Упрочнение малоуглеродистой феррито-перлитной стали под действием сильноточного наносекундного релятивистского электронного пучка
|
Введение 14
1 Обзор литературы 16
1.1 Малоуглеродистые феррито-перлитные и аустенитные стали (структура
и фазовый состав) 16
1.1.1 Малоуглеродистая феррито-перлитная сталь 20 20
1.1.2 Аустенитные стали 22
1.2 Поведение аустенитных сталей в условиях ударного нагружения 24
1.2.1 Микротвердость образцов после ударного нагружения 25
1.2.2 Измельчение зерна в результате ударного нагружения 28
1.2.3 Остаточные напряжения после ударного нагружения 30
1.2.4 Образование новых фаз 31
1.2.5 Влияние ударного нагружения на двойникование в аустенитных
сталях 32
1.2.6 Воздействие наносекундного релятивистского сильноточного
электронного пучка 33
1.3 Характер деформации и разрушения феррито-перлитных статей в
условиях квазистатического и динамического нагружения 35
1.4 Постановка задач 40
2 Объект и методы исследования 43
3 Результаты и обсуждение 45
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 56
4.1 Исходные данные для проведения анализа 56
4.2 Оборудование и материалы 56
4.3 Планирование комплекса работ по разработке темы 57
4.4 Расчет затрат на разработку проекта 59
4.4.1 Стоимость основных материалов 59
4.4.2 Расчет затрат на основную заработную плату 59
4.4.3 Расчет затрат на электроэнергию 61
4.4.4 Амортизационные отчисления 62
4.4.5 Смета затрат на разработку проекта 63
4.5 Экономическая целесообразность применения научного исследования 63
5 Социальная ответственность 65
5.1. Производственная безопасность 65
5.1.1. Анализ выявленных вредных факторов 65
5.1.1.1 Основные вредные факторы 65
5.1.1.2 Производственный шум 66
5.1.1.3 Исследование освещенности рабочей зоны 67
5.1.1.4 Воздушная среда и микроклимат в помещении 70
5.1.2. Анализ выявленных опасных факторов 71
5.1.2.1 Работа с неорганическими кислотами 71
5.1.2.2 Требования электробезопасности 72
5.2 Экологическая безопасность 74
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 75
5.3.1 Пожарная безопасность 77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 79
Заключение 80
Список использованных источников 82
1 Обзор литературы 16
1.1 Малоуглеродистые феррито-перлитные и аустенитные стали (структура
и фазовый состав) 16
1.1.1 Малоуглеродистая феррито-перлитная сталь 20 20
1.1.2 Аустенитные стали 22
1.2 Поведение аустенитных сталей в условиях ударного нагружения 24
1.2.1 Микротвердость образцов после ударного нагружения 25
1.2.2 Измельчение зерна в результате ударного нагружения 28
1.2.3 Остаточные напряжения после ударного нагружения 30
1.2.4 Образование новых фаз 31
1.2.5 Влияние ударного нагружения на двойникование в аустенитных
сталях 32
1.2.6 Воздействие наносекундного релятивистского сильноточного
электронного пучка 33
1.3 Характер деформации и разрушения феррито-перлитных статей в
условиях квазистатического и динамического нагружения 35
1.4 Постановка задач 40
2 Объект и методы исследования 43
3 Результаты и обсуждение 45
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 56
4.1 Исходные данные для проведения анализа 56
4.2 Оборудование и материалы 56
4.3 Планирование комплекса работ по разработке темы 57
4.4 Расчет затрат на разработку проекта 59
4.4.1 Стоимость основных материалов 59
4.4.2 Расчет затрат на основную заработную плату 59
4.4.3 Расчет затрат на электроэнергию 61
4.4.4 Амортизационные отчисления 62
4.4.5 Смета затрат на разработку проекта 63
4.5 Экономическая целесообразность применения научного исследования 63
5 Социальная ответственность 65
5.1. Производственная безопасность 65
5.1.1. Анализ выявленных вредных факторов 65
5.1.1.1 Основные вредные факторы 65
5.1.1.2 Производственный шум 66
5.1.1.3 Исследование освещенности рабочей зоны 67
5.1.1.4 Воздушная среда и микроклимат в помещении 70
5.1.2. Анализ выявленных опасных факторов 71
5.1.2.1 Работа с неорганическими кислотами 71
5.1.2.2 Требования электробезопасности 72
5.2 Экологическая безопасность 74
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 75
5.3.1 Пожарная безопасность 77
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 79
Заключение 80
Список использованных источников 82
Предметом исследования является изучение структуры образцов
феррито-перлитной стали 20 после воздействия мегавольтного
электронного пучка наносекундной длительности и ее сравнение с
формируемой микроструктурой после различных скоростей охлаждения
(закалки).
Объектом исследования являются образцы стали 20.
Цель работы – исследование закономерностей ударно-волнового
упрочнения и откольного разрушения плоских мишеней из ферритоперлитной стали 20, при воздействии сильноточного электронного пучка.
В процессе работы исследовалась микроструктура и
микротвердость образцов стали 20, полученная в результате различных
скоростей охлаждения и динамического нагружения электронным пучком.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
- составлен обзор литературы по теме, сформулирована постановка
задач и цель исследования;
- подготовлены образцы с различными скоростями охлаждения (отжиг
при температуре 880оС с последующим охлаждением на воздухе, масле и
воде);
- проанализирована структура стали 20 в зависимости от режимов
термической обработки;
- произведено ударно-волновые нагружение образцов;
- произведен анализ структуры по толщине мишени, построен
профиль микротвердости по толщине образца;
- измерены геометрические размеры лунки абляции;
- по проделанной работе сделаны соответствующие выводы.9
Ab
Самыми востребованными в машиностроении являются мало- и
среднеуглеродистые конструкционные стали для изготовления деталей
механизмов и машин. Их объем выпуска металлургическими комбинатами
достигает 80 % от общего количества марок выпускаемых сталей.
Изделия из этих сталей работают в различных отраслях
машиностроения, где к ним предъявляются не только высокие традиционные
механические свойства, но и способность выдерживать динамические
нагрузки [1-25]. Это, например, возможность безаварийной работы
конструкций в условиях гидравлических и механических ударов (газо- и
нефтепроводы, пуансоны, матрицы, валы и т.д.). Поэтому существует
необходимость рассматривать поведение таких сталей в условиях ударноволнового нагружения.
В настоящее время в литературе широко рассматривается подобное
поведение сталей аустенитного класса (сталь Гадфильда, сталь 12Х18Н10Т
(304L)) в условиях воздействия механического удара, лазерного ударного
нагружения или сильноточного электронного пучка [7-17]. Данные стали
находятся в однофазном состоянии, или в них присутствует незначительное
количество второй фазы в виде первичного δ-феррита (сталь 12Х18Н10Т),
или карбида цементитного типа М3С. Для стали типа 304L имеется уравнение
состояния, по которому можно оценить основные динамические
характеристики. В [16,17] были рассмотрены особенности деформационного
поведения и откольного разрушения массивных образцов толщиной до 10 мм
из поликристаллической стали Гадфильда (110Г13) и стали 304L при ударноволновом нагружении (скорость деформации ~106 c-1), инициируемом
воздействием наносекундного релятивистского сильноточного электронного
пучка. Включения δ-феррита располагались параллельно направлению
распространения ударной волны.
Отличительной особенностью мало- и среднеуглеродистых сталей
является наличие в их структуре как минимум двух структурных15
составляющих – феррита и перлита. Из работы [14] известно, что даже при
статическом нагружении перлитные колонии и их расположение по
отношению к прикладываемой нагрузке оказывает влияние на
деформационное поведение и разрушение.
Целью настоящей работы является исследование закономерностей
ударно-волнового упрочнения и откольного разрушения плоских мишеней из
феррито-перлитной стали 20 при воздействии сильноточного электронного
пучка
феррито-перлитной стали 20 после воздействия мегавольтного
электронного пучка наносекундной длительности и ее сравнение с
формируемой микроструктурой после различных скоростей охлаждения
(закалки).
Объектом исследования являются образцы стали 20.
Цель работы – исследование закономерностей ударно-волнового
упрочнения и откольного разрушения плоских мишеней из ферритоперлитной стали 20, при воздействии сильноточного электронного пучка.
В процессе работы исследовалась микроструктура и
микротвердость образцов стали 20, полученная в результате различных
скоростей охлаждения и динамического нагружения электронным пучком.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
- составлен обзор литературы по теме, сформулирована постановка
задач и цель исследования;
- подготовлены образцы с различными скоростями охлаждения (отжиг
при температуре 880оС с последующим охлаждением на воздухе, масле и
воде);
- проанализирована структура стали 20 в зависимости от режимов
термической обработки;
- произведено ударно-волновые нагружение образцов;
- произведен анализ структуры по толщине мишени, построен
профиль микротвердости по толщине образца;
- измерены геометрические размеры лунки абляции;
- по проделанной работе сделаны соответствующие выводы.9
Ab
Самыми востребованными в машиностроении являются мало- и
среднеуглеродистые конструкционные стали для изготовления деталей
механизмов и машин. Их объем выпуска металлургическими комбинатами
достигает 80 % от общего количества марок выпускаемых сталей.
Изделия из этих сталей работают в различных отраслях
машиностроения, где к ним предъявляются не только высокие традиционные
механические свойства, но и способность выдерживать динамические
нагрузки [1-25]. Это, например, возможность безаварийной работы
конструкций в условиях гидравлических и механических ударов (газо- и
нефтепроводы, пуансоны, матрицы, валы и т.д.). Поэтому существует
необходимость рассматривать поведение таких сталей в условиях ударноволнового нагружения.
В настоящее время в литературе широко рассматривается подобное
поведение сталей аустенитного класса (сталь Гадфильда, сталь 12Х18Н10Т
(304L)) в условиях воздействия механического удара, лазерного ударного
нагружения или сильноточного электронного пучка [7-17]. Данные стали
находятся в однофазном состоянии, или в них присутствует незначительное
количество второй фазы в виде первичного δ-феррита (сталь 12Х18Н10Т),
или карбида цементитного типа М3С. Для стали типа 304L имеется уравнение
состояния, по которому можно оценить основные динамические
характеристики. В [16,17] были рассмотрены особенности деформационного
поведения и откольного разрушения массивных образцов толщиной до 10 мм
из поликристаллической стали Гадфильда (110Г13) и стали 304L при ударноволновом нагружении (скорость деформации ~106 c-1), инициируемом
воздействием наносекундного релятивистского сильноточного электронного
пучка. Включения δ-феррита располагались параллельно направлению
распространения ударной волны.
Отличительной особенностью мало- и среднеуглеродистых сталей
является наличие в их структуре как минимум двух структурных15
составляющих – феррита и перлита. Из работы [14] известно, что даже при
статическом нагружении перлитные колонии и их расположение по
отношению к прикладываемой нагрузке оказывает влияние на
деформационное поведение и разрушение.
Целью настоящей работы является исследование закономерностей
ударно-волнового упрочнения и откольного разрушения плоских мишеней из
феррито-перлитной стали 20 при воздействии сильноточного электронного
пучка
В результате исследования ударно-волнового упрочнения и
откольного разрушения плоских мишеней из феррито-перлитной стали 20
при воздействии сильноточного электронного пучка можно сделать
следующие выводы.
1. У тыльной поверхности мишеней образуется отколотый слой, а со
стороны фронта – лунка абляции. Глубина лунки абляции не превышает
450…650 мкм, что свидетельствует о неоднородном распределении
плотности тока пучка на мишени.
2. Непосредственно под лункой абляции формируется слой, не
превышающий 10…20 мкм. Данный слой имеет дисперсную структуру на
основе мартенсита с размером блоков ~50 нм. Следующий за ним слой
представляет структуру бейнита (игольчатое строение), и его толщина не
превышает ~40 мкм. В местах с большей глубиной лунки абляции этот слой
не фиксируется, при этом увеличивается примерно в два раза толщина слоя с
дисперсной структурой. Далее перед исходной феррито-перлитной
структурой формируется слой с явно выраженной литой структурой
толщиной ~100 мкм.
3. В прифронтовой части мишени (на глубине до 150 мкм) наблюдается
резкое увеличение микротвердости (максимальный уровень твердости ~5700
МПа характерен непосредственно для поверхности лунки абляции), далее она
резко спадает до 2250…2500 МПа. В центральной части мишени твердость
сохраняется на уровне 2700…3000 МПа, и только у тыльной поверхности
мишени формируется второй максимум микротвердости на уровне ~3000
МПа.
4. Закалка стали 20 с жидкого состояния непосредственно слоя
материала под лункой абляции приводит к двукратному повышению
твердости по сравнению с закалкой образцов в воде.81
5. В работе разработаны разделы «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» и «Социальная
ответственность».
откольного разрушения плоских мишеней из феррито-перлитной стали 20
при воздействии сильноточного электронного пучка можно сделать
следующие выводы.
1. У тыльной поверхности мишеней образуется отколотый слой, а со
стороны фронта – лунка абляции. Глубина лунки абляции не превышает
450…650 мкм, что свидетельствует о неоднородном распределении
плотности тока пучка на мишени.
2. Непосредственно под лункой абляции формируется слой, не
превышающий 10…20 мкм. Данный слой имеет дисперсную структуру на
основе мартенсита с размером блоков ~50 нм. Следующий за ним слой
представляет структуру бейнита (игольчатое строение), и его толщина не
превышает ~40 мкм. В местах с большей глубиной лунки абляции этот слой
не фиксируется, при этом увеличивается примерно в два раза толщина слоя с
дисперсной структурой. Далее перед исходной феррито-перлитной
структурой формируется слой с явно выраженной литой структурой
толщиной ~100 мкм.
3. В прифронтовой части мишени (на глубине до 150 мкм) наблюдается
резкое увеличение микротвердости (максимальный уровень твердости ~5700
МПа характерен непосредственно для поверхности лунки абляции), далее она
резко спадает до 2250…2500 МПа. В центральной части мишени твердость
сохраняется на уровне 2700…3000 МПа, и только у тыльной поверхности
мишени формируется второй максимум микротвердости на уровне ~3000
МПа.
4. Закалка стали 20 с жидкого состояния непосредственно слоя
материала под лункой абляции приводит к двукратному повышению
твердости по сравнению с закалкой образцов в воде.81
5. В работе разработаны разделы «Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение» и «Социальная
ответственность».