СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛА ЗОНЫ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

       У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета та основні завдання досліджень, описані об'єкт і методи досліджень, наукова новизна і практична значимість отриманих результатів із зазначенням особистого внеску здобувача.

       У першому розділі проведений аналіз відомих раніше вітчизняних і закордонних наукових публікацій, присвячених вивченню високоміцних сталей, а також їх зварних з'єднань, в яких розглядався вплив хімічного складу, параметрів термічного циклу зварювання та структурних параметрів на механічні властивості та умови зародження крихкого руйнування у високоміцних сталях. Розглянуто існуючі на сьогоднішній день кількісні оцінки основних механічних характеристик, які визначають надійність зварних з'єднань в умовах експлуатації. На підставі літературного огляду обґрунтовані доцільність і необхідність подальших досліджень.

Другий розділ присвячений вибору матеріалів і методів проведення досліджень. Як об'єкт дослідження була обрана високоміцна низьколегована сталь 17Х2М, виготовлені з неї зварні з'єднання і зразки-імітатори, оброблені за термічними циклами зварювання, що забезпечує їх охолодження в інтервалі температур 600-500ºС зі швидкістю W_6/5 = 2,5; 10 і 20°С/с. Зварні з'єднання, були отримані в результаті механізованого зварювання в суміші захисних газів   (82%Ar + 18%СО₂) при використанні зварювальних дротів марок                         Св-10ХН2ГСМФТЮ, Св-08Г2С та Св-08Х20Н9Г7Т, W_6/5~20^оС/с. Рівень залишкових напружень в зварних з’єднаннях регулювали змінюючи жорсткість закріплення шляхом зміни ширини пластин, що зварюються, від 50 до 150мм. Вплив зовнішнього навантаження (статичний розтяг) на зміну параметрів структури в зоні термічного впливу зразків-імітаторів і зварних з'єднань оцінювали після впливу на метал зусиллям від розтягання рівним 0,8s_0,2 та (0,75…0,85)s_В. Для вивчення особливостей зміни параметрів тонкої структури при втомному навантаженні проводили дослідження на зразках-імітаторах після застосування циклічного навантаження на згин із симетричним циклом при частоті 35Гц, напруження циклу: s_а=80МПа й s_а=120МПа.

У роботі застосовували комплекс методів, що включає світлову, скануючу й просвічувальну електронну мікроскопію. Дослідження мікроструктури металу швів і зони термічного впливу проводили за допомогою оптичних мікроскопів «Versamet -2» і «Neophot – 32». Для виявлення зеренної і тонкої структури були використані хімічні, електролітичні методи травлення та методи локального стоншення зразків. Характер розподілу хімічних елементів, а також фрактографічні дослідження поверхні зламів зварних з'єднань зробленні за допомогою аналітичної растрової електронної мікроскопії – скануючого електронного мікроскопа SEM – 515 фірми «Philips» (Голландія), оснащеного енергозберігаючим спектрометром системи «Link». Особливості розподілу дислокаційної структури у зварних з'єднаннях вивчали при дослідженні тонких фольг методами просвічувальної електронної мікроскопії на мікроскопі JEM-200CX фірми «JEOL» (Японія) при прискорювальній напрузі 200кВ.

У третьому розділі представлені результати дослідження впливу швидкості охолодження (W_6/5) для зразків-імітаторів, та різного складу зварювальних дротів для зварних з'єднань, на структурно-фазовий склад металу зони термічного впливу (ЗТВ). Надалі на базі експериментальної інформації про структуру і її параметри, виконані аналітичні оцінки зміни механічних властивостей (s_Т, К_1С).

У вихідному стані сталь 17Х2М була після гартування та високого відпуску - структура сорбіт відпуску, мікротвердість 2500…2700МПа.

Розглядали наступні ділянки зони термічного впливу з нагрівом до максимальних температур (не нижче А_С1): ділянка перегріву (I ЗТВ) (Т_max=1250…1230^оС); ділянка повної перекристалізації (II ЗТВ)– (Т_max=1115…930^оС); нормалізації (III ЗТВ) – вище А_С3 (Т_max=900…930^ос); ділянка неповної перекристалізації – від А_С1 до А_С3 (Т_max=800^оС).

Металографічними дослідженнями були виявлені структури: фериту (Ф), верхнього і нижнього бейніту – (Б_В, Б_Н), мартенситу відпуску (М_ВІД) та їх параметри - розмір пакетів (D_П), об'ємна частка (V_Ч), а також зміни мікротвердості (HV – за Віккерсом). У ділянці перегріву зразків-імітаторів, охолоджених зі швидкістю (W_6/5=2,5°С/с), формується структура з об’ємною часткою складових - верхнього бейніту (V_Ч~67%), нижнього бейніту (V_Ч~30%) та феритних оторочок (V_Ч~3%), з розміром пакетів бейніту D_П(Б_В)=45…100мкм, D_П(Б_Н)=40…85мкм. Мікротвердість структурних складових 2570…2700МПа (Б_В), 3030МПа (Б_Н) і 1850…1900МПа (Ф_ОТ). При переході від ділянки перегріву до ділянки неповної перекристалізації збільшується об'ємна частка фериту до 40%, за рахунок чого зменшується інтегральне значення мікротвердості від HV~2900МПа до 2400МПа. Також зменшується розмір пакетів D_П~10…30мкм (максимально в ділянці нормалізації).