Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Теоретическая часть 6
1.1 Общие понятия о слоистых композиционных материалах 6
1.2 Классификация композиционных материалов 7
1.3 Многослойные материалы на основе стали 9
1.4 Виды термической обработки металлов 12
1.5 Механические характеристики и свойства материалов 15
1.6 Электронно-лучевая наплавка как метод получения композитов 19
1.7 Стадийность пластического течения 23
1.8 Макроскопическая локализация пластического течения 25
2 Практическая часть 30
2.1 Постановка задачи 30
2.2 Материалы и параметры получения композита 30
2.2.1 Состав марки стали 08Х18Н10 30
2.2.2 Состав марки стали ВСт3сп 31
2.2.3 Процесс получения композита 32
2.3 Методы исследования 33
2.3.1 Механические испытания 33
2.3.2 Метод корреляции цифровых изображений 34
2.3.3 Металлографический анализ на оптическом микроскопе
«Neophot21» 35
2.4 Результаты исследования 36
2.4.1 Результаты оптических исследований 36
2.4.2 Результаты механических исследований 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ .. 45
С развитием технологий и производства в приоритете оказались композиционные материалы, в сравнении с традиционными. Композиционные материалы на основе металлов обладают уникальным комплексом эксплуатационных свойств и успешно применяются в таких отраслях промышленности, как авиастроение (для обшивки, лонжеронов, панелей и т.д.), машиностроение (двигатели, лопатки компрессора и турбины и т.д.), космическая техника для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, горнодобывающая промышленность (буровой инструмент, детали комбайнов и т.д.), строительство (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений) и т.д. [1]. На сегодняшний день применение композитов позволяет снизить массу летательных аппаратов, автомобилей, судов, увеличить мощность двигателей, энергетических и транспортных установок, создать новые конструкции, обладающие высокой работоспособностью и удовлетворяющие требованиям безопасности [2, 3]. Кроме того, их использование позволяет не только повысить надёжность и долговечность деталей и оборудования, но и сократить расход высоколегированных сталей, дефицитных и дорогостоящих цветных металлов (Ni, Cu, Cr, Mo и др.), тем самым снизив стоимость изготавливаемых из них установок [4]. Вместе с тем, с применением композитов удаётся снизить расходы на техническое обслуживание и ремонт оборудования.
Слоистые композиционные материалы - это важнейший класс композитов, обладающих широким спектром и уникальным сочетанием таких ценных свойств, как высокая прочность, коррозионная стойкость, технологичность, электропроводность и теплопроводность, жаропрочность, износостойкость, низкая плотность и повышенная твёрдость . Слоистые композиты (СК) в некоторых случаях даже обладают исключительными физико-механическими свойствами, когда толщина отдельных слоев достигает микро- и наноразмерных величин [5].
Наиболее широкое применение в промышленности получили металлические слоистые композиционные материалы, у которых матрица и наполнитель (из разнородных металлов) расположены слоями и представляют собой монолитную композицию, сохраняющую надежную связь между составляющими при дальнейшей технологической обработке и в процессе эксплуатации. Основную часть этих материалов представляют биметаллы, состоящие из двух или более слоев двух металлов [6].
Настоящая работа посвящена изучению механических свойств и процессов пластического деформирования металлического композита на основе низкоуглеродистой и нержавеющей сталей полученного методом электронно-лучевой наплавки после воздействия различных температур термообработки. В качестве слоистого материала использовалась подложка из низкоуглеродистой стали ВСт3сп толщиной 5,5 мм с нанесённым на неё путем наплавки электронным пучком слоем из нержавеющей стали 08X18H10. Толщина наплавленного слоя - 4 мм.
Механические испытания на одноосное растяжение проводились на испытательной машине LFM-125 производства Walter + Bai AG. при комнатной температуре 20оС. Скорость деформирования равнялась 0,2 мм/мин. По полученным диаграммам определялись механические характеристики испытанных образцов после термообработки при температурах в интервале от 350С до 650С с шагом 100С с выдержкой 30 минут.
Методом корреляций цифровых изображений получены поля распределения деформаций в процессе нагружения для всех исследованных образцов, которые после программной обработки позволили получить распределения деформаций локальных удлинений на рабочей поверхности образца. Съёмка осуществлялась на высокоразрешающую видеокамеру PointGray FL3-GE-50S. Исследование микроструктуры композиционного материала проводилось металлографическим анализом на оптическом микроскопе «Neophot21».
1. В ходе работы были получены образцы из низкоуглеродистой стали ВСт3сп и нержавеющей стали 08Х18Н10 путём наплавки пучком электронов, а также выполнена их термообработка в атмосферной печи при температурах от 350^С до 65(0 С с шагом 100°С для устранения неравновесности структуры и увеличения пластичности композита. Проведённая термическая обработка позволила увеличить общую пластичность материала в два раза (при начальной температуре отжига в 350ОС).
2. Установлено, что исходный композит на основе низкоуглеродистой стали ВСт3сп и нержавеющей стали 08Х18Н10 полученный аддитивным методом электронно-лучевой наплавки в вакууме имеет высокие показатели прочности: о = 736±5 МПа, и относительно невысокую пластичность: е = 9,2±1%, по сравнению с исходными материалами.
3. Последующая термообработка при температурах от 350°С привела к постепенному увеличению пластичности и при температуре 550С достигла значений е = 30%, что соответствует значениям пластичности исходных материалов: значение пластичности низкоуглеродистой стали ВСт3сп е = 31±1%, значение пластичности нержавеющей стали 08Х18Н10 е = 30±1%. В результате полученный композит обладал высокой механической прочностью на уровне исходного материала 08X18H10 при высокой пластичности.
4. Для последовательности термообработок наблюдается рост значения периода локализации с 4,4 мм для исходного материала после наплавки до 4,8 мм при 450°С, а далее наблюдается снижение до значения ниже, чем для исходного материала после наплавки в 3,9 мм при 650С.
