Диссертация (1143872), страница 15
Текст из файла (страница 15)
формулу (2.1) в главе 2). Поэтому ее свойства в ЗТВбудут еще более показательны. Исследования этой стали проводил к.т.н. В.Н.Старцев,исследования микроструктуры были поручены автору настоящей диссертации (рис.5.5).зона полной перекристаллизацииучасток перегревазона отпусказона частичной перекристаллизацииРис.5.5. Микроструктура зоны термического влияния после воздействия электронноголуча на сталь 12Х2Н4МД, х500Металлографические исследования показали, что металл стали 12Х2Н4МД научасткеперегревасостоитизкрупноигольчатоймартенситнойструктуры,представленной пакетным и пластинчатым мартенситом (рис. 5.5 а).
За ней следуетвторой участок полной перекристаллизации, с более дисперсной структурой, где можнонаблюдать более мелкие зерна, преимущественно мартенситные, образовавшиеся при86температурах выше Ас3 (рис. 5.5 б). Зона частичной перекристализации, котораясформирована при температурах от Ас3 до Ас1, отличается мелкодисперсной, так жепреимущественно мартенситной структурой, (рис. 5.5 в).
В зоне отпуска (температурынижеАс1)наблюдаютсямартенсито-бейнитныеструктуры,синтенсивнымкарбидообразованием по границам и внутри зерен. Справа к ней непосредственнопримыкает структура основного металла (визуально не претерпевшая изменений) (рис.5.5 г). Результаты испытаний образцов из этой стали показали, что прочностныехарактеристики и работа удара металла сварных соединений, в том числе по линиисплавления, отвечают нормативным требованиям.Часть проб металла, макрошлиф одной из которых представлен на рис.5.2б, былисохранены. В дальнейшем исследования этих проб были продолжены в рамкахнастоящей работы. После повторного прохода ЭЛ из них были изготовлены образцыШарпи с надрезом в соответствии со схемой рис. 5.2б, т.е. с надрезом по участкукрупного зерна ЗТВ в месте двукратного воздействия термического цикла.Послеиспытаний практически такие же результаты были получены, как и при испытанияхобразцов, вырезанных из металла после однократного теплового воздействия.
Крометого, исследования металла вышеупомянутых сталей были проведены после повторныхмногократных нагревов для оценки их ремонтоспособности (описание и анализ этихисследований включены в главу 6).Результатыанализаструктурыииспытанийобразцовпоказываютперспективность электронно-лучевых технологии взамен дуговых при производствемашиностроительных деталей и изделий из исследуемых хладостойких сталей иобосновывают возможность обеспечения лучевыми способами стабильного качестваметалла с высокими прочностными свойствами в области теплового воздействияэлектронного луча в сочетании с высокой его вязкостью, в том числе, при низкихтемпературах до минус 60ºС.5.2.
Исследование воздействия лазерного луча на металлКонцентрация энергии при воздействии лазерного пучка на материал достигает109 Вт/см2, что на 2 порядка выше, чем у электронного луча [75]. Для изучениятеплового воздействия на исследуемые стали лазерного излучения использовалсяволоконный лазер IPG-IRE-Polus с защитой зоны нагрева аргоном.87Для сравнительного анализа были изготовлены пробы из листового проката извысокопрочнойсталимарки10ХН3МД(длясопоставлениясрезультатамиисследований, полученными при воздействии электронного луча на эту сталь), а такжеиз стали повышенной прочности 10ХСНД.Исследование влияния характеристик термических циклов при нагревах лазернымизлучением металла проводилось по методике аналогичной исследованию воздействияЭЛ.
После разделки пробы шлифы травились в нитале и размечались под вырезкуобразцов. Образцы Шарпи были вырезаны в поперечном направлении с надрезом поучастку крупного зерна для исследования работы удара в ЗТВ. Поперечныецилиндрические образцы вырезались так же с целью установить является ли участокперегрева самым слабым звеном, или крупнозернистый участок ЗТВ в части прочностине уступает другим зонам.Результаты испытаний образцов на статическое растяжение и ударный изгиб,вырезанных из проб в поперечном направлении относительно движения лазерного лучаприведены в таблицах 5.3 и 5.4.Таблица 5.3Результаты испытаний образцов на статическое растяжениеМарка сталиПогоннаяэнергиякДж/ммТип ирасположениеобразцаВременноесопротивление,МПа10ХСНД1,125Тип ПГОСТ 6996Поперечный509-5275190,750Тип ПГОСТ 6996Поперечный515-5355240,500Тип ПГОСТ 6996Поперечный840-8848650,350Тип ПГОСТ 6996Поперечный856-88787110ХН3МДМесторазрушенияосновнойметалл88Исходя из результатов (табл.
5.3) все испытанные поперечные цилиндрическиеобразцы разрушились по основному металлу. Таким образом, показано, что ЗТВ неявляется самым слабым звеном в материале после воздействия лазерного луча на стали10ХСНД и 10ХН3МД, т.е. крупнозернистый участок ЗТВ, которому в работе уделяетсяосновное внимание, на исследуемых сталях в части прочности не уступает основномуметаллу.Таблица 5.4Результаты испытаний на ударный изгиб образцов Шарпи с надрезом по участкукрупного зерна ЗТВМаркастали10ХСНД10ХН3МДПогоннаяэнергиякДж/ммТемператураиспытания,ТипобразцаРабота удара,Дж1,125− 40Тип 1ХГОСТ 699683-2171490,750− 40Тип 1ХГОСТ 699676-1831310,500− 60Тип 1ХГОСТ 699688-1231090,350− 60Тип 1ХГОСТ 699695-126112ВидРазрушенияСВязкоеПри испытаниях на ударный изгиб образцов Шарпи с надрезом по участкукрупного зерна ЗТВ происходило вязкое разрушение материала с распространением всторону основного металла.
Значения работы удара при температурах испытаниязначительно превышают требования технической документации для исследуемыхсталей (согласно требованиям РМРС работа удара образцов Шарпи при температуреиспытания − 40 С для стали 10ХСНД должно быть не ниже 50 Дж и для стали10ХН3МД при − 60 С не ниже 78 Дж).Структурные изменения металла в ЗТВ при тепловом воздействии лазера навысокопрочные стали мало изучены. В литературе можно найти только единичныепубликации, касающиеся этого вопроса, см., например, работы [78, 81].89Известно, что жесткий термический цикл может приводить к повышеннойхрупкости металла в определенных участках ЗТВ и появлению холодных трещин [63].Исследование структурных изменений в ЗТВ при воздействии лазерного лучазатрудняется весьма малыми размерами всех участков ЗТВ [55] и, естественно, малымиразмерами всей зоны.
В ЗТВ наблюдаются такие же участки, которые характерны и длядругих способов нагрева. Результаты измерений ширины ЗТВ на шлифах (в 2 мм отповерхности пробы, в середине и в корне) после воздействия на исследуемые сталилазером представлены на рис. 5.6. Для выявления зависимостей размеров ЗТВ и еехарактерного участка - участка перегрева от погонной энергии ее изменениеL, ммосуществляли путем ступенчатого варьирования скорости перемещения лазерного луча.32,521,510,500,20,40,6L зтв0,8L кз11,2Qn, кДж/ммРис.5.6. Зависимость средних размеров ЗТВ и ее участка перегрева от погонной энергиипри воздействии лазера на сталиАнализируя полученные закономерности, можно уверенно утверждать в пределахисследованных параметров о линейной зависимости протяженности ЗТВ (LЗТВ) иучастка крупного зерна (LКЗ) от погонной энергии (QП), которые можно представть ввиде функций:LЗТВ = 2,3 QП( 5.1)LКЗ = 0,31 QП( 5.2)LЗТВ = 7 LКЗ( 5.2)Откуда следует, чтоПри лазерном воздействии на металл в ЗТВ стали 10ХН3МД формируютсяструктуры, аналогичные структурам после локальных нагревов электронным лучом (см.рис.
5.7).90участок перегреваучасток полнойучасток частичнойучасток отпускаперекристаллизацииперекристаллизацииРис. 5.7. Микроструктура ЗТВ стали 10ХН3МД при воздействии луча лазера, х500На рис. 5.8. показаны микроструктура участка перегрева образца стали10ХН3МД, вырезанного из пробы, и структура модельного образца из этой же сталипосле имитационного нагрева по режиму 1350оС - 100оС/с, где четко прослеживаетсяфрагментированная глобулярно-реечная структура мартенсита.абРис.
5.8. Микроструктура стали 10ХН3МД: участок крупного зерна ЗТВв образце из пробы (а) и структура модельного образца(б) после имитационного нагрева порежиму 1350оС - 100оС/с; х500Наблюдаемые при нагревах лазером микроструктуры в ЗТВ, как и привоздействии ЭЛ зависят от погонной энергии и по существу идентичны. Эти структурыпо составу являются мартенситно-бейнитными.
С ростом погонной энергии ввысокотемпературной области на участке перегрева уменьшается доля мартенсита, чтоприводит к снижению микротвердости. С уменьшением погонной энергии, что влечет засобой увеличение скорости охлаждения, наблюдается рост доли мартенсита. Этоявляется причиной роста микротвердости.Варьируя скорость перемещения луча по поверхности пробы изменяли погоннуюэнергию. Увеличение скорости в 2 раза обеспечило снижение погонной энергии в 2 раза.Среднее значение микротвердости в ЗТВ около 325 HV (на 40 единиц выше , чем привоздействии электронного луча). Уменьшение погонной энергии в 2 раза привело к91повышению микротвердости на крупнозернистом участке примерно на 50 единиц с370HV (это максимальная твердость при воздействии электронного луча ) до 420 HV.Обусловлено это более высокими скоростями охлаждения при воздействии лазерногопучка на металл по сравнению с электронным лучом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
