Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЯЗКОСТИ СТАЛЕЙ ТИПА 06Г2Б С УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ ФЕРРИТО-БЕЙНИТНО/МАРТЕНСИТНОЙ СТРУКТУРОЙ

Работа №102082

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

металлургия

Объем работы24
Год сдачи2016
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
47
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы исследования
В настоящее время хорошо известны и сравнительно легко достижимы факторы повышения прочностных свойств сплавов. Однако большинство способов по увеличению прочности приводит к уменьшению вязкопластических характеристик. В общем плане пути улучшения вязкопластических характеристик сталей известны: диспергирование структуры, повышение чистоты металла по вредным примесям и др. В конце прошлого столетия был достигнут существенный прогресс в этом направлении, состоящий в разработке и использовании в значительных объемах толстолистового проката из высокочистых сверхнизкоуглеродистых сталей класса прочности К65 (Х80) и выше, получаемого по технологии контролируемой прокатки с ускоренным охлаждением. Стали обладают уникальным комплексом механических свойств: сочетанием повышенной прочности (ов - 730 МПа, от - 600 МПа), пластичности (5 > 22%) и высокой вязкости (КСУ-40 > 250 Дж/см2). Это позволило сформулировать технически достижимое требование - полностью исключить в строительных конструкциях из сталей нового поколения хрупкое разрушение. В то же время в большинстве работ рассматривается поведение сталей вблизи вязкохрупкого перехода, а параметры разрушения высоковязких материалов изучены сравнительно слабо.
Возникла необходимость отыскания научно обоснованных критериев и способов оценки трещиностойкости при натурных и лабораторных испытаниях высоковязких сталей, поскольку ключевым моментом их использования в сварных строительных конструкциях (газопроводах высокого давления, высотных зданиях, судостроительстве и пр.) является их надежность, которая во многом определяется трещиностойкостью материала.
Сложная физическая природа вязкости определяется сочетанием пластичности и прочности сталей. Выявление физической природы вязкости требует исследования ее разнообразных параметров: деформационных, энергосиловых и структурно-фрактографических.
Высокочистые по вредным примесям и неметаллическим включениям стали типа 06Г2Б оказались весьма удобным объектом для изучения природы вязкости, так как разрушаются исключительно по телу зерна, а хрупкое разрушение появляется в районе крайне низких температур (< -80 ОС).
Отсюда актуальность темы диссертации и обоснованность поставленных в работе целях и задач.
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями научной деятельности кафедры «Термообработка и физика металлов» ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» в рамках проектной части госзадания МОиН РФ № 11.1465.2014/К.
Степень разработанности темы исследования
Подавляющее большинство работ по изучению вязкости сталей посвящено критериям вязкохрупкого перехода, оценке температуры и факторов хрупкого разрушения. Высоковязкие стали, разработанные в последнее десятилетия, обладают столь высокой вязкостью, что у них вязкохрупкий переход находится в районе крайне низких температур (< -80 ОС).
Вопросы оценки резерва вязкости подобных высоковязких сталей не разработаны, и имеются значительные затруднения определения уровня трещиностойкости (вязкости) сталей, у которых уровень ударной вязкости в интервале климатических температур составляет > 350 Дж/см2.
Цель работы: на основе структурных, энергетических и фрактографических исследований разрушенных динамическим изгибом образцов сталей типа 06Г2Б с ультрадисперсной феррито-бейнитно/мартенситной структурой, установить основные факторы, ответственные за их высокую вязкость, и разработать рекомендации по ее оценке.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
1. На основе совместного анализа диаграмм нагружения и фрактографических данных образцов Шарпи сталей типа 06Г2Б оценить энергоемкость стадий зарождения и распространения трещины, отдельных зон на поверхности изломов и их вклад в вязкость.
2. Выявить структурные и фрактографические параметры, ответственные за высоковязкое состояние.
3. Изучить природу особых очаговых трещин - расщеплений на основе детального исследования процессов их зарождения и роста, их вклад в вязкость сталей.
Научная новизна и теоретическая ценность работы:
- впервые с привлечением фрактографического анализа выявлена связь отдельных участков диаграмм ударного нагружения с зонами на поверхности излома образцов Шарпи;
- показано, что в слоевой структуре горячекатаного листа ферритные зерна имеют малоугловые границы (9...110), то есть внутри слоев формируется полигонизированная структура, обладающая высокой конструктивной прочностью;
- установлено, что при всех температурах испытаний наибольший вклад
(до 60 %) в энергоемкость разрушения исследованных сталей вносит зона
однородного вязкого излома;
- изучен механизм возникновения особых очаговых трещин - расщеплений, включающий образование пор и тонких трещин, их многократное объединение, приводящее к возникновению зародышей расщеплений сборно-ступенчатой морфологии, а также их последующий рост по границам слоев;
- выявлены структурные параметры, ответственные за высокую вязкость исследованных сталей.
Практическая значимость работы:
- предложен способ оценки вязкости для металлических материалов при испытаниях на ударный изгиб с записью диаграмм нагружения (патент № 2570237). Предлагаемый способ может быть использован его для аттестации вязкости любых металлических материалов при наличии инструментальной записи кривой разрушения;
- сформулированы практические рекомендации по фрактографическим методам оценки трещиностойкости;
- результаты работы использованы при разработке учебных пособий по инструментальным испытаниям на ударный изгиб и измерениям микротвердости металлических материалов для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям «Металлургия» и «Материаловедение и технологии материалов»;
- результаты исследования используются в курсе лекции по дисциплине «Прочность сплавов» на кафедре Термообработки и физики металлов Института Материаловедения и металлургии УрФУ.
Методология и методы диссертационного исследования
Методологической основой исследования послужили труды ведущих и зарубежных ученых в области изучения высоковязких сталей, зарубежные и государственные стандарты РФ, а также положения теории вязкохрупкого перехода, теории разрушения сталей и сплавов.
Для достижения поставленной цели и задач в диссертационной работе были использованы методы: инструментальные испытания на ударную вязкость и микротвердость, металлография, световой и электронный фрактографический анализ, анализ текстуры методом ЕБ8И.
На защиту выносятся основные положения и результаты:
- инструментальная оценка ударной вязкости;
- вклад в энергоемкость разрушения отдельных зон на поверхности изломов образцов Шарпи;
- исследование областей пластической деформации, формирующихся при разрушении образцов Шарпи;
- структурные и фрактографические параметры, ответственные за высокую вязкость исследованных сталей.
Степень достоверности результатов диссертации определяется применением современной экспериментальной техники и измерительных приборов, комплекса современных методов исследования, а также воспроизводимостью и непротиворечивостью результатов полученных различными методами.
Личный вклад соискателя заключается в подборке и анализе современных публикаций по рассматриваемой тематике, в постановке цели и задач, в проведении экспериментов и обработке и анализе их результатов, в формулировании выводов, написании статей и тезисов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: XVIII международной научно-технической конференции «Трубы» (г. Челябинск, 2010); XI-XVI международных научно-технических уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых (г. Екатеринбург, 2010-2015); научно-практической конференции «Актуальные вопросы конструкционный прочности и износостойкости деталей машин» (г. Нижний Тагил, 2014); XXII уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Оренбург, 2014); III международной уральской научно-практической конференции «Обеспечение надежности теплоэнергетического оборудования техническое диагностирование и экспертиза промышленной безопасности» (г. Челябинск, 2015).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, отражающих основное содержание диссертации, в том числе 5 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК и 1 патент РФ на изобретение.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


Анализ энергосиловых и структурно-фрактографических параметров разрушения позволил заключить, что объективными и легкодоступными методами оценки трещиностойкости высоковязких сталей типа 06Г2Б с ультрадисперсной феррито-бейнитно/мартенситной структурой являются исследование ударного изгиба с записью диаграмм нагружения и фрактографический анализ разрушенных образцов, поскольку установлена связь между отдельными участками диаграмм нагружения с зонами на поверхности изломов. Показано, что наилучшая корреляция (Я2=0,93) с общим уровнем КСУ образцов наблюдается для параметра КВ (Дж/мм), включающего в себя произведение суммы усилий в начале и конце стадии линейного снижения нагрузки на протяженность этого участка на диаграмме разрушения. Данный способ определения вязкости (КСУ) сталей по параметру КВ защищен патентом РФ.
Высоковязкое состояние сталей (КСУ’40> 250 Дж/см2) характеризуется повышенной энергоемкостью зарождения магистральной трещины (КУзар ~ 18 Дж) и большими усилиями ее страгивания (Б ~ 22 кН), но, главное, чрезвычайно высокой энергией распространения трещины (КУраспр> 300 Дж, КУраспр/КУзар ~ 17). При этом работа распространения трещины составляет ~90 % работы разрушения образца.
Столь высокая работа распространения трещины связана с возникновением на поверхности разрушения образцов уникальной зоны однородного вязкого разрушения ЬС с крайне высокой удельной энергоемкостью (до ~ 700 Дж/см2). Это обусловлено формированием в результате безрекристаллизационной контролируемой прокатки листа с ускоренным охлаждением ультрадисперсной структуры (размер зерен 3...9 мкм), в которой, как показал ЕБ8Э анализ, ~90 % ферритные кристаллы являются, по существу, субзернами с малоугловыми границами (О ~ 2.. .7°).
В зоне ЬС пластическая деформация получает наибольшее развитие, что следует из максимального уровня микротвердости ее приповерхностных областей (340 НУ) по сравнению с таковыми у зоны вязкого волокнистого разрушения ЬБ (300 НУ) и наибольшей площади пластической деформации в ее окрестностях. Зона ЬС вносит наибольший вклад (до 60 %) в энергоемкость разрушения образцов Шарпи изученных сталей, тогда как доля зоны волокнистого вязкого разрушения ЬБ с удельной энергоемкостью ~100 Дж/см2, причем уменьшающейся с понижением температуры испытания, составляет 8.10 %.
Выход стали из высоковязкого состояния (ниспадающий участок сериальной кривой ударной вязкости) связан с образованием и увеличением размера зоны ЬБ, снижением ее удельной энергоемкости, уменьшением величины зоны ЬС и всех параметров макро - и микродеформации образцов Шарпи. Поскольку внутри волокон в изломе зоны ЬБ, как и в зоне БС, формируется вязкий чашечный излом, то сравнительно низкая удельная энергоемкость разрушения в зоне ЬБ объясняется наличием хрупкой компоненты разрушения по поверхности волокон. Об этом же свидетельствует принадлежащий зоне ЬБ линейный ниспадающий участок на диаграмме нагружения Б - 8, который для сталей обычной вязкости связывается с хрупким разрушением.
Найдено, что по границам пластического шарнира в вязкой области долома БД образцов Шарпи возникают две очаговые трещины сдвига, распространяющиеся навстречу магистральной трещине отрыва, но не объединяющиеся с нею. Согласно диаграмме нагружения КУ - 8, работа, затрачиваемая магистральной трещиной при прохождении зоны Ьд, сравнительно невелика.
Прослежена последовательность процессов, приводящих к образованию в образцах Шарпи особых очаговых трещин - расщеплений (РЩ): возникновение пор на частицах Т1(УЬ)С,'Ы, которые тяготеют к большеугловым границам (0>50°), унаследованным от безрекристаллизационной высокотемпературной пластической деформации; их объединение тонкими трещинами, что приводит к формированию исключительно в зоне ЬБ зародышей расщеплений, имеющих сборно-ступенчатую форму, чему способствует, как показал анализ карт ББ8В, ориентация {001}<110> слоев, в которых образуются перемычки, соединяющие зародыши расщеплений.
Исследованием эволюции РЩ и их стенок установлено, что РЩ являются межслоевыми хрупкими трещинами, но на всех этапах их образования обнаруживается существенная роль пластического течения. Анализ различных параметров разрушения позволил заключить, что хотя вклад РЩ в энергоемкость разрушения образцов невелик, их массовое образование в районе климатических температур нежелательно.
В качестве перспектив дальнейшей разработки данной тематики можно сформулировать следующие направления:
- изучение закономерностей разрушения, установленных при исследовании образцов Шарпи, на разрушение полномасштабных изделий (толстого листа) при натурных (полигонных) испытаний или эксплуатации конструкций;
- исследование особенностей разрушения образцов тех же сталей после различных режимов термообработки, снимающих полосовую структуру, унаследованную металлом от горячей прокатки листа с ускоренным охлаждением;
- широкое использование в практике исследовательских центров и заводских лабораторий копров с инструментальной записью диаграмм нагружения и их подробным анализом;
- увеличение масштаба применения фрактографического анализа методами световой и растровой электронной микроскопии, а также глубоких статистических оценок размера зерен, количества структурных составляющих и их локальных ориентировок в сталях, элементов структуры изломов.



1. Морозова, А.Н. Использование осциллограмм ударного изгиба образцов Шарпи для оценки энергоемкости разрушения высоковязких сталей / В.А. Хотинов, В.М. Фарбер, А.Н. Морозова, Н.В. Лежнин // Производство проката. - 2013. - № 11. - С. 28-34 (0,4 п.л. / 0,3 п.л.).
2. Морозова, А.Н. Структура и механические свойства технологических сварных соединений газопроводных труб / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, М.А. Валов, А.Н. Морозова, Г.А. Шарипов // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2014. - № 6. - С. 34-38 (0,3 п.л. / 0,2 п.л.).
3. Морозова, А.Н. Диагностика изломов и энергоемкости вязкого разрушения при инструментальных испытаниях на ударный изгиб /
B. М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Морозова, Н.В. Лежнин, Т. Мартин // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2015. - № 6. - С. 22-25 (0,3 п.л. / 0,2 п.л.).
4. Морозова, А.Н. Расщепления и их вклад в ударную вязкость сталей класса прочности К65 (Х80) / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Морозова, Т. Мартин // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2015. - № 8. -
C. 39-44 (0,4 п.л. / 0,2 п.л.).
5. Морозова, А.Н. Расщепления в сталях, испытавших контролируемую
прокатку и последующее ускоренное охлаждение / В.М. Фарбер, О.В. Селиванова, Н.В. Лежнин, В.А. Хотинов, Морозова А.Н., С.В. Беликов, М.С. Карабаналов,
А.Ю. Жиляков // Физика металлов и металловедение. - 2016. - Т. 117.- № 4. -
С. 1-15 (0,9 п.л. / 0,5 п.л.).
Патенты:
6. Пат. 2570237 Российская Федерация, Способ оценки вязкости металлических материалов / Хотинов В.А., Фарбер В.М., Морозова А.Н.; заявитель и патентообладатель федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н, Ельцина»; № 2012107942/28; заявл. 10.06.14; опубл. 10.12.15, Бюл. 34; 5 с.: ил.
Другие публикации:
7. Журавкова, А.Н. (Морозова, А.Н) Фрактографическая диагностика трещиностойкости труб группы прочности Х80 (К65) по результатам испытаний ударной вязкости / В.М. Фарбер, А.Б. Арабей, И.Ю. Пышминцев, В.А. Хотинов,
А.Н. Журавкова, Е.Н. Чусова // Сборник научных трудов XVIII Международной научно-технической конференции «Трубы-2010». Челябинск. - 2010. - С. 108-117 (0,6 п.л. / 0,4 п.л.).
8. Журавкова, А.Н. (Морозова, А.Н) Фрактографический метод оценки трещиностойкости по результатам испытаний ударной вязкости / В.А. Хотинов, Е.Н. Чусова, В.М. Фарбер, А.Н. Журавкова // Сборник научных трудов XI Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2010. - С. 119 (0,06 п.л. / 0,03 п.л.).
9. Морозова, А.Н. Критерии разрушения высокопрочных сталей с гетерофазной структурой / А.Н. Морозова, В.А. Хотинов, Е.Н. Чусова,
В.М. Фарбер // Сборник научных трудов XIV Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2013. - С. 72-73 (0,1 п.л. / 0,05 п.л.).
10. Морозова, А.Н. Соотношение энергетических и фрактографических параметров разрушения образцов стали 05Г2СМБ / А.Н. Морозова,
A. А. Пьянкова, В.М. Фарбер, О.В. Селиванова // Сборник научных трудов XIV Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2013. - С. 69-71 (0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
11. Морозова, А.Н. Оценка трещиностойкости сталей типа 05Г2СФ по
кривым разрушения / А.Н. Морозова, В.А. Хотинов // Сборник научных трудов XIV Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2013. - С.74-76
(0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
12. Морозова, А.Н. Фрактографическая диагностика трещиностойкости сталей Х80 (К65) по результатам испытаний на ударный изгиб / А.Н. Морозова,
B. М. Фарбер, О.Н. Полухина // Сборник научных трудов научно-практической
конференции «Актуальные вопросы конструкционный прочности и износостойкости деталей машин. Нижний Тагил. - 2014. - С. 118-119
(0,1 п.л. / 0,05 п.л.).
13. Морозова, А.Н. Изучение стадий распространения трещины в образцах Шарпи / А.Н. Морозова, В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Ю. Жиляков // Сборник научных трудов ХХ11 Уральской школы металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов". Оренбург. - 2014. -
C. 47-50 (0,3 п.л. / 0,2 п.л.).
14. Морозова, А.Н. Определение вязкости металлических материалов / А.Н. Морозова, В.А. Хотинов, В.М. Фарбер // Сборник научных трудов XV Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2014. - С. 357-359 (0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
15. Морозова, А.Н. Оценка уровня вязкости трубных сталей с помощью диаграмм ударного разрушения / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Морозова // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. Екатеринбург. - 2015. - № 1. - С. 57-66 (0,6 п.л. / 0,3 п.л.).
16. Морозова, А.Н. Расщепления в сталях, испытавших контролируемую прокатку и последующее ускоренное охлаждение // Сборник научных трудов XVI Международной Уральской научно-технической школы-семинара металловедов - молодых ученых. Екатеринбург. - 2015. - С. 8-10 (0,2 п.л. / 0,1 п.л.).
17. Морозова, А.Н. Определение вязкости сталей при инструментальных испытаниях на ударный изгиб / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Морозова,
С.В. Беликов // Сборник научных трудов III Международной Уральской научно-практической конференции «Обеспечение надежности теплоэнергетического оборудования техническое диагностирование и экспертиза промышленной безопасности». Челябинск. - 2015. - С. 83-86 (0,3 п.л. / 0,2 п.л.).
18. Морозова, А.Н. Особенности деформационного поведения высоковязких сталей типа 06Г2МБ при испытании на растяжение / В.М. Фарбер,
B. А. Хотинов, О.Н. Полухина, А.Н. Морозова, Д.И. Вичужанин // Сборник научных трудов III Международной Уральской научно-практической конференции «Обеспечение надежности теплоэнергетического оборудования техническое диагностирование и экспертиза промышленной безопасности». Челябинск. - 2015. - С. 77-87 (0,9 п.л. / 0,5 п.л.).
19. Морозова, А.Н. Лабораторные критерии трещиностойкости в высокопрочных сталях / В.М. Фарбер, В.А. Хотинов, А.Н. Морозова,
C. В. Беликов, М.С. Карабаналов // Сборник научных трудов III Международной Уральской научно-практической конференции «Обеспечение надежности теплоэнергетического оборудования техническое диагностирование и экспертиза промышленной безопасности». Челябинск. - 2015. - С. 87-88 (0,1 п.л. / 0,05 п.л.).


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ