Тема: ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

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».

Купить

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.

Купить