Ігнатенко Олексій Вікторович. Механізм зародження індукованих воднем тріщин в зварних з'єднаннях високоміцних низьколегованих сталей

brief description

Ігнатенко Олексій Вікторович. Механізм зародження індукованих воднем тріщин в зварних з'єднаннях високоміцних низьколегованих сталей. : Дис... канд. наук: 05.03.06 2008

ІГНАТЕНКО О.В. Механізм зародження індукованих воднем тріщин в зварних з’єднаннях високоміцних низьколегованих сталей. — Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 — Зварювання та споріднені технології”. — Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, Київ, 2008.
Дисертація присвячена вивченню механізму зародження індукованих воднем холодних тріщин у зварних з’єднаннях високоміцних низьколегованих сталей. Для вирішення цього завдання проведені теоретичні дослідження і числове моделювання процесів, які відбуваються в зерні металу з ОЦК решіткою при зародженні та розвитку субмікротріщини. Запропоновано математичну модель транспортування водню рухомими крайовими дислокаціями. Досліджено вплив температури металу, швидкості руху крайових дислокацій і концентрації дифузійного водню на кількість водню, транспортованого дислокаціями до місця утворення субмікротріщини. Удосконалено модель Зінера-Стро утворення субмікротріщини за дислокаційним механізмом. Числовими методами досліджено температурно-швидкісна залежність ступеня падіння крихкої міцності металу d(Т), розрахунки зіставлені з експериментальними даними. Розроблено розрахунково-експериментальну методику визначення параметрів енергетичних пасток водню в металі шва, таких як енергія взаємодії воденьпастка та щільність пасток. Проаналізовано вплив параметрів енергетичних пасток на кінетику масоперенесення водню в металі та його перерозподіл у зварному з’єднанні. Дані рекомендації для попередження на мікрорівні зародження у зварному з’єднанні індукованих воднем холодних тріщин.

1. Розроблено математичну модель транспортування водню рухомими крайовими дислокаціями. Досліджено вплив температури металу, швидкості руху крайових дислокацій та концентрації дифузійного водню на кількість водню, що транспортується дислокаціями до місця утворення субмікротріщини. Виявлено, що температурна залежність кількості воднюN(T), транспортованого рухомою крайовою дислокацією, має максимум в інтервалі кімнатних температур. Встановлено, що зі збільшенням швидкості руху крайової дислокації або при зниженні концентрації дифузійного водню кількість транспортованого водню зменшується, а максимум кривоїN(T) зміщується в область більш високих температур
2. Удосконалено модель Зінера-Стро утворення субмікротріщини за дислокаційним механізмом. Числовими методами досліджена температурно-швидкісна залежність ступеня падіння крихкої міцності металу d(Т), розрахунки співставленні з експериментальними даними. Виявлено, що залежність d(Т) має мінімум в інтервалі кімнатних температур, падіння міцності металу під дією водню може досягати 50 % від міцності металу без водню. Результати розрахунків показали, що при одній і тій же температурі зі збільшенням швидкості відносної пластичної деформації, значення d(Т) збільшується, а мінімум кривої d(Т) зміщується в інтервал більш високих температур. Показано, що зменшення концентрації дифузійного водню веде до збільшення значення d(Т).
3. У результаті числового моделювання встановлено, що температурно-швидкісні особливості впливу водню на міцність зварних виробів із ВМНЛ сталей пояснюються залежністю між температурою металу, швидкістю пластичної деформації та кількістю водню, що транспортується дислокаціями до місця зародження мікродефекту.
4. Важливим моментом у механізмі зародження індукованих воднем холодних тріщин у зварних з’єднаннях із ВМНЛ сталей є транспортування водню крайовими дислокаціями в зону зародження субмікротріщини.
5. Розрахунки показали, що основними факторами, які відповідають за руйнування зерна і утворення стабільного мікродефекту, є такі: температура металу, концентрація дифузійного водню в металі зерна, зовнішні або внутрішні напруження у зварному з’єднанні, швидкість відносної пластичної деформації, розмір зерна.
6. Розроблено розрахунково-експериментальну методику визначення параметрів енергетичних пасток водню в металі шва, таких як енергія взаємодії воденьпастка та щільність пасток. Проаналізовано вплив параметрів енергетичних пасток на кінетику масоперенесення водню в металі та його перерозподіл у зварному з’єднанні. Виявлено, що при певній температурі виникає максимум швидкості ефузії водню зі зразка. Показано, що в такій постановці задачі по ефузії при певній температурі завжди існує максимум швидкості ефузії водню зі зразка, який відсутній при спрощеній постановці цієї задачі. Зі збільшенням енергії взаємодії водню з пасткоюQtrapмаксимум швидкості ефузії зміщується в область більш високих температур. Виявлено, що при збільшенні значення параметраQtrapвід 30 до 40 кДж/моль температура максимуму швидкості ефузії підвищується з 366 до 445 К. Вплив пасток на швидкість ефузії водню слабкий, якщоQtrapне перевищує 25 кДж/моль.
7. Для попередження на мікрорівні зародження у зварному з’єднанні індукованих воднем холодних тріщин необхідно:
Не допускати несприятливого сполучення перерахованих вище факторів, які відповідають за руйнування зерна й утворення стабільного мікродефекту.
Формувати в зерні металу мікроскопічні пастки водню з енергією взаємодії, яка вища, ніж у крайової дислокації. Такі пастки на шлях руху дислокацій здатні акумулювати дифузійний водень і переводити його в залишковий.
Формувати в зерні металу включення, які будуть перешкоджати росту субмікротріщин до критичних розмірів.