ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ ВКС-210 НА ДЕФЕКТ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ УСТАЛОСТНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Горохов А.Ю.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева


Номер: 3-1
Год: 2015
Страницы: 52-54
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

мартенситностареющая сталь, термообработка, предел усталости, дефект модуля упругости, maraging steel, curing, the fatigue limit, defect modulus of elasticity

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассматривается влияние структуры стали ВКС-210 на дефект модуля упругости при усталостном воздействии на упругий элемент .

Текст научной статьи

Конструкционные материалы, применяемые для изготовления крупногабаритных элементов гидроакустических излучателей, должны выдерживать высокие амплитудные напряжения на базе в сотни миллионов циклов нагружения и обладать стабильностью частоты собственных колебаний. Так, относительное изменение частоты собственных колебаний не должно превышать 1% в процессе работы излучателя. В связи с этим материалы, используемые для изготовления упругих элементов, должны иметь меньший уровень микропластических деформаций в процессе циклического нагружения при высоких значениях предела усталости. О стабильности упругих свойств материала можно судить по стабильности частоты собственных колебаний образца, являющегося упругим элементом в специализированной установке [1]. Установка состоит из трех основных элементов: станины, служащей для крепления испытываемого образца и электромагнитного силовозбудителя; блока питания и автоматики, предназначенного для питания электромагнитного силовозбудителя током необходимой частоты и величины; блока измерения параметров колебательного процесса, позволяющего определять частоту колебаний и число циклов нагружения. Испытываемый образец жестко крепится одним концом в станине, другим к ферромагнитному якорю. Статор электромагнитного возбудителя жестко крепится к станине через виброизоляционные прокладки. Станина воспринимает колебания образца и передает их пьезоэлектрическому датчику. Сигнал с датчика поступает в блок управления, который вырабатывает импульсы тока для питания катушки электромагнитного возбудителя с частотой, равной частоте собственных колебаний образца. Блок управления содержит усилитель-преобразователь, резонансный тиристорный инвертор, формирователь импульсов управления тиристорами, стабилизатор амплитуды колебаний образца. Максимальное напряжение цикла нагружения в расчетном сечении рассчитывается по измеряемой амплитуде колебаний образца. При установлении расчетной зависимости предполагалось, что в динамическом режиме действующие на образец силы создадут такие же максимальные напряжения и перемещения, как и статическая сила, равная по величине результирующей динамической. При изменении упругих свойств материала под действием длительной знакопеременной нагрузки происходит изменение частоты собственных колебаний образца, по которому можно судить о стабильности упругих свойств. Известно [2,62], что квадрат частоты собственных колебаний образца определяется соотношением , (1) где k - коэффициент, зависящий от номера гармоники, условий закрепления концов образца, плотности и линейных размеров образца. Считая k постоянным для данного образца и зная относительное изменение частоты собственных колебаний, можно определить - дефект модуля упругости (относительное изменение модуля E). Разложив соотношение (1) в ряд и ограничившись членами первого порядка малости, можно получить , (2) где , и , - модуль Юнга, частота собственных колебаний в начале испытаний и их абсолютные изменения. Учитывая длительное время испытаний на базе 108 циклов нагружения, предварительный отбор металлических материалов производился на основе измерения микропластических деформаций [3]. Таким образом, для исследования была выбрана выскоколегированная мартенситностареющая сталь Н18К9М5Т (ВКС-210). Мартенситностареющие стали представляют собой комплексно легированные сплавы на основе железа. Низкое содержание углерода (≤0,03%) и легирование их никелем и кобальтом обеспечивает получение высокопластичного мартенсита. При термической обработке в них формируется структура мартенсита, армированного равномерно распределенными частицами интерметаллидных фаз. Матричной фазой мартенситно-стареющих сталей является железоникелевый мартенсит. Никель в сталях этого класса является важнейшим элементом, способствующим растворимости легирующих элементов в аустените и ограничивающим их растворимость в мартенсите. Таким образом, закалкой стали можно зафиксировать пересыщенный α-твердый раствор, при термической обработке (старении) которого проявляется эффект дисперсионного твердения [4]. Механические свойства мартенситностареющей стали во многом определяются условиями стабилизации аустенита [5]. Стабилизированный аустенит подразделяют на остаточный и ревертированный. Под ревертированным аустенитом понимают -фазу, образующуюся при нагреве до температуры межкритического интервала Ан - Ак и сохраняющуюся до комнатной температуры, а под остаточным аустенитом --фазу, сохраняющуюся после охлаждения от температур выше Ак. Их влияние на механические свойства существенно различаются [5]. Выбор температур и условий закалки производился по режимам, рекомендованным заводом-изготовителем. Температура последующего старения изменялась с целью выяснения оптимальных соотношений между усталостными свойствами материала и стабильностью упругих свойств. Режимы термообработки стали ВКС-210 Закалка Старение, ºС Время выдержки, ч 820ºС, время выдержки 1 ч, вода 500 525 550 350+510 3 3 3 1+3 Наибольшее значение предела усталости для стали ВКС-210, равное 700 МПа, было получено при температуре старения 550ºС. При более низкой температуре старения пределы усталости имеют меньшее значение: 650 МПа (525ºС); 480 МПа (500ºС) и 550 МПа (350º+510ºС). Для мартенситностареющей стали ВКС-210 при повышении температуры старения от 500 до 550ºС наблюдалось уменьшение дефекта модуля нормальной упругости на базе 108 циклов нагружения. Так, для образцов, имевших температуру старения 500ºС, максимальное значение составило 2,8%, а для образцов с температурой старения 550ºС - 1%. В стали ВКС-210 после закалки и старения при 500ºС как остаточный аустенит, так и ревертированный аустенит не обнаруживаются. Структура состоит из однородного реечного мартенсита, характерной чертой которого является группировка кристаллов мартенсита в пакеты. Ширина мартенситных реек составляет 0,2-0,8 мкм [6]. В кристаллах мартенсита наблюдается высокая плотность дислокаций и большое количество равномерно распределенных игольчатых интерметаллидных выделений фазы Ni3Ti [4]. При температуре старения 550ºС в мартенситной структуре появляется ревертированный аустенит (23%). Он образуется как внутри мартенситных реек в виде разнонаправленных стержней (внутриреечная -фаза), так и по границам мартенситных реек и пакетов в виде фрагментированных вытянутых кристаллов (междуреечная -фаза). Ширина кристаллов рев изменяется в пределах 0,03- 0,11 мкм, а их длина 0,11- 0,55 мкм. В кристаллах удается наблюдать интерметаллидные частицы игольчатой (Ni3Ti) и равноосной (Fе2Mo) формы [6] . Образование ревертированного аустенита происходит кристаллографически упорядоченно и сопровождается перераспределением никеля между α -и -фазами [7].. Таким образом, установлено, что при температуре старения 550°С стали ВКС- 210 наблюдается наибольшее значение предела усталости и наименьшее значение дефекта модуля нормальной упругости на базе 108 циклов нагружения,. В структуре стали, соответствующей наиболее упрочненному состоянию, присутствуют мелкодисперсные частицы, являющиеся эффективными препятствиями для движения дислокаций.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.