Автореферат (1144174)
Текст из файла
На правах рукописиКУЗНЕЦОВ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ СУДОВОЙ АРМАТУРЫПУТЕМ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЛАЗЕРНОЙ ИЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКОЙСпециальность: 05.16.09 – «Материаловедение (машиностроение)»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукСанкт-Петербург - 20192Работа выполнена в Акционерном обществе «Машиностроительный завод«Армалит»Научный руководитель:Савенков Георгий Георгиевич, доктор технических наук,профессор кафедры «Химическая энергетика» СанктПетербургского государственного технологического института(технический университет), г. Санкт-Петербург.Официальные оппоненты:Столяров Владимир Владимирович, доктор технических наук,профессор, главный научный сотрудник Федеральногогосударственного бюджетного учреждения науки «Институтмашиноведения им.
А.А. Благонравова Российской академиинаук», г. Москва.Кузнецов Павел Алексеевич, доктор технических наук,начальникнаучно-исследовательскогоотделения«Наноматериалы и нанотехнологии» НИЦ «Курчатовскийинститут» - ЦНИИ КМ «Прометей», г. Санкт-Петербург.Ведущая организация:Институт проблем машиностроения РАН – филиалФедерального государственного бюджетного научногоучреждения «Федеральный исследовательский центр Институтприкладной физики Российской академии наук», г. НижнийНовгородЗащита состоится «26» марта 2019 г. в 1400 час.
на заседаниидиссертационного совета Д 212.229.30 при ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого» по адресу 195251, СанктПетербург, Политехническая, 29, лабораторно-аудиторный корпус, аудиториякафедры «ТКМ и М».Отзыв на автореферат в двух экземплярах (заверенных печатью) просимнаправлять по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотекеФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет ПетраВеликого» и на сайте www.spbstu.ru.Телефон для справок 8(812)552-95-30Автореферат разослан «_____»______________2019 годаУченый секретарьдиссертационного советаканд.техн.наук, доцентКункин Сергей Николаевич3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыВ настоящее время в Российской Федерации происходит интенсивноеперевооружение Военно-морского флота, что связано как с международнойобстановкой, так и с состоянием флота, морально и технически устаревшим впостсоветскую эпоху.
Кроме строительства надводных и подводных кораблейбольшое внимание уделяется разработке и производству обитаемых инеобитаемых подводных аппаратов (ПА).К надводным и подводным кораблям (далее – суда) и ПА предъявляютсяповышенные требования по надёжности, экономичности их обслуживания впроцессе эксплуатации и снижения их себестоимости в целом. Аналогичныетребования предъявляются ко всем составляющим и комплектующим судам иПА, дополнительному и вспомогательному оборудованию, в том числе кэлементам судовой арматуры. В то же время, как отмечал академик РАН И.В.Горынин: «С позиций науки о материалах создание конструкционныхматериалов, обеспечивающих высокую надежность при экстремально жесткихусловиях эксплуатации, является серьезной задачей».Однако элементы судовой арматуры (ЭСА) являются одним из узких меств конструкциях судов и ПА.
С одной стороны к ним предъявляются повышенныетребования по надёжности, поскольку они эксплуатируются в условияхагрессивной морской среды и, зачастую, испытывают различные динамическиеи циклические нагрузки. Поэтому проектирование ЭЛС проводят с большимкоэффициентом запаса, что зачастую приводит к их избыточной прочности и,как следствие, к избыточной массе. С другой стороны разработчики судов иподводных аппаратов пытаются минимизировать массогабаритные параметры иэкономические характеристики именно за счёт вспомогательного оборудования(к которому относится судовая арматура и её элементы). Такой подход приводитк повышенным требованиям к материалам элементов судовой арматуры.Повышенные требования к материалам арматуры означает необходимостьпостоянного улучшения их физико-механических свойств и состоянияповерхностного слоя. Последние являются одними из основных источниковповышения износостойкости конструкций.
Повышение надёжности деталейтребует также совершенствование методик и систем расчёта, которые являютсяинформационно-системными средствами параметрического синтеза любойконструкции. И, наконец, при наличии пакета расчётных программ, главнойпроблемой и непременным условием успешного решения поставленных задачстановится корректный и адекватный выбор прикладных компонентовуказанных программ: аналитических зависимостей и банка данных о свойствахматериалов, применяемых в разрабатываемых конструкциях.Вышеизложенное и определяет актуальность диссертационной работы,посвящённой разработке новых технологических процессов модифицированияповерхности элементов судовой арматуры из различных материалов,исследованию закономерностей формирования структуры, механических4свойств, в том числе и динамических, уточнению методик расчёта прочности инадежности изделий.Цели и задачи работыЦелью работы являлось выявление закономерностей влияния основныхпараметров (энерго-временных и технологических) лазерной и электроннопучковой обработки на свойства материалов, обеспечивающих надёжностьэлементов судовой арматуры в экстремальных условиях эксплуатации.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.
Установить зависимости механических свойств, глубины упрочненногослоя, наличия в нем дефектов в виде макропор от рецептуры присадок,химического состава флюса и технологических параметров при лазерномлегировании бронзы;2. Исследовать влияние технологических, энергетических и временныхпараметров процессов электронно-пучковой обработки на структуру,механические свойства и износостойкость исследуемых материалов;3.
Экспериментально исследовать влияние скорости деформации,воздействие проточной морской воды на динамические механическиесвойства исследуемых материалов;4. Выявить отличительные особенности механизмов микропластическойдеформации и разрушения в условиях динамического нагруженияисследуемых материалов;5. Разработать математическую модель оценки надёжности элементовсудовой арматуры, с учетом механических характеристик материала иусловий эксплуатации.Объекты и методы исследований.
Объектами исследования являлисьизделия судовой арматуры.В качестве исследуемых материалов были выбраны наиболеераспространённые в судовом арматуростроении титановый сплав 3М,нержавеющая сталь 08Х18Н10Т и бронза марки БрАЖНМц 9–4–4–1.В ходе выполнения работы использовались современные методыисследования структуры,механических и триботехнических свойствматериалов. Лазерная обработка поверхности исследуемых материаловосуществлялась на установке LRS–100.
Электронно-пучковая обработка – наэлектронных ускорителях ГЕЗА–1, ГЕЗА–2 и ГКВИ–300. Для исследованиядинамических свойств материалов применялся метод Кольского сиспользованием методики разрезного стержня Гопкинсона.Предметомисследованияявляютсязакономерностивлиянияэнергетических и временных параметров технологических процессов лазерногои электронно-пучкового модифицирования, скорости деформации на свойстваматериалов.На защиту выносятся следующие научные положения:1. Результаты исследования влияния рецептуры присадок, химическогосостава флюса и технологических факторов (скорости обработки и мощностиизлучения) при лазерном легировании бронзы БрАЖНМц 9–4–4–1 на5механические свойства, глубину упрочнения и дефектность поверхностногослоя;2.
Установленные закономерности влияния энергетических и временныхпараметров технологических режимов электронно-пучковой обработки наструктурное состояние, триботехнические и механические свойстватитанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9–4–4–1;3. Полученные результаты динамических испытаний титанового сплава 3М,стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9–4–4–1, которые показали, чтозначения характеристик прочности испытанных материалов после ихвыдержки в проточной морской среде не изменяются, а характеристикипластичности (относительные удлинение и сужение) снижаются на 10 – 25%;4. Разработанная математическая модель отказов элементов арматуры сучётом прочности их материалов и качества поверхности деталей.Научная новизна работы заключается в следующем:1.
Установлено, что при лазерном легировании поверхностного слояалюминием изделий, изготовленных из бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 со скоростьюобработки (скоростью движения лазерного луча) 13 мм/с, мощности излучения2,5 кВт глубина упрочненного слоя составляет не менее 700 мкм при среднеймикротвёрдости 400 – 500 HV50. Показано, что в этом случае, износостойкостьупрочнённых бронзовых деталей повышается на 30%.2. Установлено, что в диапазоне значений плотности потока энергии 18 – 30Дж/см2 в результате электронно–пучковой обработки поверхности исследуемыхметаллических сплавов увеличение количества импульсов излучения (с 1 до 7 –8) повышает износостойкость исследованных материалов на 15 – 50%.3.
Впервые определены динамические характеристики (предел прочности,предел текучести, относительные удлинение и сужение) титанового сплава 3М,стали 08Х18Н10Т, БрАЖНМц 9-4-4-1 при скоростях деформации 103 – 2·103 с-1при испытании на струевую коррозию в проточной морской среде. При этомполученные значения предела текучести и прочности на 25 – 55% выше принезначительном снижении относительного удлинения и сужения по сравнениюс аналогичными характеристиками, полученными при статических испытаниях;4.
Установлено, что в условиях динамического нагружения разрезногостержня Гопкинсона с ростом скорости деформации размер очага разрушенияуменьшается;5. Впервые разработана методика расчёта вероятности безотказной работыпо неразрушению корпусных деталей. Данная методика комплексно учитываетпрочность (предел текучести и трещиностойкость) и шероховатость поверхности(коэффициент Грюнайзена обработанной поверхности) их материалов.Практическая значимость работыРазработанный режим лазерной обработки поверхности бронзовых деталейприменяется при изготовлении золотников на различных предприятиях: АО«Машиностроительный завод» «Армалит» (г. Санкт-Петербург), ПАО«Аскольд» (г. Арсеньев Приморского края), ОАО «СКБК» (г. Санкт-Петербург).Полученные динамические характеристики нержавеющей стали 08Х18Н10Т,6бронзы БрАЖНМц 9–4–4–1 и титанового сплава 3М применяются при расчётепрочности корпусных элементов арматуры ПА в АО «Машиностроительныйзавод» «Армалит» (г. Санкт-Петербург) и конструктивных элементов судовыхкотлов в ОАО «Специальное конструкторское бюро котлостроения» (г.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
