Введение к работе
Актуальность темы. Изготовление и эксплуатация металлоконструкций и техники не обходятся без применения различных видов обработки материалов. В'большинстве случаев разрушение элементов машин и металлоконструкций связано с технологическими или возникшими во время эксплуатации дефектами в виде трещин, непроваров, пор и т.д., являющихся концентраторами напряжений. При этом многие разрушения начинаются на участке перегрева зоны термического влияния (ЗТВ) неразъемных соединений^
В реальных условиях разрушению всегда предшествуют пластические деформации у концентраторов напряжений, приводящие к субкритическому росту трещин. В то же время пластическая деформация является процессом, зависящим от структуры.
Задача повышения долговечности и надежности машин и металлоконструкций включает вопросы создания новых перспективных материалов, выбора и улучшения свойств имеющегося материала,-обеспечения равнопрочное и одинакового сопротивления хрупкому разрушению неразъемного соединения и основного материала.
В настоящее время остро стоит проблема повышейшпэксплуа-тационной прочности неразъемных соединений с учетом формирования в них структуры. Таким образом, актуально исследование структурообразования и свойств металла ЗТВ с учетом локального деформирования в области разрушения'. Решение данной проблемы рассмотрено в диссертационной работе. Работа выполнялась в рамках НИР 1.11.1.9, 1.11.5.2 (Ш Гос. per. 01.86.0075016, 01900035499).
Цель работы. Исследование влияния термодеформационного цикла сварки (ТДЦС) на структуру и свойства низколегированных сталей и разработка требования к выбору*оптимального состава структуры при создании неразъемных соединений.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
изучить кинетику превращения аустенита на участке перегрева ЗТВ низколегированных сталей;
выявить влияние структурных превращений на формирование напряжений в условиях непрерывного охлаждения;
установить особенности локального деформирования структурных составляющих низколегированных сталей и оценить изменение долговечности образцов различного структурного состава от уровня циклического нагружения;
установить зависимость между структурным составом^и механическими свойствами участка перегрева- ЗТВ низколегированных сталей;
на основании полученных результатов установить допустимые количественные соотношения структурных составляющих на участке перегрева ЗТВ, обеспечивающих оптимальные прочностные и пластичные свойства металла нерзъемных соединений.
Научная новизна. Развиты материаловедческие основы выбора оптимальной структуры металла околошовной зоны неразъемных соединений из низколегированных конструкционных сталей для обеспечения их необходимой пластичности и прочности, включающие следующие новые результаты:
исследованы особенности анизотермического распада аус-тенита на участке перегрева металла зоны термического влияния неразъемных соединений из низколегированных сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, St600 и наплавленного порошковой проволокой ОК Tubrod 14.03 металла. При этом впервые получены термокинетические диаграммы анизотермического распада аустенита сталей 20ХГ. 20НГМФ и порошковой проволоки OK Tubrcd 14.03;
построены диаграммы комплекса механических свойств для сталей 10ХСНД, 20НГМФ, 20ХГ, St600, металла шва, наплавленного порошковой проволокой OK Tubrod 14.03. Установлено, что при содержании мартенсита в структуре исследованных сталей до 50% прочность металла перегрева исследованных сталей повышается до 1,88 раза, твердость - до 1,6 раза, а значение относительного сужения уменьшается до 1,5 раза;
определен уровень временных и остаточных напряжений в зависимости от количественного состава формирующейся структуры. Получены зависимости значений временных напряжений во время структурных превращений в процессе охлаждения и остаточных напряжений после остывания образцов от количественного соотношения структурных составляющих бейнита и мартенсита в сталях 20НГМФ, 20ХГ. St600;.
установлен характер локального деформирования структуры
- г -
на уровне зерна. Показано, что ферритвые выделения по границам зерен облегчают локальное деформирование, являясь мягкой прослойкой. При этом деформирование бейнитной структуры протекает при. взаимном смещении игл бейнита;
построены зависимости локальных пластических деформаций от разрушающего напряжения по ослабленному нетто сечению образцов с концентратором напряжений в виде трещины и от количественного содержания мартенсита ( 30 и 50% );
выявлен характер разрушения при содержании мартенсита в структуре 30 к 50%. Определена их долговечность при различных уровнях циклического нагружения.
Достоверность полученных результатов обеспечивается, применением существующих опробированных методик, в т.ч. дилатометрического метода с точностью 7-10%, металлографического анализа с точностью 5-10%, метода жесткого закрепления образцов при имитации ТЦС с точностью 10%, мет да координатных сеток с точностью 10-15%.
Практическая ценность. Полученные результаты комплексного экспериментального исследования позволяют определить допустимые диапазоны скоростей охлаждения для сталей 10ХСНД, 20ХГ, 20НГМФ, St600 и наплавленного металла и выбрать оптимальные технологические параметры обработки низколегированных сталей для получения неразъемных соединений с оптимальными свойствами, обеспечивающими долговечность и надежность ответственных металлоконструкций.
Апробация работы. Основные результаты диссертациооной работы представлялись на двух Международных конференциях: в октябре 1991 г. "Трещины в сварных соединениях" (Г.Братислава), в сентябре 1995 г. "Сварные конструкции" (г.Киев).
Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях и 4-х технических отчетах по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, изложенных на 182 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков и 9 таблиц, списка литературы (112 наименований) и приложения.
