Арсенюк Валерій Васильович. Закономірності формування з'єднань різнорідних металів різними способами зварювання тиском

brief description

Арсенюк Валерій Васильович. Закономірності формування з'єднань різнорідних металів різними способами зварювання тиском. : Дис... д-ра наук: 05.03.06 2005

Арсенюк В.В. Закономірності формування з’єднань різнорідних металів різними способами зварювання тиском. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.06 зварювання та споріднені технології. Приазовський державний технічний університет МОН України, м. Маріуполь, 2005.
Вперше встановлено, що швидкість деформування є головним чинником, що визначає особливості структури і зміни механізмів деформації. Встановлено, що при низьких швидкостях деформування (ДЗВ, ЗТр) спостерігається формування суцільних шарів інтерметалідів по площині контакту. При високошвидкісній деформації (УЗВ, МІЗ, ЗВб) спостерігаються дисперсні фазові виділення (від нанорозмірів до декількох мікрометрів). Показано, що глибина зони локалізації пластичної деформації залежить від швидкості і складає 25...200 мкм. При цьому степінь локалізації змінюється від ~40 до 1000 %.
Розроблено новий методичний підхід до аналітичної оцінки міцнісних і пластичних властивостей по зоні зварювання з врахуванням структурних факторів. Запропоновано новий підхід до оцінки зварюваності різнорідних металів. Розроблено рекомендації і визначені оптимальні режими і технологічні прийоми з’єднання різних пар різнорідних металів різними методами зварювання тиском, що використані при промисловому виготовленні деталей і пристроїв в агрегатах і системах.
Виконано оцінку застосовності різних методів зварювання тиском для з’єднання різнорідних важкозварюваних металів, що дозволяє вибрати оптимальний спосіб зварювання.

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нові уявлення про кінетику і механізми пластичної деформації, про особливості структури та фазових перетворень при різних способах зварювання тиском різнорідних металевих матеріалів в твердому стані та створено наукові основи розробки технології і оптимізації параметрів технологічного процесу.
Встановлено, що оптимальна техніка підготовка поверхні перед зварюванням тиском, що визначає мінімальний вплив оксидних плівок на якість з’єднання, спрощується зі збільшенням швидкості деформування.
Вперше встановлено, що швидкість деформування є головним чинником, який визначає зміну механізмів деформації від дислокаційного до механізмів, пов’язаних з колективними формами руху дефектів ґратки разом з ротацією різних за розміром структурних областей при великій швидкості деформації (~104105с-1).
Встановлено залежність коефіцієнтів масопереносу в матеріалах, що з’єднуються, від швидкості зварювального навантаження при різних температурах. Це дозволяє вибирати оптимальні режими зварювання шляхом варіювання двома параметрами швидкістю навантаження і температурою.
Встановлено, що при низьких швидкостях деформування спостерігається формування суцільних шарів нових фаз, локалізованих вздовж площини контакту. Перехід до високошвидкісних зварювальних деформацій (УЗВ, МІЗ, ЗВб) сприяє диспергуванню (від часточок у кілька мікрометрів до кластерних розмірів) новоутворених фаз і значному розширенню зони фазоутворення (до 100...200 мкм і більше).
Встановлено вплив температурного діапазону на особливості структури і якості зварного з’єднання:

нагрівання вище температури рекристалізації створює передумови для формування і росту протяжних масивних крихких інтерметалідних прошарків зернограничного типу;
нагрівання в інтервалі температур, при яких розвиваються полігонізаційні процеси, створює можливість формування рівномірно розподілених по усьому внутрішньому об’єму металу дрібнодисперсних інтерметалідних фаз, що сприяє підвищенню щільності дислокацій і загальному подрібненню зерна і, таким чином, формуванню матеріалу типу квазікомпозита.

Встановлено, що об’ємна частка утворюваних вздовж площини з’єднання інтерметалідних фаз зменшується із зростанням швидкості зварювальної деформації, мінімальні значення характерні для більш швидкісних способів зварювання. Також зменшуються розміри фаз і спостерігається більш рівномірний їхній розподіл по глибині зони зварювання. Зростає об’ємна частка металу в стані твердого розчину, що сприяє формуванню в’язкого зламу.
На підставі вивчення кінетики, ступеня локалізації і механізмів пластичної деформації по зоні зварювання різнорідних металів з різним типом ґраток і фазовим складом і їхньої зміни при переході від низькошвидкісних до високошвидкісних способів навантаження за умов зварювання тиском, розроблено новий, заснований на аналізі структури, підхід до пластифікації металу в процесі зварювання. Показано, що пластична деформація локалізується в залежності від методу зварювання в приконтактній зоні глибиною від 25 до 200 мкм. Ступінь локалізованої пластичної деформації змінюється від 40 до 1000 %.
Встановлено, що для одержання якісного з’єднання при зварюванні тиском необхідний оптимальний вибір питомої енергії пластичної деформації, що забезпечує баланс у протіканні процесів зміцнення і релаксації структури.
Вперше встановлено, що із збільшенням швидкості деформації зменшується співвідношення між деформацією розтягу і деформацією стиску. Напруження розтягу при переході від ДЗВ до ЗВб зростають приблизно на два порядки.
Розроблено новий підхід до оцінки міцнісних властивостей по зоні зварювання різнорідних матеріалів з урахуванням різних структурних факторів, що впливають на механічні властивості з’єднань. Визначення властивостей (т,в, КIC) ґрунтується на конкретному внеску різних структурних параметрів: хімічного складу металу безпосередньо в зоні зварювання, величини зерна і субзерна (Dз, dс), щільності дислокацій (), морфології, розподілу фазових утворень (dфв, ,фв) тощо.
Розроблено технологічні рекомендації і визначені оптимальні режими і технологічні прийоми з’єднання пар різнорідних металів різними способами зварювання тиском при промисловому виготовленні деталей і пристроїв у агрегатах і системах, які використовуються у металургії (алюмінієві та магнієві електролізери), транспортних електромережах (контактні групи), креогенній техніці (трубчаті перехідники), приладобудуванні, машинобудуванні, аерокосмічній техніці, ядерній енергетиці та інших. Дано оцінку застосовності різних методів зварювання тиском для з’єднання різнорідних важкозварюваних металів, що дозволяє вибрати оптимальний спосіб з’єднання при виготовленні деталей і пристроїв.