Диссертация (1143872), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Для передачи изображенияна компьютер использовалась камера LEICA DFC320 (матрица 3 мПикс) c анализаторомизображения на компьютере Видео Тест Металл 1.2. Размер 5.0.42Микрорентгеноструктурный анализ (МРСА) выполнялся на электронноммикроскопе Vega 11 Tescan, оснащенном рентгеновским энергодисперсионнымспектрометром INCA X-Max-50.Химический анализ для определения химического состава (содержание C, Mn,Si, Cr, Cu, Ni, Mo, S, P) проводился по ГОСТ 11930.11, ГОСТ 22536.
Анализ металлапроводился на спектрометре СПАС-2 и Axios Advanced, изготовитель PANanalyticalB.V. (рентгенофлюоресцентный анализ). Для определения содержания углерода и серыиспользовался анализатор Leco CS-200 (метод инфракрасной абсорбции).Содержание кислорода и азота определяли на анализаторе Leco TC-300(восстановительное плавление в среде гелия).2.5. Математическое моделированиеМоделирование теплофизических процессов, происходящих в материале прикратковременных локальных термических воздействиях, осуществлялось в трехмернойобластисиспользованиемуравнениянестационарнойтеплопроводностивквазистационарной постановке.
Численные решения уравнения, представляющегоматематическую модель, выполнены с помощью программы Flex – EDF.Моделирование взаимосвязи и влияния производственных факторов на качествоизготовления деталей осуществлялось одним из новых методов математическогомоделирования, получивших название когнитивного моделирования, которое в работеосуществлено с применением системы поддержки принятия решений «Игла»(разработчики: Гулаков В.К., Лагерев Д.Г., Подвесовский А.Г.).
Построение такоймодели включает три основных этапа.В рамках первого этапа осуществлялся сбор сведений о предметной области иопределялись задачи и цели моделирования.На втором этапе проводилась структурирование собранной информации путемпостроения модели изучаемого процесса, определялись факторы (концепты), влияющиена изучаемую в модели ситуацию (составлялась специальная карта – орграф) с учетомуровней взаимного влияния.На третьем этапе моделировалось влияние действующих производственныхфакторов на качество изделий в процессе их изготовления или ремонта.43Выводы по главе 21.
Основными материалами для диссертационного исследования были выбранынизколегированные хладостойкие стали с пределом текучести от 345 до 690 МПа сферритно-бейнитной, бейнитно-ферритной и отпущенной бейнитно-мартенситнойструктурами,изготавливаемыенаметаллургическихпредприятияхРоссии,производство полуфабрикатов на которых основано на применении современныхтехнологий.2.
Эволюция структур и деградация свойств материалов под термическимвоздействием кратковременных локальных источников теплоты изучалось:- на высокопрочных хладостойких низколегированных сталях: на новой стали07Г2НДМФБТ (с пределом текучести 590-690 МПа) и на относительно недавноразработанной стали 10ХН3МД (с пределом текучести не менее 620 МПа), применениекоторых успешно расширяется в машиностроении;- на недавно усовершенствованных в части повышения хладостойкостинизколегированных сталях повышенной прочности 10ХСНД (с пределом текучести 390495 МПа) и 15ХСНД (с пределом текучести 345-450 МПа), которые началииспользоваться в производстве машиностроительных изделий, эксплуатируемых принизких температурах.3.
В качестве локальных тепловых источников энергии в исследованияхприменялись:- электрическая дуга с концентрацией энергии до 1•10 5 Вт/см2;- электронный луч с концентрацией энергии до 5•10 7 Вт/см2;- лазерный луч с концентрацией энергии 1•10 9 Вт/см2.4. Изучение эволюции структур и химического состава исследуемых сталей вработеосуществлялосьмикрорентгеноструктурногосприменениеманализа,оптическойметаллографии,спектрометрическогоанализа,рентгенофлюоресцентного анализа и методики восстановительного плавления в средегелия.5. Влияние термических циклов на изменение свойств сталей изучалось сприменением стандартных механических методик измерения твердости (методикаВиккерса) и механических испытаний образцов для определения кратковременных44механических свойств и вязкости (испытания на ударный изгиб) металла в различныхучастках ЗТВ, формируемой после термического воздействия на материал.6. Для выявления взаимосвязей между изучаемыми факторами, определениязначимых параметров расчетным путем и сокращения объемов прямых экспериментов вдиссертации использованы современные методики исследований, а именно:- моделирование термических циклов модельных образцах из изучаемых сталейнадилатометреBährThermoanalyseDIL805имногофункциональномисследовательском комплексе «GLEEBLE 3800»;- математическое моделирование теплофизических процессов в ЗТВ прилокальных кратковременных тепловых воздействиях на материал;- математическое моделирование процесса изготовления деталей для определениявлияния различных производственных факторов на их качество в процессе изготовленияили ремонта.45ГЛАВА 3.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВЛОКАЛЬНЫХ КРАТКОВРЕМЕННЫХ НАГРЕВОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО КПРОИЗВОДСТВУ И РЕМОНТУ ДЕТАЛЕЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ3.1. Локальные кратковременные нагревы, действующие на материал впроцессе реализации промышленных технологийЭволюция структуры и деградация свойств стали при кратковременных нагревахявляются результатом теплового воздействия на неѐ и зависят от особенностейраспространения тепла, определяемых теплофизическими свойствами материала иокружающей среды, видом, временем действия, мощностью источника теплоты иконструкцией изделия в месте ввода и распространения теплоты [84, 91, 93].
Прямоеизучение характера и степени изменений структуры и свойств материала в изделиипутем использования разрушающих методик испытаний материала, подвергающегосятепловому воздействию, является наиболее объективным и дающим достовернуюинформацию, но дорогостоящим методом. Трудоемкость и стоимость таких работвозрастает в степенной пропорции с ростом массы и сложности конструкции. В связи сэтим большое значение имеет моделирование физических процессов, происходящих вматериалах при локальных нагревах [94-96].Учитывая,чтосварочныетехнологии(характеризующиесяприменениемлокальных источников нагрева) относятся к самым распространенным во всех безисключения отраслях машиностроения, а также повсеместно используются приремонтных работах, то моделирование тепловой обстановки при сварке и ремонтеявляется в наши дни наиболее востребованным и актуальным.
Именно температурноеполе (при прочих равных условиях) определяет микроструктуру и свойства металла взоне термического влияния и еѐ размеры, влияет на характер распределения напряженийи деформационную способность, вязкость и прочность металла сварного соединения[84]. Работоспособность сварного соединения зависит от структуры и свойств сварногошва, ЗТВ и основного металла [63].Изменения структуры и деградация свойств в ЗТВ под воздействием термическихцикловвсецелоопределяютсяхимическимсоставомосновногометаллаипредшествующей термомеханической обработкой полуфабрикатов.
Повторные нагревывоздействуют на металл ранее наплавленных проходов и на металл ЗТВ (см. рис. 1.6). В46результате сварное соединение по сечению имеет неоднородную структуру и,соответственно, различные механические свойства [43, 46, 48, 50 и др.]. Всевышесказанное с небольшими уточнениями вполне применимо к процессам наплавкиповерхностей деталей.
На поперечных шлифах после травления такая неоднородностьструктуры легко выявляется, что можно видеть на фотографиях макрошлифов (рис.3.3.).Практически в любом промышленном производстве (а также при ремонтныхработах) имеют место такие технологические операции, при которых на выбранныйконструктором материал (естественно, исходя из требуемого уровня свойств)осуществляется локальное кратковременное воздействие высококонцентрированнымиисточниками тепла, например, электрической дугой при сварке или тепловой резке. Длятаких процессов характерны высокие скорости нагрева и охлаждения, малые выдержкипримаксимальныхтемпературах,локализация,высокаяконцентрацияинеравномерность нагрева, причем такие нагревы могут быть многократными.На рис. 3.1 из атласа Шоршова М.Х. и Белова В.В.
[76] дано сопоставлениетермических циклов в ЗТВ при сварке плавлением с термическими циклами притермообработкенизколегированнойстали.Ниженарис.3.2представленыэкспериментально снятые циклы в ЗТВ высокопрочных низколегированных сталей привоздействииисточниковтеплотысразнойконцентрациейэнергии(данныеисследований собраны В.И. Петрыкиным и А.П. Барышниковым).Рис.
3.1. Сопоставление термических циклов в ЗТВ (1, 2, 3) при однопроходной сваркеплавлением низколегированной стали с термическими циклами при термической обработке(затемнено): 1 - аргонодуговая сварка листов толщиной 1 мм; 2 - дуговая сварка под флюсомлистов толщиной 25 мм; 3 - электрошлаковая сварка плит толщиной 220 мм [76]47Рис. 3.2. Экспериментально снятые термические циклы в ЗТВ при однопроходной сваркенизколегированной высокопрочной стали, применительно к различным источникам теплоты:дуговая сварка под флюсом (0-2); ручная дуговая сварка (3); электронно-лучевая (4)Если проанализировать рисунки 3.1 и 3.2, то, исходя из особенностейдействующих в ЗТВ термических циклов, структуризацию рассматриваемых временныхзависимостей температур целесообразно провести следующим образом:- по скоростям нагрева;- по максимальным температурам (Tmax < Ac1; Ac1 < Tmax < Ac3; Tmax > Ac3 );- по скоростям охлаждения в заданном интервале температур (ω 8/5);- по времени пребывания в заданном интервале температур (t 8/5);- по начальным температурам (T0);- по количеству циклов (однократный, двукратный, многократный);- по внешним условиям.В следующих разделах настоящей главы представлена математическая модельприменительно к кратковременным локальным термическим воздействиям на материал,охватывающая основные способы нагрева концентрированными источниками теплоты,реализуемые при изготовлении деталей, изделий и конструкций (в частности, при всехвидах дуговых и лучевых способах сварки плавлением), а также процессыповерхностной наплавки и ряд других, включая ремонтные технологии, при которыхшироко используется дуговая строжка [101].483.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
