Исследование влияния режимов ударно-волнового нагружения на структуру и деформируемость композиционного материала Сталь 20Х13 + Сталь 40Х 13 + Сталь 65X13 + Сталь 40X13+ Сталь 20Х13, полученного сваркой взрывом после термической обработки
Введение 5
1 Анализ состояния предметной области 6
1.1 Постановка цели и задачи 6
1.2 Обоснование выбора исходных материалов для создания композиционного многослойного металлического материала 6
1.3 Классификация методов получения многослойных металлически композиционных материалов 11
1.3.1 Литейное плакирование 12
1.3.2 Магнитно-импульсная сварка 17
1.3.3 Получение металлических композиционных материалов методом горячей пакетной прокатки 19
1.3.4 Сварка взрывом 21
1.4 Патентное исследование 26
Вывод по первой главе 33
2 Теоретическая часть 34
2.1 Выбор технологических параметров и схемы процесса ударно-вол-
нового нагружения для получения сваркой взрывом многослойного композиционного металлического материала 34
2.2 Исследование технологических схем получения сваркой взрывом
композиционных металлических материалов для изготовления композитного режущего инструмента 37
2.3 Выбор технологических параметров и схемы процесса ударно-волнового нагружения для получения сваркой взрывом многослойного композиционного металлического материала 42
2.4 Изготовление экспериментальных образцов композиционного металлического материала, полученного сваркой взрывом 44
Вывод по второй главе 46
3 Проведение исследований микроструктуры и деформируемости на экспериментальных образцах композиционного металлического материала после отжига 47
3.1 Проведение отжига на экспериментальных образцах композиционного металлического материала 47
3.2 Проведение исследований микроструктуры на экспериментальных
образцах композиционного металлического материала 48
3.3 Проведение исследований деформируемости на экспериментальных образцах композиционного металлического материала 57
Выводы по третьей главе 61
Заключение 62
Список использованных источников 64
Приложение А 71
Основным классом материалов, удовлетворяющих строгим, зачастую противоречащим друг другу требованиям, как предоставление наилучших физико-механических, технологических, коррозионных, эксплуатационных свойств, влияющих на работу в тяжелых условиях нагружения, в том числе при повышенных температурах и в агрессивных средах, являются композиционные материалы [1].
Композиционные материалы - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими значительной прочностью, жесткостью, твёрдостью и так далее. Сочетание разнородных веществ приводит к формированию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств любого из его составляющих, что обеспечивает ему уникальные свойства [2].
Композиционные материалы имеют комплекс свойств отличных от классических конструкционных материалов и в совокупности раскрывающих большие возможности, как с целью усовершенствования существующих конструкций самого разного назначения, так и с целью разработки новых конструкций и технологических процессов.
Сочетая объемное содержание компонентов композиционного материала, возможно получение композиционных материалов с требуемыми значениями прочности, твёрдости, жаропрочности, модуля упругости, износостойкости, абразивной стойкости, а кроме того создание композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и иными особыми свойствами [3].
Проведен выбор исходных материалов для создания композита, изучены их свойства и области применения. При выборе исходных материалов учтено требуемое соотношение твердости внешних слоев композита и внутреннего режущего слоя (соотношение твердости находится в диапазоне от 1,2 до 2,6), что прогнозируемо обеспечит эффект самозатачивания композитного режущего инструмента.
С помощью сварки взрывом изготовлены экспериментальные образцы композиционного пятислойного металлического материала из сталей 20Х13 + 40Х13 + 65Х13 + 40Х13 + 20Х13.
Исследовано влияние режимов сварки взрывом на образование поверхностных дефектов и непроваров композиционного материала показало, что наи-лучшее качество пятислойного композиционного материала было получено на взрывчатом веществе с высотой заряда Нвв 80 мм, на остальных зарядах высотой 70 мм и 75 мм наблюдались непровары и обрубленные части композита.
Определены рациональные технологические параметры ударно-волнового нагружения:
- скорость детонации взрывчатого вещества Овв составляет 2700 м/с;
- величина зазора между первым из 20Х13 и вторым из 40Х13 слоями составляет 1 мм, между вторым из 40Х13 и третьим из 65Х13 слоями составляет 3 мм, между третьим из 65Х13 и четвертым из 40Х13 слоями составляет 4 мм, между четвёртым из 40Х13 и пятым из 20Х13 слоями составляет 5 мм;
- скорость точки контакта 1, составляет 2700 м/с;
- скорость соударения Ус между первым из 20Х13 и вторым из 40Х13 слоями составляет 471 м/с, между вторым из 40Х13 и третьим из 65Х13 слоями составляет 484,2 м/с, между третьим из 65Х13 и четвертым из 40Х13 слоями составляет 508,5 м/с, между четвёртым из 40Х13 и пятым из 20Х13 слоями составляет 436,1 м/с.
Проведены исследования микроструктуры и деформируемости экспериментальных образцов композиционных металлических материалов после отжига.
Для композитов рациональная температура отжига составляет интервал от 880 до 900 °С, с последующим охлаждением в печи. После отжига происходит рекристаллизация материала. Структура феррита и перлита преобразуется в округлую форму, что приводит к снижению твердости (разупрочнению) композита и как следствие к улучшению его обрабатываемости.
Для экспериментальных образцов одного вида композиционного металлического материала в состоянии после сварки взрывом величина угла фактического изгиба находится в диапазоне от 40 до 50 град. В состоянии после отжига величина угла фактического изгиба составляет 150 град.
Заложенные в проекте научно-технические решения, позволили разработать технологические основы изготовления композиционных металлических материалов для режущего инструмента с применением сварки взрывом, обеспечивающие получение качественных образцов материалов в сравнении с лучшими достижениями в области изготовления композита. Результаты исследования в текущей НИОКР защищены путем регистрации в режиме ноу-хау (номер государственной регистрации РИД: АААА-Г18-618112190004-3 от 29.11.2018 г.).
