Содержание к диссертации
АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ЭПФ ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СВАРНЫХ ТСД 15
I. 1 Некоторые конструктивно-технологические способы повышения долговечности сосудов давления 15
I. 2 Роль сплавов с ЭПФ в современном машиностроении 18
І. 3 Термомеханические характеристики легированных систем 26
I. 3. 1 Сплавы на основе NiTi 26
I. 3. 2 Влияние железа на функциональные свойства системы Fe-Nii 29
I. 4 Анализ механических свойств сплавов на основе NiTi 35
I. 4. 1 Диаграммы деформирования 35
I. 4. 2 Механическая усталость 39
II ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ N1 И ТІ НА ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И НДС СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 44
II. 1 Моделирование диаграмм состояния тройной системы Fe Nii 44
II. 1. 1 Модели расчета тройных диаграмм состояния 44
П. 1.2 Расчет изотермических сечений диаграммы Fe-Ni Ti 49
П. 2 Оценка НДС сварного соединения, легированного Ni и Ті 53
II. 2. 1 Постановка задачи и методы реализации 53
П. 2. 2 Влияние режимов обработки на НДС сварного шва 57
III МЕТОДИКА И СРЕДСТВА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 63
III. 1 Материалы и образцы для проведения исследований 63
III. 2 Оборудование для аргонодуговой сварки 64
III. З Методика исследований механических свойств соединений 70
III. 3. 1 Статические испытания образцов материалов и их сварных соединений 70
III. 3. 2 Малоцикловые испытания образцов материалов и их сварных соединений 71
III. 4 Методика исследований коррозионной стойкости 72
III. 5 Способ неразъемного соединения деталей 73
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЛЕГИРОВАНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ 75
IV. 1 Методика разработки технологии аргонодуговой сварки 75
IV. 2 Оптимизация технологических режимов легирования и последующей обработки сварных соединений 78
IV. 3 Количественная параметризация и анализ структуры швов, легированных Ni и Ті 87
IV. 4 Механические свойства легированных соединений 96
IV. 4. 1 Статические испытания 96
IV. 4. 2 Малоцикловая механическая усталость 99
IV. 5 Коррозионные и коррозионно-усталостные испытания легированных соединений 104
ПРИМЕНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ЭПФ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТСД 111
V. 1 Способ упрочнения сварных ТСД с использованием материалов на основе NiTi 111
V. 1. 1 Некоторые аспекты применения и термомеханический цикл получения
упрочняющих элементов 1 1 1
V. 1. 2 Предварительная оценка НДС оболочек, усиленных материалами с ЭПФ 116
V. 1. 3 Конечно-элементный расчет сосуда давления 118
V. 2 Соединение цилиндрических деталей одного диаметра 124
V. 3 Способ соединения сопрягаемых деталей 127
Основные результаты и выводы 132
Список использованных источников 135
Приложение 1
Введение к работе
Современные требования к производству и эксплуатации ТСД основываются на принципах оптимального соотношения прочности, надежности и долговечности с учетом экономической эффективности производства. Использование для этих целей традиционных материалов достигло некоторого предела, что связано с невозможностью самих материалов обеспечить необходимые свойства конструкции. В этой связи проектирование новых материалов занимает все больше места и становится неотъемлемой частью высокотехнологичных производств. Одним из широко развивающихся классов новых материалов, обладающих помимо функциональных свойств, сочетанием высокой прочности и пластичности, долговечностью, коррозионной и эрозионной стойкостью являются материалы с ЭПФ. Применение таких материалов в качестве конструкционных, несомненно, является новым шагом в машиностроение, однако сдерживается их высокой стоимостью. Поэтому решение поставленной в работе задачи повышения долговечности ТСД с использованием материалов с ЭПФ направлено на поиск ресурсосберегающих технологий и разработке новых конструктивно-технологических решений, позволяющих реализовать уникальные свойства сплавов с ЭПФ для повышения долговечности ТСД.
Одним из рассмотренных технологических способов повышения долговечности ТСД является легирование наиболее их слабого звена - сварного соединения никелем и титаном для обеспечения функционально-механических свойств. Несмотря на значительные успехи, достигнутые российскими (А.Е. Волков, СВ. Добаткин, Ю.Н. Коваль, В.Г. Курдюмов, В.А. Лихачев, Н.А. Махутов, А.И. Разов и др.) и зарубежными (СМ. Вейман, Я. Ван-Хамбек, Д.И. Ли, С. Миязаки, К. Ооцука, Э. Хорнбоген и др.) учеными при исследовании структуры, свойств и применений никелида титана, вопросы легирования соединений остаются малоизученными. Конструктивные способы повышения долговечности ТСД основываются на использовании элементов из материалов с ЭПФ в качестве упрочняющих и обеспечивающих, в случае необходимости, сборку-разборку конструкции.
Содержание диссертационной работы построено следующим образом:
- в первой главе рассматриваются: некоторые способы повышения долговечности ТСД; роль сплавов с ЭПФ в современном машиностроении и анализ их механических свойств; обзор термомеханических характеристик легированных систем; анализ влияния железа на функциональные свойства системы Fe-Nii.
- во второй главе произведено моделирование изотермических сечений тройной диаграммы состояния Fe-Nii. В результате получена оценка влияния железа как основного элемента стали на фазовый состав и свойства системы NiTi. Решена задача, описывающая НДС, возникающее при обработке соединений из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм, легированных Ni и Ті; определена степень восстановления материалом легированного шва своей формы и связь «упрочнение - легирующий компонент - усилие обкатки».
- в третьей главе описываются: материалы, образцы для проведения исследований, технологическое оборудование, испытательные машины, средства измерения и диагностики, предложен альтернативный способ неразъемного соединения деталей.
- в четвертой главе произведена оптимизация технологических режимов легирования сварных соединений стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм сплавами на основе Ni и Ті, приведены основные результаты планирования эксперимента. На основе синергетического подхода выполнена количественная параметризация и анализ структуры швов, выполненных с использованием сплавов NiTi. Произведена экспериментальная оценка прочности, циклической долговечности, коррозионной стойкости сварных образцов. Произведен сравнительный анализ механических свойств соединений, выполненных по различным технологиям. Дополнительные исследования, проведенные с использованием макроиндентирования, показали восстановление материалом легирован 14 ного шва своей формы в пределах 0,7-1,2 %. Предложена эмпирическая зависимость, с достаточной степенью точности описывающая кривые усталости образцов на воздухе и в среде 30 % КОН. Экспериментально подтверждено повышение циклической долговечности образцов, выполненных по отработанной технологии.
- в пятой главе приведены новые технические решения с использованием материалов с ЭПФ, обеспечивающие повышение долговечности ТСД за счет использования конструктивных и технологических приемов. Предложен способ упрочнения ТСД; способ соединения сопрягаемых деталей и соединение цилиндрических деталей одного диаметра.
