Диссертация (1144175)
Текст из файла
Акционерное общество «Машиностроительный завод «Армалит»На правах рукописиКузнецов Александр ВикторовичПовышение надёжности материалов судовой арматуры путеммодифицирования поверхности лазерной и электронно-пучковойобработкойСпециальность: 05.16.09 – «Материаловедение (машиностроение)»ДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель –доктор технических наук, профессорСАНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2018Г.Г. Савенков2ОГЛАВЛЕНИЕСтр.Введение……………………………………………………………………………..41. Аналитический обзор. Методы и методики определения свойствматериалов. Выбор направлений исследований…….................................111.1.
Особенности конструкции и эксплуатации подводных аппаратов различногоназначения и их конструктивных элементов. Основные материалы ипокрытия,применяемыедляэлементовсудовойарматуры…………………………………………………………………….....111.2. Особенности обработки материалов концентрированными потокамиэнергии………………………………………………………………………....201.3. Поведение материалов при динамическом нагружении………………….....261.4. Некоторые методы определения механических и фрикционных свойствматериалов и покрытий……………………………………………………….321.5. Физическая надёжность технических систем…………………………….......351.6.
Анализ литературного обзора. Постановка цели исследования………….....39Выводы к главе 1…………………………………………………………………....412.Лазернаяиэлектронно-пучковаямодификацииповерхностиматериалов……………………………………………………………………..422.1. Лазерное легирование поверхности материалов элементов арматуры….....422.2. Модификация поверхности материалов сильноточным электронным пучкоммикросекундной длительности………………………………………………..512.2.1. Генерация импульсных электронных пучков на основе многоострийныхвзрывоэмиссионных катодов………………………………………………512.2.2.
Исследовательские установки для модификации поверхностных свойствматериалов………………………………………………………………….542.2.3. Расчётно-теоретические оценки режимов обработки……………………..572.2.4. Отработка режимов электронно-пучковой обработки образцов иисследование образцов……………………………………………………..6132.3. Модификация поверхности материалов пучком электронов наносекунднойдлительности…………………………………………………………………....77Выводы к главе 2…………………………………………………………………...833. Механические испытания исследуемых материалов……………………...843.1. Стандартные механические испытания………………………………………843.2.
Динамические испытания материалов………………………………….……853.2.1. Основные положения экспериментальной методики……………………..853.2.2. Экспериментальная установка……………………………………………...893.3. Результаты динамических испытаний при нормальных условиях……........943.4. Результаты динамических испытаний металлов после коррозионныхиспытаний…………………………………………………………………......97Выводы к главе 3……………………………………………………………….…1024. Физико-математическое моделирование динамического поведенияматериалов и элементов судовой арматуры……………………………1034.1. Структурно-геометрические переходы при динамическом нагруженииматериалов…………………………………………………………………...1034.2. Моделирование динамической прочности корпусов кингстонов и бортовогоклапана при действии подводного взрыва …………………………….…..1104.3.
Аналитическое исследование динамической прочности стержневыхэлементов судовой арматуры ………………………………………………1194.4. Математическая модель отказов элементов судовой арматуры…………..122Выводы к главе 4.…………………………………………………………………127Заключение. Основные результаты и выводы...............................................128Список литературы………………………………………………………….….1304ВведениеАктуальность темы. В настоящее время в Российской Федерациипроисходит интенсивное перевооружение Военно-морского флота, что связанокак с международной обстановкой, так и с состоянием флота, морально итехнически устаревшим в постсоветскую эпоху.
Кроме строительства надводныхи подводных кораблей большое внимание уделяется разработке и производствуобитаемых и необитаемых 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 РАНИ.В.Горынин: «С позиций науки о материалах создание конструкционныхматериалов, обеспечивающих высокую надежность при экстремально жесткихусловиях эксплуатации, является серьезной задачей».Однако элементы арматуры являются одним из узких мест в конструкцияхПА.
С одной стороны, к ним предъявляются повышенные требования понадёжности, что зачастую приводит к их избыточной прочности и, как следствие,к избыточной массе. С другой стороны, разработчики аппаратов пытаютсяминимизировать массогабаритные параметры и экономические характеристикиименно за счёт вспомогательного оборудования (к которому относитсятрубопроводная арматура и её элементы). Такой подход приводит кповышенным требованиям к материалам элементов арматуры, которыеэксплуатируются в условиях агрессивной морской среды, испытывают ударныединамические и циклические нагрузки и т.д.Повышенные требования к материалам арматуры означает постоянноеулучшение их физико-механических свойств и состояния, в том числе5прочности, поверхностного слоя.
Последние являются одними из основныхисточников повышения износостойкости конструкций. Повышение надёжноститребует также совершенствования методик и систем расчёта, которые являютсяинформационно-системными средствами параметрического синтеза любойконструкции. И, наконец, при наличии пакета прикладных программ главнойпроблемой постановщика задач и пользователя (конструктора арматуры) инепременным условием успешного решения поставленных задач становитсякорректный и адекватный выбор прикладных компонентов программ: таблиц,аналитических зависимостей и банка данных о свойствах материалов,применяемых в разрабатываемых конструкциях.Вышеизложенное и определяет актуальность диссертационной работы,посвящённой разработке новых технологических процессов модифицированияповерхностиэлементовсудовойарматурыизразличных материалов,исследованию закономерностей формирования структуры, механическихсвойств, 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;63. Экспериментальноисследоватьвлияниескоростидеформации,воздействие проточной морской воды на динамические механическиесвойства исследуемых материалов;4.
Выявить отличительные особенности механизмов микропластическойдеформациииразрушениявусловияхдинамическогонагруженияисследуемых материалов;5. Разработать математическую модель оценки надёжности элементовсудовой арматуры, с учетом механических характеристик материала и условийэксплуатации.Объекты и методы исследований. Объектами исследования являлисьизделия судовой арматуры.Вкачествеисследуемыхматериаловбылираспространённые в судовом арматуростроениивыбранынаиболеетитановый сплав 3М,нержавеющая сталь 08Х18Н10Т и бронза марки БрАЖНМц 9–4–1–1.В ходе выполнения работы использовались современные методыисследованияматериалов.структуры,Лазернаямеханическихобработкаиповерхноститриботехническихисследуемыхсвойствматериаловосуществлялась на установке LRS–100. Электронно-пучковая обработка – наэлектронных ускорителях ГЕЗА–1, ГЕЗА–2 и ГКВИ–300.
Для исследованиядинамическихсвойствматериаловприменялсяметодКольскогосиспользованием 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 влияние рецептуры присадок, химическогосостава флюса и технологических факторов (скорости обработки и мощностиизлучения) при лазерном легировании бронзы БрАЖНМц 9–4–1–1 на7механические свойства, глубину упрочнения и дефектность поверхностногослоя;2. Установленные закономерности влияния энергетических и временныхпараметров технологических режимов электронно-пучковой обработки наструктурноесостояние,триботехническиеимеханическиесвойстватитанового сплава 3М, стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9–4–1–1;3.
Полученные результаты динамических испытаний титанового сплава 3М,стали 08Х18Н10Т и бронзы БрАЖНМц 9–4–1, которые показали, что значенияхарактеристик прочности испытанных материаловпосле их выдержки впроточной морской среде не изменяются, а характеристики пластичности(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.
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}
