📄Работа №110438
Тема: Конструктивная прочность стали 45 с ультрамелкозернистой структурой
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
материаловедение
Объем:
91 листов
Год:
2017
Просмотров:
108
4850
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
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
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
📖 Введение
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.
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.
✅ Заключение
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.
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.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.