Черв"яков Микола Олегович. Напружено-деформований стан та технологічна міцність зварних з"єднань високоміцних нікелевих сплавів

Короткий опис

Черв"яков Микола Олегович. Напружено-деформований стан та технологічна міцність зварних з"єднань високоміцних нікелевих сплавів. : Дис... канд. наук: 05.03.06 2007

Червяков М. О. Напружено-деформований стан та технологічна міцність зварних зєднань високоміцних нікелевих сплавів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 «Зварювання та споріднені процеси і технології». Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, Київ, 2007 р.
Дисертація присвячена вивченню особливостей термодеформаційних процесів стосовно оцінки тріщиностійкості зварних зєднань і розробки на цій основі рекомендацій з вибору ефективних технологічних прийомів створення якісних зварних зєднань високоміцних (sв~1000МПа) нікелевих дисперсійно-твердіючих сплавів з g - зміцненням. Досліджено зварюваність нікелевих сплавів методом Varestraint Test. З позицій оцінки ймовірності утворення пришовних гарячих тріщин при зварюванні плавленням нікелевих сплавів, експериментально-розрахунковим методом визначений рівень та вивчена кінетика розвитку напружено-деформованого стану під час формування зварного зєднання. Вивчено закономірності розподілу й особливості розвитку локальних пластичних деформацій у зоні термічного впливу нікелевих сплавів. На основі аналізу показана кореляція між напружено-деформованим станом і технологічною міцністю, тобто схильністю зварних зєднань до появи гарячих тріщин в процесі зварювання та термічної обробки нікелевих високоміцних сплавів. Встановлено методи керування напружено-дефорованим станом при зварюванні сплавів, схильних до утворення гарячих тріщин у ЗТВ. Вивчено якісний і кількісний вплив теплофізичних властивостей досліджуваних сплавів, які визначають підвищену схильність зварних зєднань до утворення пришовних тріщин. Розроблено комплекс рекомендацій для створення умов, при яких забезпечується необхідна технологічна міцність зварних зєднань.

Експериментальним шляхом показано, що однією з найважливіших причин низької стійкості проти утворення гарячих тріщин високоміцних сплавів на нікелевій основі з g - зміцненням є властива для них наявність двох чітко виражених температурних інтервалів крихкості високотемпературного ТІК-І (ТL-1250C) та низькотемпературного ТІК-ІІ (1150-700С), причому особливості негативного впливу ТІК-ІІ полягають в його дуже широкому температурному діапазоні (до 500С) та низьких значеннях рівня критичної деформаціїeкр(0,1-0,2%).
Експериментально-розрахунковим методом визначений рівень та вивчена кінетика розвитку напружено-деформованого стану під час формування зварного зєднання і показано, що основну роль відіграють поздовжні напруження sхх, високі значення яких до 0,8s0,2досягаються ще під час перебування металу ЗТВ в області ТІК-І та ТІК-ІІ (від ТSдо 800С) при суттєво нижчому рівні поперечних напружень sуу=(0,30,4)s0,2. Такий розподіл напружень пояснює факт переважного утворення поперечних пришовних тріщин.
Вивчено закономірності розподілення та розвитку локальних пластичних деформацій в зоні термічного впливу нікелевих сплавів. Показано, що на стадії охолодження поздовжні пластичні деформації локалізуються у вузькій (до 1000мкм) ділянці, прилеглій до лінії сплавлення і мають позитивні прирости, абсолютна величина яких сягає 1,5%. Особливість розвитку цих деформацій така, що досягнення ними максимуму співпадає в часі з перебуванням металу зони термічного впливу в температурному інтервалі крихкості ТІК-ІІ.
На підставі експериментальних та теоретичних досліджень, виходячи з положень механіки твердого тіла можливо звязати напружено-деформований стан та технологічну міцність зварних зєднань високоміцних нікелевих сплавів. Дано пояснення природи утворення пришовних гарячих тріщин яке полягає в тому, що в умовах існування високих напружень, що розтягують, в зоні термічного впливу величина тимчасових деформацій та темп наростання деформацій збігаються таким чином, що момент локальної руйнації припадає на час перебування металу в ТІК-ІІ, який характеризується дуже низьким запасом здатності до пластичного деформування. При цьому місця руйнації локалізуються на границях зерен.
З допомогою розробленого в роботі методу розрахункового дослідження впливу умов зварювання на напружено-деформований стан та програми чисельної його реалізації показано, що за рахунок варіювання рівнем тепловкладення можливо суттєво затримати момент початку розвитку позитивних приростів пластичної деформації в ЗТВ, а також знизити їх величину до рівня менше 0,1%, що не перевищує критичних значень для даного сплаву в ТІК-І та ТІК-ІІ. Базуючись на цих розрахункових даних зявилась можливість керування схильністю до утворення гарячих тріщин за рахунок оптимізації напружено-деформованого стану і режимів зварювання.

Для створення умов, при яких забезпечується необхідна технологічна міцність зварних зєднань нікелевих дисперсійно-твердіючих сплавів з g - зміцненням, необхідно приймати режими зварювання з пониженою погонною енергією (не більше ніж 350Дж/мм), або застосовувати попередній підігрів до температур максимальної пластичності сплавів (1000-1100С).
На підставі результатів досліджень сформульовані вихідні положення технологічного процесу відновлення зварюванням виробів з нікелевих дисперсійно-твердіючих сплавів з g - зміцненням, які втілено в виробництво при ремонті лопаток газотурбінних двигунів