Введение к работе
Актуальность. Тенденции развития современного машиностроения выдвигают повышенные требования к массогабаритным показателям конструкций, что в свою очередь обуславливает повышенные требования к эксплуатационным характеристикам конструкционных материалов. Наиболее важной из которых считается надежность, которая достигается оптимальным сочетание высокой прочности стали, с сохранением достаточной вязкости разрушения.
Среди технологических приёмов упрочнения сталей без изменения их химического состава наибольшее распространение получили закалка, термомеханическая и пластическая деформация. Интенсивная пластическая деформация позволяет увеличивать прочность, но при этом в значительной степени снижается пластичность конструкционных материалов.
Применяемые традиционные режимы термической обработки типовых конструкционных сталей практически исчерпали потенциальные возможности оптимизации свойств, поскольку при повышенных значениях прочности наблюдается значительное снижение пластических характеристик.
Известно, что вблизи критических точек, на границах раздела в гетерогенных структурах, наблюдается ряд эффектов, вызванных ослаблением межатомных связей в кристаллической решётке, и проявляющихся в увеличении пластических свойств материала (субкритическая сверхпластичность), в упорядочивании дефектной структуры, улучшении свойств и надежности конструкций. Поэтому актуальным является проведение исследования в этой области современного материаловедения.
Метод акустической эмиссии является перспективным инструментом для решения задачи по установлению процессов, происходящих на границах раздела гетерогенных структур конструкционных материалов. Данный метод один из наиболее информативных, по сравнению с известными и позволяет проводить исследования в реальном времени в широком диапазоне скоростей нагрева и охлаждения, отличается низкой трудо- и ресурсо-ёмкостыо. До настоящего времени о применении этого метода для исследования кинетики структурных изменений в сталях при нагреве и охлаждении практически не известно.
Актуальность работы подтверждается выполнением ее в рамках НИР «Разработка термических и деформационных технологий создание и обработки гетерогенных материалов на основе динамики структурных превращений и компьютерного материаловедения» в рамках гранта по программе «Стратегическое развитие ФГБОУ ВПО «КнАГТУ» на 2012-2016гг.», 2011-ПР 054, приказ №2280 от 27.07.2012.
Цель диссертационной работы: исследование кинетики процессов на границе раздела гетерогенных структур в сталях и сплавах методом АЭ для комплексного улучшения их эксплуатационных характеристик.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Произвести аналитическую опенку существующих методов исследования кинетики процессов, происходящих на границе гетерогенных структур, при нагреве и охлаждении конструкционных материалов.
-
Разработать методику определения возможности исследования процессов, происходящих в конструкционных материалах при нагреве и охлаждении.
-
Выявить параметры в наибольшей степени кореллирующие с процессами аустенитного, перлитного и бейнитного предпревращения.
-
Разработать методику определения точек фазовых переходов по сигналам акустической эмиссии.
Методы исследования: при выполнении данной диссертационной работы применялись как общеизвестные методики исследования кинетики гетерофазных процессов во время термической обработки сталей, так и специальные разработанные с участием автора. Из числа известных методов исследования фазовых превращений использовали структурный метод, на металлографическом микроскопе Planar MICRO 200, и дилотометриче-ский метод, на дилатометре марки NETZSCH DIL 402 PC. Помимо этого проводилось измерение твердости по методу Роквелла на твердомере ТН 300 и микротвердость на микротвердомере SHFMADZU HMV-2. Определение хим. состава материала производилось на оптико-эмиссионом спектрометре Broker Q4 TASMAN 170.
Объекты исследования : конструкционные стали и сплавы.
Предметы исследования: процессы на границе раздела гетерогенных структур во время полиморфного превращения в сталях и сплавах, связь фазовых превращений с параметрами сигналов АЭ.
Научная новизна:
-
Применен метод АЭ для исследования кинетики процессов, происходящих на границе раздела гетерогенных структур (фазовых переходов) в сталях и сплавах, при высоких температурах.
-
Выявлены отличительные особенности АЭ сигналов, излучаемых различными типами структур сталей и сплавов на основании анализа параметров Акустической эмиссии - суммарная энергия, суммарный счёт, активность Акустической эмиссии, мощность Акустической эмиссии.
-
Определены корреляционные связи между длительностью выдержки сталей в условиях фазовых предпревращений и их структурой и свойствами.
Практическая ценность от реализации результатов работы:
1. Спроектирована, изготовлена и использована в исследованиях
экспериментальная установка для изучения кинетики фазовых переходов
методом АЭ.
-
Предложена методика определения границ фазовых переходов в сталях и сплавах с использованием АЭ метода.
-
Разработаны технологические приемы управления структурными изменениями и свойствами конструкционных сталей с использованием эффектов фазовых предпревращений.
-
Разработанные методики, исследований кинетики фазовых переходов, внедрены в учебный процесс на кафедрах «Материаловедение и технология новых материалов», «Технология сварочного производства» ФГБОУВПО «КнАГТУ».
-
Результаты диссертационной работы внедрены в производственный процесс изготовления стальных конструкций на ЗАО «ЭКСПО» и ООО «Регионстрой».
Положения, выносимые на защиту:
1.Закономерности влияния кинетики процессов, происходящих на границе раздела гетерогенных структур, на параметры АЭ сигналов.
-
Методика определения фазовых переходов по параметрам АЭ.
-
Использование закономерностей процессов на границе раздела гетерогенных структур для улучшения механических свойств и надежности конструкционных материалов.
Личный вклад автора состоит: в постановке задач исследования; провидении экспериментальных исследований, обработке и анализе их результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международной научно-технической конференции «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов» (Комсомольск-на-Амуре, 2009); на международном научно-техническом симпозиуме «Инновационные технологии в Машино- и приборостроении» (Омск, 2010); на International conference on «Modern materials science and nanotechnology» (Komsomolsk-on-Amur, 2010); на International conference on «Modern materials and technologies» (Khabarovsk, 2011); на научно-технической конференции «Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов» (Комсомольск-на-Амуре, 2009); на всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы в технологии машиностроения» ( Новосибирск, 2009); на третьей всероссийской конференции молодых учёных и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2010); на всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2010» (Москва, 2010); на Российской научно-технической конференции «Фундаментальные исследования в области технологий двойного назначения» ( Комсомольск-на-Амуре, 2011); на 41-ой научно-технической конференции аспирантов и студентов «Научно-техническое творчество аспирантов и студентов» (Комсомольск-на-Амуре,2011); на XXI уральской школе металловедов-
термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: материалы» (Магнитогорск, 2012); на международной научно технической конференции «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развития экономики России» (Москва, ВИАМ,2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 научных работ, в том числе 8 научных работ в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует пунктам: 2. Установление закономерностей физико-химических и физико-механических процессов, происходящих на границах раздела гетерогенных структурах; 6. Разработка и совершенствование методов исследования и контроля структуры, испытания и определения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов на образцах и изделиях.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 6 таблицы, 86 рисунков, список литературы из 167 наименований.
