Диссертация (1026057), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Н. Э. Баумана на кафедре«Прикладная механика».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.На защиту выносятся следующие положения диссертации:1) Методикапроведенияианализрезультатовэкспериментальныхисследований деформирования низкоуглеродистой мартенситной сталипри повышенных температурах;102) Экспериментальные результаты, устанавливающие влияние различныхпараметров на механические свойства низкоуглеродистой мартенситнойстали в широком диапазоне температур;3) Полученная функциональная зависимость напряжений от деформаций сучетом скорости деформирования и температурного режима длянизкоуглеродистой мартенситной стали;4) Математическаямодельгорячейформовкизаготовкилопаткигидравлической турбины, учитывающая морфологию и фазовый составнизкоуглеродистой мартенситной стали.Личный вклад автора состоит в проведении экспериментов, обработке ианализерезультатов,разработкемоделидеформированияматериала(низкоуглеродистой мартенситной стали) для совершенствования изготовлениядеталейгидротурбин.Всеметаллографическиеисследованияиэкспериментальные 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.Апробацияработы.Основныеположенияирезультатыработыдокладывались на следующих конференциях:- школа-семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых,ИСМАН РАН (Черноголовка, 2012 г.);- школа-семинар «Школа молодых ученых», (Гренобль, 2013г.);- международная«Современныенаучно-инновационнаятвердофазныемолодежнаятехнологии:теория,конференцияпрактикаиинновационный менеджмент», ТГТУ, (г. Тамбов, 2013-2014г.);- X международная азиатская школа-семинар «Проблемы оптимизациисложных систем», Институт теоретической и прикладной математикиНАН КР, (г.
Бишкек, 2014 г.);11- VI Международная конференция «Проблемы механики современныхмашин», ВСГУТУ,( г. Улан-Удэ, 2015 г.);Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 8 научныхработах, в том числе в 3 рецензируемых журналах и изданиях, рекомендуемыхВАК РФ, общим объемом 4,11 п.л./2,65 п.л.Методы исследования. 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. При этом на поведение материала при деформированиивлияет две группы параметров, Рис.В2: экспериментальные параметры ипараметры микроструктуры. Параметры первой группы (температура, скоростьдеформирования, время, атмосфера и другие) выбираются в зависимости отпоставленных задач и могут быть изменены.
Вторая группа включает в себяфазовый состав стали, размер зерна, морфологию структуры и некоторыедругие. Эти параметры отражают структурное состояние материала во времяиспытаний. Однако размер зерна, фазовый состав и морфология стали могутзависеть от температуры. Поэтому для учета влияния микроструктуры напроцессдеформирования,необходимопредварительноопределитьзависимость фазового состава и его морфологии от температуры и скоростинагрева.Поведение материала при деформированииПараметрымикроструктурыМодельдеформированияматериаладругие(текстура,..)фазовыйсоставразмерзернаПараметрыэкспериментадругие(время, атмосфера..)температураИсследование микроструктурыРис.В2: Схема методики исследования.скоростьдеформирования12Разработанная модель деформирования материала была использована дляконечно-элементного моделирования в программном комплексе ANSYSпроцесса формовки заготовки лопатки гидравлической турбины.
На основаниианализарезультатовчисленногомоделированиябыливыработанырекомендации по совершенствования процесса изготовления.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и спискалитературы из 132 наименований.Общий обзор и анализ предыдущих научных работ, касающихсянастоящего исследования приведен в Главе 1. Показан типичный химическийсостав низкоуглеродистых мартенситных сталей и рассмотрены особенностифазовых превращений и факторы, влияющие на их кинетику и механизм.Приведен анализ методик экспериментальных исследований при высокихтемпературах.
Дан обзор уравнений, используемых для описания напряженнодеформированного состояния однофазных и двухфазных сталей. Приведенаинформация о механических свойствах аустенитных, мартенситных инизкоуглеродистых мартенситных сталей при повышенных температурах.ВГлаве2рассмотреныметодическиеаспекты,связанныесэкспериментальными исследованиями механических свойств сталей привысоких температурах. Представлена экспериментальная установка и образцы,и описаны параметры эксперимента, а также приведена методика обработкиполученных результатов.В Главе 3 представлены результаты испытаний на одноосное растяжение вдиапазоне температур от 600°С до 950°С.
Изучены влияние температуры,фазового состава и скорости деформации. А также предложена методикадвухэтапного деформирования с целью получения больших деформаций притемпературе 730°C.Экспериментальные данные, представленные в Главе 3, используются вГлаве 4 для определения уравнений состояния, которые дают возможность13численно описать поведение материала при высоких температурах. А также вГлаве 4 проведена верификация уравнений состояния.В Главе 5 приведено численное моделирование поведения материала привысокотемпературном деформировании с учетом морфологии и фазовогосоставасцельюнахождениярациональныхпараметровпроцессадеформирования. Показано численное моделирование трехточечного изгибаширокой полосы в конечно-элементном программном комплексе ANSYS 14.5.Проанализированы и определены параметры деформирования (температура искорость перемещения пуансона), которые позволяют получить необходимыйугол заготовки.
Также представлено численное моделирование формовкизаготовки лопатки гидротурбины.В заключении кратко суммируются полученные результаты, и делаютсяосновные выводы.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. и ПрижанС., сотрудникам кафедры «Прикладная механика» МГТУ им.
Н.Э. Баумана илаборатории«Материаловедения,механикииэлектрохимии»Политехнического Университета Гренобля за помощь и поддержку, оказанныепри выполнении работ.14Глава 1.Аналитический обзор исследований механических свойствнизкоуглеродистых мартенситных сталей с учетом микроструктурыВ настоящей главе приведен общий обзор и анализ предыдущих научныхработ, касающихся исследований свойств низкоуглеродистых мартенситныхсталей. В первом разделе главы описаны типичный химический состав ивлияние легирующих элементов низкоуглеродистой мартенситной стали нафазовый состав и ее свойства. Рассмотрены особенности фазовых превращенийи факторы, влияющие на их кинетику и механизм. Показаны возможностиизмельчения структуры низкоуглеродистых мартенситных сталей.
Во второмразделе главы приведен анализ методик экспериментальных исследований привысоких температурах, а также показано влияние параметров испытаний намеханические свойства материала. В третьем разделе главы дан обзоруравнений,используемыхдляописаниянапряженно-деформированногосостояния однофазных и двухфазных сталей. В четвертом разделе главыприведена информация о механических свойствах аустенитных, мартенситныхи низкоуглеродистых мартенситных сталей при повышенных температурах.1.1 Обзорособенностеймикроструктурыифазовыхпревращенийнизкоуглеродистых мартенситных сталейНизкоуглеродистые мартенситные стали – новый класс сталей, которыйбыл создан в 70-80-е годы XX века и предназначен для изготовления деталеймашин и сварных конструкций [14, 15].
Благодаря хорошей свариваемости икоррозионной стойкости, эти стали получили широкое применение в нефтяной,газовойпромышленностиигидроэлектроэнергетике.Множествоотечественных и зарубежных работ [9 - 13] посвящено исследованиюмикроструктуры низкоуглеродистых мартенситных сталей и ее влиянию на этисвойства.151.1.1 Химический и фазовый состав сталиВ работах Клейнера Л.М., Шацовой А.А., Мельниковой Н.П. и других[10, 11, 15] рассмотрены формирование и особенности микроструктуры этогокласса сталей.
Описано влияние элементов химического состава на свойства иструктурное состояние низкоуглеродистых мартенситных сталей.Особое внимание при этом уделяется содержанию углерода, так как егоповышенное содержание приводит к существенному снижению пластичности,ударной вязкости, общей коррозиииухудшению свариваемости [15, 16].Поэтому для этих сталей содержание углерода максимально снижено, менее0.2%.Легирующие элементы оказывают влияние не только на свойства стали,но и на фазовый состав стали, температуру и кинетику фазовых превращений.Хром, никель и молибден – важнейшие легирующие элементы сталей:- хром способствует повышению окисления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
