Диссертация (1143872), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Методики исследований структуры и свойств материаловИсследование структурных изменений в материале при нагреве и охлажденииИсследование и прогнозирование структурных изменений, происходящих вметаллевпроцессекратковременныхнагревов,производилосьспомощьютермокинетических диаграмм (ТКД) [43].При построении ТКД для ЗТВ учитывались особенности кратковременныхнагревов.Нагревмодельныхобразцовпроизводилсясвысокойскоростью.Максимальные температуры нагрева (Tmax) при режимах, имитирующих участки ЗТВвблизи области расплавленного металла (участок перегрева), превышают используемыепри традиционной термообработке, причем время пребывания при максимальнойтемпературе колеблется от долей секунды до одной и более секунд.Показатели, определяющие формирование конечной структуры в ЗТВ, этоскорость охлаждения (ω8/5) или длительность пребывания (t8/5) металла в температурноминтервале 800 ...
500 оС, которые соответствуют реальным термическим циклам в ЗТВ(режимам нагрева и охлаждения) и зависят от погонной энергии и толщины деталей.Интервал температур 800 ... 500оС выбирается по той причине, что в этом35температурном промежутке аустенит обладает наименьшей устойчивостью принепрерывном охлаждении [43].Оборудование и образцы для исследованияИмитация цикла нагрева и охлаждения металла производилась на закалочнодеформационном дилатометре марки Bähr Thermoanalyse DIL805, что позволило свысокой точностью регистрировать изменение длины модельного образца в процессевоздействия термического цикла. Эти данные использовались для определениятемпературы превращения аустенита и расчета доли превратившегося аустенита взависимости от временных характеристик термического цикла.Для исследования использовались модельные образцы в виде полых трубок,размеры которых указаны на рис.
2.1. Температура металла регистрироваласьпосредством приваренных к образцам термопар типа Pt/Pt–10%Rh [43].Рис. 2.1 Модельный образец для имитации термического цикла [43]Нагреваясь (или охлаждаясь), образец удлиняется (или сжимается) и перемещаеткварцевый стержень, соединенный с датчиком, регистрирующим перемещения.Показания датчика поступают на компьютер. Для нагрева металла образцовиспользуется индуктор, а для их охлаждения применяют обдув гелием.Имитация цикла нагрева и охлаждения на модельных образцах исследуемыхсталей производилась так же на многофункциональном исследовательском комплексе«GLEEBLE 3800».
Для имитации нагревов в ЗТВ имеется модуль Pocket Jaw.Модельный образец и его размеры представлены на рис. 2.2.температурыосуществлялисиспользованиемКонтрольтермопары типа Pt/Pt–10%Rh,закрепленной к образцу строго в центре рабочей части.Во время экспериментов поддерживается вакуум (10-5 мм рт. ст.).36Рис. 2.2 - Эскиз модельного образца для испытаний на комплексе Gleeble 3800Режимы при моделировании термического циклаМоделируемый термический цикл включал нагрев образцов (со скоростью250оС/с) до температур, соответствующих определенным участкам ЗТВ в соответствии стаблицей 2.5, выдержку при максимальной температуре (1с) и нормируемое охлаждениев диапазоне температур 800 ...
500 oC. Охлаждение производилось с различнымискоростями от 1 оС/с и более. Скорость охлаждения определялась расчетным путем (см.главу 3).Таблица 2.5.Максимальные температуры нагрева имитационных образцовИмитируемый участок ЗТВУчасток крупного зерна (перегрева)Участок полной перекристаллизацииУчасток частичной перекристаллизацииУчасток отпускаМаксимальнаятемпература, TmaxоС13501100900800750700Примечаниевыше температурыначала роста зернавышеточки АС3в интервалеАС1-АС3Ниже точки АС1При проведении моделирования процесса двукратного нагрева учитывалось, чтовоздействие 2-го термического цикла должно главным образом отразиться наизменениях структуры и свойств участка крупного зерна в ЗТВ от 1-го нагрева.При моделировании двукратного нагрева осуществляли:37- 1-й нагрев до Тmax1= 1350⁰С; после кратковременной выдержки при этойтемпературе (1 с) образец охлаждали до 250⁰С;- 2-й нагрев до Тmax 2, кратковременная выдержка (1 с) и охлаждение.Скорости охлаждения при первом и втором термических циклах и максимальнаятемпература при втором цикле были выбраны исходя из расчетных значений скоростейохлаждения в ЗТВ, полученных в главе 3.В ряде экспериментов моделировали многократные повторные нагревы.
В этомслучае количество повторных нагревов оговаривалось по тексту.Анализ дилатометрических кривых и обработка результатовДля анализа дилатометрических кривых и обработки результатов использоваласьметодика, подробно представленная в работе [43].В процессе исследования ТКД строятся для различных участков ЗТВ, (т.е. длякаждого образца). При определении точек начала - ТS и конца - TF превращенияаустенита проводятся касательные к кривой, точка отклонения дилатометрическойкривой от прямолинейного хода принимается за точку начала/конца превращения (рис.2.3). Весовая доля β-фазы, образовавшейся в точке Q при нагреве γ - фазы,рассчитывается через отношение длин отрезков PQ и PR:β = PQ / PR(2.3)Рис.2.3.- Схема анализа дилатометрической кривой [43]При последующей обработке результатов использовали металлографическийанализ, микрорентгеноструктурный анализ и измерение твердости по Виккерсу.382.4. Пробы для испытаний.
Исследование и испытание образцовСпецификациятехнологическогопроцессаприизготовлениипробразрабатывалась в соответствии с требованиями стандарта ISO 15609-4 и действующейнормативной документацией.Размеры пробы выбирались соответственно указаниям рис. 2.4.Рис.
2.4. - Схема пробы и вырезки образцов: Wmin = 200 мм; L min = 300 мм; D max = 50 мм;t = 16-20 мм (толщина пробы)Перед вырезкой образцов выполнялись неразрушающие испытания по всей длинепробы в соответствии с таблицей 2.6.Таблица 2.6.Объем контроля и испытаний проб (к схеме рис. 2.4)Вид неразрушающего контроля илимеханических испытанийКонтроль внешним осмотром и измерениемРадиографический контрольУльтразвуковой контрольКонтроль макрошлифовИспытание поперечных плоскоразрывныхобразцов на статическое растяжениеИспытание поперечных образцов настатический изгибИспытание образцов Шарпи на ударныйизгибИзмерение твердостиОбъем неразрушающего контроля имеханических испытаний100%100%100 %3 образца М1, М2, М32 образца Т2 образца Р1 с растяжением лицевойповерхности, 2 образца Р2 с растяжениемобратной стороны, 2 образца Р3 на боковойстатический изгиб, 2 продольных образца Р4по 3 образца в каждой серии, вырезанных изучастка CVN2 образца М1 и М339Механические испытанияИспытания на растяжение проводись на разрывных машинах Шенк-100, InstronSATEC 5595, Instron 600LX, Instron SATEC 1500.
Запись диаграмм нагрузка-растяжениедля последующей обработки осуществлялось с помощью компьютера.Испытание металла на растяжение проводилось согласно ГОСТ 6996 напятикратных цилиндрических образцах тип II и III и на плоских образцах тип XIII.Поперечныеплоскоразрывныеобразцынастатическоерастяжениеизготавливались в соответствии с рис. 2.5.Рис.
2.5. - Поперечные плоскоразрывные образцы на статическое растяжение:a=t, b=25 мм, Lc = 60 мм, R>25 ммИспытаниянастатическийизгибпроводилисьнаобразцах,которыеизготавливались согласно ISO 7438 (рис. 2.6).Испытания для определения угла изгиба α проводили со скоростью не более 15мм/мин на прессе Stenhqj 100 с использованием опорных роликов (рис.2.6) на оправке,имеющей диаметр 3,5 толщины образца, до угла загиба 1800.абвгРис.2.6.
Образцы для испытаний на статический изгиб (а, б)a=t , b=30 мм для поперечных образцов на статический изгиб с растяжением лицевой иобратной стороны; при t ≥ 19мм, a=18 мм; Образец (в) и схема (г) испытания на изгибИспытания на ударный изгиб проводились на копре фирмы ―Trebl‖, 2123 KMK иWalter+Bai PH- 450J с энергией удара 450 Дж.40Определение работы удара (ударной вязкости) металла ЗТВ и основного металлапроводились согласно DNV OS-F-101, ISO 148 и ГОСТ 6996 на образцах с V- образнымнадрезами (образцы Шарпи).
Температуры испытания образцов назначались (взависимости от требований) от +20 до -60оС. Охлаждение образцов производили в смесижидкого азота с этиловым спиртом в термостате при контроле температурытермометром с погрешностью не более ±1 оС при переохлаждении на 2 оС. Не зависимоот плана исследования основание надреза со стороны крупного зерна располагалось какможно ближе к линии сплавления. Размеры изготовленных образцов соответствовалиуказаниям рис. 2.7.Направление разрушения образцов при испытаниях (ориентация направлениянадреза) совпадало с направлением движения теплового источника (см. рис.
2.8).Рис. 2.7. Образцы Шарпи с V- образным надрезом для испытаний на ударный изгиб:L = 55; а = 10 мм; в = 10 мм; γ = 45о; h = 8 мм; r = 0,25 ммРис. 2.8. Ориентация надреза (направление разрушения) на образцах ШарпиКонтроль макрошлифов выполнялся в соответствии с указаниями стандарта EN1321/ ISO/ DIN 17639. Три макрошлифа вырезались из разных мест пробы.
Для контролямакроструктуры травление производилось 15% водном растворе персульфата аммония втечение 15 мин.Макрошлифыбылиподвергнутыосмотруневооруженнымглазом(принеобходимости с применение лупы с увеличением до ×50) с целью обнаружения ификсации всех видов дефектов.41Измерение твердости осуществлялось по ГОСТ 2999 и ISO 6507 на макрошлифахпо методу Виккерса на твердомере Wilson Wolpert 452SVD при нагрузке 98.07 Н ивремени выдержки 13 с.Обычная схема измерения твердости включала не менее 9 точек. При детальномисследованииметаллаизмерениетвердостипроизводилосьвсоответствиистребованиям DNV OS-F-101 - схема с 32 точками.Применялись и другие схемы измерений, например, в виде сеток илипараллельных линий при расстоянии между точками 1мм.Для каждой линии измерений получено не менее 3 значений на каждом участке.Измерение микротвердости производилось на микротвердомерах Виккерса AFFRIDM 8A и Wilson Wolpert 402MVD с индентором в виде алмазной пирамидки принагрузке 0.98 Н.Измерения микротвердости производились в зависимости от конкретной целиисследования по телу зерна, по границам зерен и на участках вблизи границ.Исследование структуры и химического составаПредварительная разрезка проб осуществлялась на гидроабразивном станке FlowMach 3 7320b DWJ 50i-s .
Последующие операции производились на машинахпробоподготовки (Buehler): окончательная вырезка образцов (станок Powermet 3000),горячая запрессовка на прессе Simplimet 1000 в смолы (Epomet и Transoptic), шлифовкаи полировка (станок Phoenix 4000) до 10 класса чистоты поверхности шлифов.Травление структуры осуществлялось в азотной кислоте (2% и 4% раствор вэтиловом спирте). Для выявления остаточного аустенита и мартенсита в бейнитнойматрице использовался реактив Le Pera – 1% раствор Na2S2O5 (метабисульфит натрия) вводе и 4% раствор С6H2(NO)3OH (пикриновая кислота) в этиловом спирте.Металлографические исследования проводилось на световом микроскопе AxiosObserver A1M и комплексе Тиксомет со световым микроскопом Axios Observer (CarlZeiss), на световом стереомикроскопе LEICA Mz 12.5 и микроскопе LEICA DMI5000Mс объективами, обеспечивающими увеличение до 100 крат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
