Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Конструктивная прочность стали 45 с ультрамелкозернистой структурой

Работа №110438

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

материаловедение

Объем работы91
Год сдачи2017
Стоимость4850 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
55
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 5
1 Аналитический обзор литературы 9
1.1 Методы интенсивной пластической деформации 9
1.1.1 Метод кручения под высоким давлением 10
1.1.2. Метод равноканального углового прессования 11
1.1.3 Метод всесторонней ковки 16
1.1.4 Метод "abc"деформации 17
1.1.5 Метод многократной прокатки 18
1.1.6 Метод винтовой экструзии 19
1.2 Механизмы и типы коррозии 20
1.3 Коррозия УМЗ сталей 24
1.4 Механизмы разрушения конструкционных металлических материалов 25
1.4.1 Механизм вязкого разрушения 25
1.4.2 Механизм хрупкого разрушения 29
1.4.3. Механизм квазихрупкого разрушения 32
1.4.4. Механизм вязко-хрупкого разрушения 34
1.4.5. Механизм смешанного разрушения 36
1.5 Элементы механики разрушения при однократных видах нагружения 38
1.5.1 Основные сведения о механике разрушения 38
1.5.2. Пластические зоны и локальное напряженное состояние материала у вершины трещины 40
1.5.3 Связь локального напряженного состояния с механизмом разрушения
изделий и кинетикой развития пластических зон 48
1.6. Формирование УМЗ структуры в сталях 57
2 Материал и методика исследования 63
2.1 Исследуемый материал и образцы 63
2.2 Методики исследования микроструктуры 63
2.3 Методики механических испытаний 64
2.4 Методика макро- и микрофрактографических исследований 65
2.5 Методика определения скорости коррозии 67
2.6 Методика исследования коррозионного повреждения поверхности образцов 69
3 Результаты исследования 71
3.1 Результаты исследования структуры и свойств стали 45 при растяжении ... 71
3.2 Ударная вязкость и механизмы ударного разрушения стали 45 после
различных видов обработки 73
3.3 Закономерности коррозионного повреждения стали 45 в сероводородсодержащей среде после различных видов обработки 79
Заключение 84
Список использованной литературы 85
Приложение А 91


В последнее время широкое распространение получили наноструктурированные материалы с ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, полученной путем интенсивной пластической деформации (ИПД), в частности путем равноканального углового прессования (РКУП). Данный класс материалов обладает высокой прочностью и твердостью поэтому данные материалы связаны с производством изделий для работы в экстремальных условиях. Однако с позиции конструкционной прочности материалов, помимо высокой твердости и прочности при растяжении, необходимо чтобы материал обладал высоким значением ударной вязкости в широком интервале температур, усталостной прочности, коррозионной стойкости и т.д.
Несмотря на большое количество публикаций, посвященных исследованию УМЗ материалов, недостаточно сведений об их конструктивной прочности и механизмах разрушения в широком интервале температур при разных маршрутах и режимах РКУП. Следовательно, этот фактор делает необходимым увеличение информации о прочности и механизмах разрушения при разных видах нагружения, а также о коррозионной стойкости УМЗ сталей, так как для конструкционных применений УМЗ материалов именно эти свойства будут становиться наиболее решаемыми.
Таким образом, актуальность данной работы заключается в исследовании механических и коррозионных свойств стали 45 с УМЗ структурой при новых режимах РКУП, разработанных в УГАТУ.
Цель исследования:
Определить твердость, прочность при растяжении, ударную вязкость в широком интервале температур и изучить механизм разрушения стали 45 с УМЗ структурой, полученной путем РКУП по заданным разработчиками материала режимам, а также исследовать скорость и механизм коррозии УМЗ стали в сравнении с крупнозернистым (КЗ) состоянием стали 45 после стандартной обработки (закалки + высокий отпуск).
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести литературный обзор по теме диссертации;
2. Произвести термическую обработку заготовок и изготовить образцы для испытания на ударную вязкость(КСУ) и коррозионную стойкость;
3. Определить механические свойства стали 45 в КЗ состоянии после нормализации, закалки и высокого отпуска, а также после РКУП (в УМЗ состоянии);
4. Определить ударную вязкость (KCV) стали 45 с КЗ структурой после закалки и высокого отпуска и с УМЗ структурой (после РКУП) в интервале температур от -196 до 300 0С;
5 Исследовать макро- и микростроение полученных изломов;
6. Провести коррозионные испытания, согласно ГОСТ 9.913-90;
7. Сделать вывод о влиянии РКУП по предложенным режимам на положение вязко - хрупкого перехода и скорость коррозии стали 45 с УМЗ структурой, по сравнению с КЗ состоянием после закалки и высокого отпуска.
Объект исследования:
Сталь 45 с КЗ структурой после закалки и высокого отпуска и с УМЗ структурой, полученной путем РКУП.
Предметом исследованияявляется твердость, прочность при растяжении, ударная вязкость в широком интервале температур, механизм разрушения и коррозионная стойкость стали 45 с УМЗ структурой после РКУП и с КЗ структурой после стандартной обработки.
Научная новизна:
1. Показано, что РКУП по предложенным режимам приводит к сужению интервала вязко - хрупкого перехода стали 45 с УМЗ структурой и смещению его в сторону низких температур, по сравнению с КЗ состоянием стали.
2. Изучен механизм коррозионного повреждения стали 45 с УМЗ структурой.
Практическая значимость:
1. Определены механические свойства стали 45 с УМЗ структурой, полученной путем РКУП по предложенным режимам.
2. Показано, что предложенные режимы РКУП приводят к смещению интервала вязко-хрупкого перехода стали 45 с УМЗ структурой в сторону низких температур на 70-80 0С по сравнению со сталью после стандартной обработки (закалка + высокий отпуск), что благоприятно для конструктивной прочности.
3. Определена скорость коррозии стали 45 с УМЗ структурой, полученной путем РКУП по предложенным режимам.
Положения, выносимые на защиту:
1. Механические свойства при растяжении, ударная вязкость в широком интервале температур и особенности макро- и микростроения ударных изломов стали 45 в УМЗ состоянии.
2. Скорость коррозии и особенности коррозионного повреждения стали 45 с УМЗ структурой.
Личный вклад автора:
Работы, выполненные лично автором:
Написание аналитического обзора. Термическая обработка заготовок для изготовления: а) ударных образцов на KCV (закалка + высокий отпуск); образцов для коррозионных испытаний (нормализация, закалка + высокий отпуск). Определение размера зерна стали после нормализации на металлографическом микроскопе. Макрофрактографический анализ ударных изломов стали 45 после закалки и высокого отпуска и после РКУП (замер губ среза, утяжки). Изготовление, шлифовка и полировка образцов для коррозионных испытаний стали 45 после нормализации, закалки + высокий отпуск и после РКУП. Измерение твердости стали после различных видов термической обработки и после РКУП.
Работы, выполненные с операторами:
Испытание образцов на растяжение (машина H50KT). Испытание образцов на ударную вязкость (Маятниковый копер JB-W300). Микрофрактографический анализ ударных изломов (Электронный микроскоп Sigma). Анализ поверхности образцов после коррозии (Конфокальный лазерный микроскоп LEXT OLS4000).
Работы, выполненные на стороне:
Получение УМЗ стали 45. Исследование тонкой структуры стали 45 после РКУП на ПЭМ. Проведение коррозионных испытаний образцов.
Апробация результатов исследования:
Результаты и положения, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:
1. На девятой международной конференции "Фазовые превращения и прочность кристаллов" памяти академика Г.В. Курдюмова и Второй Всероссийской Молодежной Школы "Структура и свойства перспективных материалов" (г. Черноголовка, 7-11 ноября 2016 г.);
2. На научно-практической конференции "Студенческие Дни науки в ТГУ" (г. Тольятти, 1-25 апреля 2017 г.).
Публикации по результатам работы
В приложении указаны публикации по результатам темы исследования, среди них 1 работа опубликована и 1 работа принята в печать.
Структура и объем работы:
Магистерская диссертация изложена на 91 странице, включая 52 рисунка, 4 таблицы, 60 источников и 1 приложение.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка используемой литературы и приложения.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

1. РКУП по предложенным режимам повышается твердость и прочностные характеристики стали 45 с УМЗ структурой в 1,2 раза по сравнению со стандартной обработкой стали (закалка + высокий отпуск), однако снижается пластичность 1,6 раза.
2. После РКУП происходит сужение интервала вязко-хрупкого перехода и смещение его в сторону низких температур на 70-80 0С, что благоприятно для конструктивной прочности стали.
3. Температурная зависимость губ среза на поверхности ударных изломов, независимо от состояния стали 45, хорошо коррелирует с температурной зависимостью ударной вязкости.
4. Скорость коррозии стали 45 в сероводородсодержащей среде зависит от состояния стали. Самую низкую скорость коррозии (0,400 г/ч.м2) сталь имеет после нормализации; самую высокую (0,785 г/ч.м2) - после РКУП. После закалки и высокого отпуска сталь имеет промежуточное значение скорости коррозии (0,765 г/ч.м2).
5. Основным механизмом коррозии КЗ стали 45 является общая коррозия, коррозионные язвы и пятна. После нормализации стали имеет место небольшое количество коррозионных язв. После закалки и высокого отпуска стали количество коррозионных язв увеличивается более чем в 2,5 раза, причем язвы расположены неравномерно по поверхности образцов.
6. В УМЗ стали 45, полученной путем РКУП, коррозия также включает в себя общую коррозию, коррозионные язвы и пятна. Однако количество язв увеличивается более чем в 8 раз по сравнению с исходным состоянием, а сами коррозионные язвы располагаются равномерно по поверхности образцов.



1. Валиев, Р. З. Объемные наноструктурные металлические материалы / Р. З. Валиев, И. В. Александров. - М.: Академкнига, 2007. - 398 с.
2. Головин, Ю. И. Введение в нанотехнологию / И. Ю. Головин. - М.: «Машиностроение - 1», 2003 - 112 с.
3. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы. Уч. пособие / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 117 с.
4. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы - состояние разработок и применение / Р. А. Андриевский // Перспективные материалы. 2001. №6. С.5-11.
5. Андриевский, Р. А. Наноматериалы: концепция и современные
проблемы / Р. А. Андриевский // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева), 2002, т. XLVI, №5, с. 50-56.
6. Алымов, М. И. Механические свойства нанокристаллических материалов / М. И. Алымов. - М.: МИФИ, 2004. - 32 с.
7. Матренин, С. В. Наноструктурные материалы в машиностроении: уч. пособие. Томский политехнический университет / С. В. Матренин. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 186 с.
8. Valiev, R. Z. Ultrafine-grained materials prepared by severe plastic deformation / ed. By R.Z. Valiev // Annales de Chimie. Science des Materiaux. - 1996. - vol.21. - № 6-7. - p. 369 -520.
9. Furukawa, M. The use of severe plastic deformation for microstructural control / M. Furukawa, Z. Horita, M. Nemoto, T. G. Langdon // Mater. Sci. Eng. A., - 2002. - vol. 324. - p.82-90.
10. Xu, C. The evolution of homogeneity in an aluminum alloy processed by high pressure torsion / C. Xu, Z. Horita, T. G. Langdon.// Acta Mater., - 2008. - vol. 56. - p. 5168-5176.
11. Langdon, T. G. Twenty-five years of ultrafine-grained materials: achieving exceptional properties through grain refinement / T. G. Langdon// Acta Materialia., - 2013. - vol. 61 (19). - p.7035-7059.
12. Клевцов, Г.В. Прочность и механизмы разрушения объемных наноструктурированных металлических материалов: учебное пособие / Г. В. Клевцов и др.; Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. - Уфа: РИК УГАТУ, 2016. - 240 с. ISBN 978-5-4221-0913-5
13. Segal, V. M. Materials processing by simple shear / V. M. Segal // Materials Science and Engineering A. 1995. V. 197. P. 157-164.
14. Vorhauer, A. On the homogeneity of deformation by high pressure torsion / A. Vorhauer, R. Pippan // Scripta Materialia. 2004. № 51. Р. 921-925
15. Valiev, R. Z. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation / R. Z. Valiev, R. K. Islamgaliev, I. V. Alexandrov // Progress in Materials Science. 2000. V. 45. Р. 103-189.
16. Валиев, Р. З. Создание наноструктурных металлов и сплавов с уникальными свойствами, используя интенсивную пластическую деформацию/ Р. З. Валиев // Российские Нанотехнологии. 2006. Т. 1. № 1-2. С. 208-217.
17. Iwahashi, Y. An investigation of microstructural evolutionduring equal-channel angular pressing [Текст] / Y. Iwahashi, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon // Acta Mater. -1997. -V. 45. -P. 4733-4741.
18. Iwahashi, Y. Principle of equal-channel angular pressing for the processing of ultra-fine grained materials [Текст] / Y. Iwahashi, J. Wang, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon // Scripta Materialia. -1996. -V. 35. -№ 2. -P. 143 - 146.
19. Ma, A. Characteristics of plastic deformation by rotary-die equal-channel angular pressing/ A. Ma, Y. Nishida, K. Suzuki, I. Shigematsu, N. Saito // Scripta Materialia. 2005. № 52. P. 433-437.
20. Raab, G. I. Plastic flow at equal channel angular processing in parallel channels/ G. I. Raab // Materials Science and Engineering. 2005. V. 410-411. Р. 230-233.
21. Raab, G. J., Valiev R. Z., Lowe T. C., Zhu Y. T. Continuous processing of ultrafine grained Al by ECAP-Conform / G. J. Raab, R. Z. Valiev, T. C. Lowe, Y.
T. Zhu // Materials Science and Engineering 2004. V. 382. Р. 30-34.
22. Перспективные материалы. Структура и методы исследования / Учебное пособие/ Под ред. Д. Л. Мерсона. ТГУ, МИСиС, 2006.-536с.
23. Салищев, Г. А. Формирование субмикрокристаллической структуры в титане при пластической деформации и ее влияние на механические свойства / Г. А. Салищев, О. Р. Валиахметов, Р. М. Галлеев // Металлы, - 1996. - № 4. - c. 86-91.
24. Салищев, Г. А. Механические свойства титанового сплава ВТ6 с микрокристаллической и субмикрокристаллической структурами / Г. А. Салищев, Р. М. Галеев, С. В. Жеребцов // Металлы, - 1999. - № 6. - c.84-87.
25. Humphreys, F.J. Developing Stable Fine-Grain Microstructures by Large Strain Deformation / F.J. Humphreys, P.B. Prangnell, J.R. Bowen, A. Gholinia, C. Harris // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, - 1999. - vol. 357. - p. 1663-1681.
26. Belyakov, A. Strain induced grain evolution in polycrystalline coper during warm deformation / A. Belyakov, W. Gao, H. Miura, T. Sakai // Metall. Mater. Trans., - 1998. - vol. 29A. - p. 2957-2965.
27. Salishchev, G.A. Structure and Density of Submicrocrystalline Titanium Produced by Severe Plastic Deformation / G.A. Salishchev, R.M. Galeev, S.P. Malysheva, M.M. Myshlyaev // Nanostructured Mater., - 1999. - vol. 11. - p. 407-414.
28. Salishchev, G.A. Development of submicrocrystalline titanium alloys using —abc|| isothermal forging / Salishchev G.A., Zherebtsov S.V. // Mater. Sci. Forum., - 2004. -vols. 447- 448. - p.459-464.
29. Saito, Y. Novel ultra-high straining process for bulk materials - development of the accumulative roll - bonding (ARB) process / Y. Saito // Acta Mater., - 1999. - Vol.47. - P.579- 583.
30. Tsuji, N. Ultra-fine grained bulk steel produced by accumulative roll-bonding (ARB) process/ N. Tsuji // Scripta Mater., - 1999. - vol.40. - №7. - p.795-800.
31. Valiev R. Z., Langdon T. G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement // Progress in Materials Science. 2006. V. 51. P. 881 - 981.
32. Федорченко, В. И. Коррозия металлов: учебное пособие/ В. И. Федорченко.
- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2009. - 127 с.
33. ГОСТ 9.908-85. Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости (Дата введения 01.01.87).- М.: ИПК Из-во Стандартов, 1999 г.
34. Hadzima, B. Microstructure and corrosion properties of ultrafine-grained interstitial free steel / B. Hadzima, M. Janecek // Materials Science and Engineering A 462, 2007, pp 243-247.
35. Zhang, L. Sulphuric acis corrosion of ultrafine-grained mild steel processed by equal-channel angular pressing / L. Zhang, M. Aibin, J. Jinghua // Corrosion Science 75, 2013, pp 434-442.
36. Клевцов, Г.В. Коррозионная стойкость наноструктурированной стали 10 с
алмазоподобным покрытием / Г. В. Клевцов, Р. З. Валиев, Н. А. Клевцова, Л. Л. Ильичев., Е. В. Кушнаренко, М. Р. Кашапов., А. Г. Рааб, А. В. Ганеев // Фундаментальные исследования, 2012. - № 6-2. - С. 441-443.
37. Ботвина, Л. Р. Разрушение: кинетика, механизмы, общие закономерности / Л. Р. Ботвина. - М.: Наука, 2008. 334с.
38. Владимиров, В. И. Физическая природа разрушения материалов / В. И. Владимиров. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с.
39. Энгель, Л. Растровая электронная микроскопия: Справочник / Л. Энгель, Г. Клингеле. - М.: Металлургия, 1986. - 232 с.
40. Фрактография и атлас фрактограмм: Справочник: Пер. с англ. Пер. Е.А. Шур, Ред. М. Л. Бернштейн. - М.: Металлургия, 1982. - 489 с. : ил.
41. Бичем, К. Д. Микропроцессы разрушения/ К. Д. Бичем // Разрушения. - М.: Мир, 1973, Т. 1. - С, 265 - 275.
42. Клевцов, Г. В. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций / Г. В. Клевцов, Л. Р. Ботвина, Н. А. Клевцова, Л. В. Лимарь. - М.: МИСиС, 2007. - 264 с.
43. Клевцова, Н. А. Разрушение аустенитных сталей и мартенситные превращения в пластических зонах / Н. А. Клевцова, О. А. Фролова, Г. В. Клевцов. - М.: Изд-во Академии Естествознания, 2005. 155с.
44. Клевцов, Г. В. Прочность и механизм разрушения нанострутурированного алюминиевого сплава АК4-1 в широком интервале температур / Г. В. Клевцов, М. В. Фенесюк // Фундаментальные исследования, 2012. № 3. Часть 2. С. 391 - 395.
45. Владимиров, В. И. Физическая природа разрушения материалов / В. И. Владимиров. - М.: Металлургия, 1984. 280 с.
46. Мороз, Л. С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов / Л. С. Мороз. Л.: Машиностроение, 1984. 224 с.
47. Клевцов, Г. В. Механизм ударного разрушения стали 10 с субмикрокристаллической структурой в интервале вязко-хрупкого перехода / Г. В. Клевцов, Р. З. Валиев, Г. И. Рааб, Н. А. Клевцова // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 8. С. 9-13.
48. Ботвина, Л. Р. Макро- и микрофрактографические особенности рассредоточенного ударного разрушения в стали 45 в интервале вязко-хрупкого перехода / Л. Р. Ботвина, Г. В. Клевцов // Металловедение и термическая обработка металлов, 1985. № 2. C. 27 - 29.
49. Клевцов, Г. В. Влияние низких температур на микромеханизм разрушения материалов с ОЦК и ГЦК структурой при однократных видах нагружения / Г. В. Клевцов, Н. А. Клевцова // Известия РАН. Серия физическая, 2008. Т.72. № 9. С. 1363 - 1367.
50. Сорокин В.Г. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др.; Под общ. ред. В. Г.Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.
51. Матвиенко, Ю. Г. Модели и критерии механики разрушения. - М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 328 с.
52. Тольяттинский Государственный Университет [электронный ресурс]. -
Режим доступа: https://www.tltsu.ru/uscience/Equipment/detail.php?ID=39593
53. Хеллан, К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. 364 с.
54. Клевцов, Г. В. О связи локального напряженного состояния материала с кинетикой развития пластических зон и микромеханизмом разрушения при однократных видах нагружения / Г. В. Клевцов, Н. А. Клевцова // Металловедение и термическая обработка материалов, 2000, № 2. С. 15-22.
55. Клевцов, Г. В. Пластические зоны и диагностика разрушения
металлических материалов / Г. В. Клевцов. - М.: МИСИС, 1999. 112 с.
56. Клевцова, Н. А. Разрушение аустенитных сталей и мартенситные превращения в пластических зонах / Н. А. Клевцова, О. А. Фролова, Г. В. Клевцов . - М.: Изд-во Академии Естествознания, 2005. 155 с.
57. Калачев, М. Д. Деформационное упрочнение металлов / М. Д. Калачев. Минск: Наука и техника, 1980. 256 с.
58. Клевцов, Г.В. Оценка локального напряженного состояния при разрушении наноструктурированных материалов с ОЦК и ГЦК решеткой / Г .В. Клевцов, Н.А. Клевцова, Р.З. Валиев, И.Н. Пигалева, О.А. Фролова // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки, 2016. Т. 21, №. 3. С. 772-775.
59. Bathias C. There is no infinite fatigue life in metallic materials// Fatigue Fract. Engng. Mater. Sci., 1999 V. 22, №.7. P. 559-566.
60. Мерсон, Е.Д. Количественный анализ изломов при помощи конфокальной лазерной сканирующей микроскопии / Е.Д. Мерсон, В.А. Данилов, Д.Л. Мерсон // Вектор науки ТГУ, 2015. № 4. С. 68-75.

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.