУКТУРЫ ..................... 141.1 Обзор особенностей микроструктуры и фазовых превращенийнизкоуглеродистых мартенситных сталей ............................................................. 141.1.1 Химический и фазовый состав стали ............................................................

151.1.2 Анализ факторов, влияющих на фазовые превращения ............................. 171.1.3 Обзор методов получения мелкозернистой структуры .............................. 221.2 Анализ методик экспериментального исследования деформированиястали при высоких температурах ............................................................................

231.3 Обзор уравнений для описания напряженно-деформированного состояниясталей при высоких температурах........................................................................... 281.4 Обзор свойств низкоуглеродистых легированных сталей при высокихтемпературах ..............................................................................................................

341.4.1 Аустенитные стали ......................................................................................... 361.4.2 Мартенситные стали ....................................................................................... 401.4.3 Низкоуглеродистые мартенситные стали ..................................................... 421.5 Выводы к главе 1 ...............................................................................................

44ГЛАВА 2.МЕТОДИКАПРОВЕДЕНИЯРЕЗУЛЬТАТОВЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХМЕХАНИЧЕСКИХСВОЙСТВМАТЕРИАЛАИОБРАБОТКИИССЛЕДОВАНИЙПРИВЫСОКИХТЕМПЕРАТУРАХ ..................................................................................................... 462.......................................................................................................................... Стр.2.1 Методика проведения экспериментальных исследований ........................... 462.1.1 Испытательная установка ..............................................................................

482.1.2 Образцы для испытаний ................................................................................. 502.1.3 Выбор температуры испытаний .................................................................... 512.1.4 Длительность испытаний ............................................................................... 522.2 Обработка результатов эксперимента.............................................................

562.2.1 Обработка и анализ экспериментальных диаграмм .................................... 562.2.2 Микроструктурный анализ образцов после деформирования ................... 582.3 Выводы к главе 2 ............................................................................................... 59ГЛАВА 3.РЕЗУЛЬТАТЫИССЛЕДОВАНИЙЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХМЕХАНИЧЕСКИХСВОЙСТВНИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫСОКИХТЕМПЕРАТУРАХ ..................................................................................................... 603.1 Исследование влияния размера зерна на механические свойстванизкоуглеродистой мартенситной стали при высоких температурах .................

603.1.1 Результаты испытаний на растяжение при температуре 850°C. ................ 603.1.2 Результаты испытаний на растяжение при температуре 730°С ................. 673.1.3 Выводы по разделу 3.1 ................................................................................... 733.2 Исследование влияние фазового состава на деформированиенизкоуглеродистой мартенситной стали ................................................................ 753.2.1 Результаты испытаний на растяжение в интервале температур 800°С 950°С . .........................................................................................................................

773.2.2 Результаты испытаний на растяжение аустенитной фазы притемпературах ниже 800°С ........................................................................................ 833........................................................................................................................ Стр.3.2.3 Результаты испытаний на растяжение в интервале температур 680°С 800°С. .......................................................................................................................... 863.2.4 Результаты испытаний на растяжение в интервале температур 600°С 680°С. ..........................................................................................................................

913.3 Методика и результаты двухэтапного испытания на растяжение ............... 943.3.1 Определение основных параметров двухэтапного деформирования ........ 953.3.2 Результаты испытаний на растяжение с использованием двухэтапногонагружения .................................................................................................................

993.4 Выводы к главе 3 ............................................................................................. 103ГЛАВА 4.ОПРЕДЕЛЕНИЕИВЕРИФИКАЦИЯУРАВНЕНИЯСОСТОЯНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ ВШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ТЕМПЕРАТУР......................................................... 1054.1 Формулировка уравнений состояния ............................................................ 1054.1.1 Уравнение состояния для аустенита ........................................................... 1064.1.2 Уравнение состояния для мартенсита......................................................... 1104.1.3 Уравнение состояния для двухфазной структуры .....................................

1114.2 Верификация уравнений состояния .............................................................. 1214.2.1 Моделирование процесса релаксации ........................................................ 1214.2.2 Моделирование одноосного растяжения образца ..................................... 1234.3 Выводы к главе 4 ............................................................................................. 127ГЛАВА 5.ЧИСЛЕННОЕМОДЕЛИРОВАНИЕПОВЕДЕНИЯМАТЕРИАЛА ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ СУЧЕТОМ МОРФОЛОГИИ И ФАЗОВОГО СОСТАВА СТАЛИ ....................... 1285.1 Модель деформирования материала при сложном напряженномсостоянии ................................................................................................................. 1285.2 Моделирование трехточечного изгиба ......................................................... 1304..........................................................................................................................

Стр.5.3 Моделирование процесса формовки лопатки гидравлической турбины .. 1405.4 Выводы к главе 5 ............................................................................................. 145ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙРАБОТЕ .................................................................................................................... 146СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 1475ВведениеНа сегодняшний день гидроэлектроэнергетика является одним из наиболееэффективных направлений энергетической отрасли [1-3].

Определяющимкомпонентом ГЭС является гидротурбина. Существуют два основных классагидротурбин: реактивные и активные. Для каждой группы существуетнесколько типов турбин, например, наиболее распространенными реактивнымитурбинами являются радиально-осевые и поворотно-лопастные. Несмотря назначительные различия в устройстве и принципе работы гидротурбин, ихосновной деталью является рабочее колесо с лопастями. Диаметры крупныхгидротурбин варьируются от 2 метра до 10 метров в зависимости от мощностии применения.Рис.B1.

Пример турбины типа фрэнсис [4].Производствокрупногабаритныхдеталейгидротурбиныявляетсясложным, металлоемким, энергоемким и дорогостоящим процессом. Можновыделить четыре основных этапа изготовления рабочего колеса гидротурбины:производство основных элементов (лопаток, обода), механическая обработкадля подготовки деталей к сварке, сварка и финальная обработка (механическаяи термическая). Точность формы лопаток турбины определяет возможностьполучения заданной производительности турбины в целом [5].

Выделяют дваосновных способа изготовления лопаток: литье [6] и горячая формовка [7].6Литье - менее металлоемкий процесс, но требующий значительных трудозатратпри последующей обработке заготовки и ручной полировке поверхности, дляисправления отклонений толщины и формы.Горячая формовка позволяетполучить очень высокую точность формы и толщины, тем самым, исключивручную постобработку поверхности. Однако оба этих процесса производствадеталей гидравлических турбин включают в себя множество сварочныхопераций, для получения сложных форм. Это требует использованиядополнительного количества сплава и большего объѐма постобработки.

Все этовлияет на время изготовления, издержки и качество деталей.Одним из прогрессивных способов изготовления таких деталей являетсяформообразование заготовки методом пластического (или сверхпластического)деформирования. Данный метод обладает рядом преимуществ, таких какповышенная размерная и геометрическая точность изготовления, отсутствиеперехода в жидкое состояние материала, снижение металлоемкости и временипроизводства.Материал, используемый для изготовления лопаток, оказывает большоевлияниенавыбортехнологиипроизводства.Основныетребования,предъявляемые к материалу, прежде всего, связаны с эксплуатационнымисвойствами, такими как устойчивость к коррозии, прочность и свариваемость.Мартенситные, аустенитные, а также дуплексные стали используются вкачестве материалов для изготовления колес гидротурбин, в зависимости оттипов и размеров турбины.

Одни из наиболее распространенных сталей – этолегированные стали типа 16Cr5Ni, 13Cr4Ni, 13Cr1Ni и т.д. [2].Низкоуглеродистыемартенситныелегированныесталиимеютрядпреимуществ над другими видами сталей, таких как:- более высокая стойкость к коррозии по сравнению с дешевымиуглеродистыми сталями (ферритные стали);- более высокая свариваемость, чем у аустенитных сталей;7- повышенная пластичность и прочность на разрыв, а также экономичноелегирование (на 25% дешевле) по сравнению с дуплексными нержавеющимисталями [8].Такое сочетание факторов делает эти стали экономически выгодными длягидроэлектроэнергетики.Множество работ [9 - 13] посвящено исследованию микроструктуры ифазовых переходов в низкоуглеродистых мартенситных сталях, в связи сшироким применением данных сталей в сварных конструкциях.

Однако оченьмало внимания уделено исследованию механических свойств данных сталейпри высоких температурах, несмотря на их широкое применение приизготовлении методами горячей формовки. Численный анализ напряженнодеформированого состояния выбранного материала в условиях горячегодеформирования позволяет определять рациональные параметры процессаформовки без натурных экспериментов. Таким образом, актуальностьдиссертационной работы определяется необходимостью разработки моделидеформирования низкоуглеродистой мартенситной стали с целью определениявозможностиихиспользованиявпроизводстведеталейметодамипластического и сверхпластического деформирования.Целью диссертационной работы является определение и созданиематематической модели деформирования низкоуглеролистой мартенситнойсталипривысокихпроизводстватемпературахдеталейдлягидротурбинсовершенствованияметодомпроцессапластическогоилисверхпластического деформирования.Для достижения цели в диссертации поставлены следующие задачи:1) Провести экспериментальное исследование упругопластических свойствнизкоуглеродистой мартенситной стали класса 1.4313 при температурах от650°С до 950°С;2) Установить влияние параметров структуры (размер зерна, фазовыйсостав,морфология)напроцессдеформированиямартенситной стали при температурах от 650°С до 950°С;низкоуглеродистой83) Разработатьматематическуюмодельдеформированиянизкоуглеродистой мартенситной стали, учитывающую морфологию и фазовыйсостав стали и описывающую его свойства в указанном диапазоне температур;4) Разработать численную модель процесса формообразования заготовкидля деталей гидравлических турбин с целью установления рациональныхтехнологическихпараметровтаких,каквремя,силаискоростьдеформирования;5) Выработать рекомендации по выбору параметров для процесса горячегодеформирования деталей из исследуемой стали при условии снижениятемпературы формовки.Научная новизна работы заключается в:- Планировании, проведении и получении экспериментальных данных одеформировании низкоуглеродистой мартенситной стали класса 4.313при повышенных температурах (650°С - 950°С);- Определении функциональной зависимости напряжений от деформаций,учитывающей влияние морфологии и фазового состава стали ипозволяющей описать поведение низкоуглеродистой мартенситнойстали в широком диапазоне температур;- Разработке математической модели горячей формовки заготовкилопаткигидравлическойтурбины,учитывающейморфологиюифазовый состав низкоуглеродистой мартенситной стали, позволяющейопределять рациональные параметры процесса без проведения натурныхиспытаний;- Получениирезультатов,устанавливающихвлияниеразличныхпараметров на процесс горячей формовки из низкоуглеродистоймартенситной стали в широком диапазоне температур.Достоверность результатов подтверждается применением комплексасовременнойэкспериментальнойиспользованиемкомплексавоспроизводимостьюитехникиисовременныхнепротиворечивостьюизмерительныхметодоврезультатов,приборов;исследования;полученных9различными методами; применением классических положений механикитвердого тела.Практическая значимость диссертации:- Получены новые экспериментальные данные о механических свойствахнизкоуглеродистой мартенситной стали класса 1.4313 для рационализациипроизводства деталей гидравлических турбин;- Определена функциональная зависимость напряжений от деформаций сучетом скорости деформирования и температурного режима обработки длянизкоуглеродистой мартенситной стали;- Разработана методика расчета процесса формообразования детали,учитывающая свойства низкоуглеродистой мартенситной стали;- Выданы рекомендации по совершенствованию процесса изготовлениядеталей гидравлических турбин.Работа нашла свое применение в практике моделирования материаловна ООО «Фидесис» и в учебном процессе МГТУ им.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации