Preview
№ 2 (2020)
7-14 4
Аннотация
Хромоникелевая аустенитная сталь ЭК-164 обладает хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью и эффективным сопротивлением радиационному распуханию по сравнению с другими сталями такого класса. В настоящее время сталь ЭК-164 применяется в качестве одного из основных материалов для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов реакторов. Для строительства новых реакторов на быстрых нейтронах требуется усовершенствование (повышение прочности) существующих конструкционных материалов ядерной энергетики. В работе исследовано влияние температуры пластической деформации на особенности микроструктуры и механические свойства аустенитной стали ЭК-164. Предложен способ модификации микроструктуры и механических свойств аустенитной стали с использованием пластической деформации при различных температурах. Определены особенности микроструктуры и механизмы деформации, обеспечивающие повышение прочностных свойств стали в условиях прокатки. Показано, что в процессе холодной деформации ε≈30 % в микроструктуре стали развивается механическое двойникование (преимущественно по двум системам). В местах пересечения микродвойников не обнаружено образование мартенситных фаз, что свидетельствует о стабильности аустенита по отношению к фазовым превращениям в процессе деформации указанной стали. Низкотемпературная деформация с предварительным охлаждением в жидком азоте ε≈50 % приводит к более интенсивному двойникованию (двойники по нескольким системам) и способствует развитию локализации деформации в микродвойниковой структуре. При этом локализация деформации развивается преимущественно в местах с высокой плотностью микродвойников. В процессе теплой деформации при 600 °C, ε≈60 % исходные аустенитные зерна фрагментируются с образованием субмирокристаллических пластин искривленной формы, имеющих как малоугловые, так и высокоугловые границы разориентации. Полученные в результате пластической деформации структурные состояния обеспечивают значительное (≈2-5 раз) повышение прочностных свойств стали.
15-22 3
Аннотация
Ферритно-мартенситные стали с содержанием хрома 9-12 % в настоящее время рассматриваются как перспективные конструкционные материалы для ядерной энергетики. Интерес к сталям такого класса обусловлен их более высокой стойкостью к радиационному распуханию по сравнению с используемыми в действующих реакторах деления аустенитными сталями. Рабочий температурный диапазон ферритно-мартенситных сталей снизу ограничен их склонностью к низкотемпературному охрупчиванию при радиационных воздействиях, а сверху - уровнем длительной прочности. В работе изучены особенности микроструктуры 12 %-ной хромистой ферритно-мартенситной стали ЭК-181 вблизи области шейки образцов, деформированных растяжением при Т=20 °С и в интервале температур, близких к рабочим температурам ядерного реактора (Т=650 и Т=720 °С). Было проведено сравнительное исследование материалов, подвергнутых двум методам обработки: традиционной и высокотемпературной термомеханической. Показано, что пластическая деформация при Т=20 °С после двух обработок качественно подобна и приводит к искривлению и фрагментации мартенситных ламелей, а также образованию новых малоугловых границ. Деформация вблизи интервала рабочих температур (Т=650 и Т=720 °С) способствует развитию процессов динамической полигонизации, рекристаллизации, увеличению плотности и размеров карбидных частиц. После высокотемпературной термомеханической обработки указанные процессы идут менее интенсивно по сравнению с состоянием после традиционной термической обработки. Сталь ЭК-181 после высокотемпературной термомеханической обработки имеет повышенный уровень прочности и оказывает более высокое сопротивление пластической деформации по сравнению с состоянием после традиционной обработки. Это связано с высокой плотностью наноразмерных частиц карбонитрида ванадия V(С, N) и повышенной плотностью дислокаций после высокотемпературной термомеханической обработки.
23-31 4
Аннотация
Формирование цинкового покрытия на сталях в процессе горячего цинкования обуславливается такими факторами, как температура процесса, время выдержки, химический состав стали, особенно содержание в ней кремния. В 40-х годах XX века Р.В. Санделин (R.W. Sandelin) описал процесс значительного ускорения реакции между железом и цинком при содержании кремния в стали 0,06-0,10 %. Существуют разные способы контроля реактивности кремния, однако самым простым способом управления толщиной покрытия является правильный выбор времени выдержки изделия в расплаве. Цель работы - определение влияния времени выдержки в расплаве на толщину и микроструктуру образующегося покрытия на сталях с различным содержанием кремния С235 (Si=0,02 %), Ст3пс (Si=0,04 %), Ст3сп (Si=0,17 %), 09Г2С (Si=0,6 %). Химический состав сталей для количественного определения кремния проводился с помощью метода искровой спектроскопии. Установлено, что толщина покрытия на стали растет с течением времени выдержки в расплаве по параболическому закону. Особенно интенсивный рост толщины покрытия с увеличением времени наблюдается на реактивных сталях с содержанием кремния 0,04 % и высококремнистых сталях с содержанием кремния 0,6 %. На реактивной стали также обнаружен значительный рост разнотолщинности. Анализ микроструктуры покрытия проводился с использованием растрового электронного микроскопа TESCAN Vega SB, он показал, что рост покрытия обусловлен особенностями строения ζ-фазы. Анализ тройной диаграммы Fe-Zn-Si позволил сделать вывод, что при содержании кремния в стали 0,04 % и 0,6 % в системе протекает эвтектическая реакция распада жидкости на смесь фаз ζ+η+FeSi. Этот процесс приводит к прямому контакту расплава и стальной основы и ускоряет взаимную диффузию железа и цинка. В результате интенсивно образуется ζ-фаза, что приводит к стремительному росту толщины покрытия.
32-41 4
Аннотация
В статье рассматривается возможность конверсионного применения ракетной установки как пескоструйного аппарата для термоабразивной обработки. Получение более высоких итоговых характеристик обрабатываемой поверхности достигается путем воздействия на объект высокотемпературного двухфазного потока, разгоняемого в цилиндрической части сопла установки. Эжекторная подача сыпучего абразива обусловливает относительную простоту конструкции аппарата. Обоснование эффективности устройства подобного рода проведено посредством моделирования газодинамического процесса в программном комплексе вычислительной гидрогазодинамики, расчеты которого базируются на системе уравнений, включающей ключевые параметры как транспортирующего газа, так и частиц твердой фазы. В моделировании процесса учитывается влияние геометрических и режимных особенностей, соответствующих реальной установке-прототипу. При дальнейшем анализе исследуется влияние различных граничных условий на сверхзвуковой двухфазный поток для определения оптимального режима. Учитывается взаимное влияние газового потока и твердых частиц абразива, начиная от сечения подачи порошка и заканчивая выходным сечением сопла. Приведено сравнение полей температуры и давления в зависимости от входных значений, а также основывающиеся на этих значениях поля скоростей рабочего тела. Отдельно проведен анализ зависимости скорости движения твердых частиц от координаты при различных начальных данных температуры и давления. Особенное внимание уделяется рассмотрению степени влияния размера частиц k -фазы на скоростные показатели. В процессе исследования выявлены ключевые способы регулирования установки для достижения заданных режимных параметров. В заключение приводятся выводы об эффективности и конкурентоспособности исследуемого метода термоабразивной обработки.
42-50 5
Аннотация
Легирование аустенитных сталей азотом повышает их коррозионную стойкость и улучшает механические свойства. Высокоазотистые аустенитные стали при термических обработках способны к дисперсионному твердению и росту прочностных характеристик. В работе исследовали влияние продолжительности старения при температурах 700 °С и 800 °С на структуру, фазовый состав, закономерности пластической деформации и механизмы разрушения высокоазотистой хромомарганцевой аустенитной стали Fe-19Cr-22Mn-1,5V-0,3C-0,86N (мас. %), легированной ванадием. Было выявлено, что после закалки от температуры 1200 °С образцы обладают высокими прочностными свойствами, пластичностью и содержат крупные (300-500 нм) частицы (V,Cr)(N,C). Старение при температурах 700 °С и 800 °С способствует комплексным реакциям прерывистого распада аустенита с образованием пластин Cr2N в зернах и непрерывного распада с образованием частиц на основе нитрида ванадия в аустените. При длительном старении (в течение 50 ч для 700 °С и 10 ч для 800 °С) в образцах происходит образование интерметаллидной σ-фазы. Наблюдаемые фазовые превращения при старении сопровождаются изменением макроскопического и микроскопического механизма излома в образцах исследуемой стали. В исходном состоянии образцы обладают транскристаллитным вязким изломом. При режимах старения происходит смена механизма разрушения на смешанный с элементами хрупкого интеркристаллитного и вязкого транскристаллитного. При увеличении продолжительности старения и реализации комплексных реакций распада твердого раствора образцы разрушаются транскристаллитно хрупко с образованием квазисколов на поверхностях разрушения. Образцы, состаренные при температурах 700 °С и 800 °С, имеют близкие механизмы и закономерности дисперсионного твердения, но увеличение температуры старения вызывает увеличение скорости распада твердого раствора, описанная выше последовательность превращений и соответствующая им последовательность изменения механизмов разрушения стали реализуется быстрее при повышении температуры старения.
51-60 8
Аннотация
В работе исследуется коррозия стали 10Х17Н13М2Т в 1 М растворе хлорной кислоты при 90 °C, в том числе в присутствии ингибитора коррозии бензотриазола. Электрохимические эксперименты осуществлены в трехэлектродной стеклянной ячейке с платиновым противоэлектродом и насыщенным хлорсеребряным электродом в качестве электрода сравнения. Потенциодинамические измерения проводили при температуре (90±2) °C и скорости развертки потенциала 1 мВ/с. Импедансные измерения были проведены в частотном интервале от 20 кГц до 0,1 Гц при амплитуде напряжения ±10 мВ. Циклические поляризационные кривые показывают, что токи катодного направления всегда меньше токов анодного направления развертки потенциала. Поэтому кривые анодного и катодного направлений развертки потенциала анализируются отдельно. При анализе используется преобразованное уравнение Тафеля, линейное при любых перенапряжениях, что позволяет более точно определять токи коррозии. Показано, что по мере повышения концентрации ингибитора потенциодинамические кривые смещаются в катодную сторону и катодные токи снижаются сильнее, чем анодные. Следовательно, бензотриазол в хлорной кислоте является ингибитором катодного действия, т. е. замедляет катодную реакцию восстановления аниона хлорной кислоты до хлорид-ионов. Выяснено, что бензотриазол ингибирует коррозию при концентрациях более 10-4 моль/л и при концентрации 1×10-3 моль/л эффективность ингибирования составляет 33±10 %, а при концентрации 1×10-2 моль/л - 36±13 %. Ингибирующее действие молекулы бензотриазола в кислой среде обусловлено возможностью ее протонированной формы адсорбироваться на поверхности металла. Протонированная форма бензотриазола в кислой среде позволяет объяснить замедление катодной реакции деполяризации, так как ингибитор адсорбируется преимущественно на участках поверхности металла, заряженных более отрицательно. Импедансные измерения показали, что коррозионный процесс моделируется параллельной цепью элемента с постоянным сдвигом фаз и сопротивления коррозии.
61-67 4
Аннотация
Формообразование сложных листовых деталей производят на прессах двойного действия, в которых для прижима заготовки используется наружный ползун. Качество листовых деталей зависит от многих факторов, в том числе и от параметров оборудования. В процессе вытяжки изделия наблюдаются смещения наружного ползуна в течение его выстоя относительно плоскости прижима. Смещения обусловлены кинематикой многозвенного механизма пресса двойного действия. Перемещение наружного ползуна в процессе выстоя приводит к изменению величины прижима и, как следствие, к складкообразованию. С целью определения величины кинематического смещения наружного ползуна в процессе выстоя проведен анализ кинематики многозвенного механизма пресса. Для этого в работе предложена математическая модель кинематики пресса двойного действия. Была построена электронная каркасная модель рабочих частей, проведен ее кинематический анализ на базе системы автоматизированного проектирования NX компании Siemens PLM Software. Получена циклограмма перемещения наружного ползуна, найден интервал угла поворота кривошипа, при котором наблюдается качание. На данном интервале отмечаются несколько локальных экстремумов. Для нахождения точного значения смещения ползуна в нижнем положении была построена система нелинейных уравнений перемещения. Такая система не имеет аналитического решения, поэтому ее решение будет найдено численным образом. Для полученных точек локальных экстремумов найдены решения нелинейной системы и получены экстремальные значения смещения с помощью программного комплекса MATLAB. Установлено, что настройку величины зазора между прижимом и матрицей для предотвращения складкообразования следует производить с учетом кинематического смещения наружного ползуна в процессе выстоя, которое может составлять до 1/3 от толщины заготовки лицевых деталей автомобиля.
68-73 6
Аннотация
В различных отраслях промышленности широко используются сосуды давления, в частности, распространены цилиндрические и сферические тонкостенные сосуды. Агрессивное воздействие окружающей среды при эксплуатации, а также рабочие нагрузки приводят к постепенному накоплению дефектов в конструкциях. Поскольку локальные дефекты действуют как концентраторы напряжений, для обеспечения прочности и надежности работы конструкции необходимо учитывать концентрацию напряжений вблизи дефектов. В работе рассматривается тонкостенная сфера под давлением, на внутренней поверхности которой имеются повреждения. Дефекты моделируются в виде сферических выемок, погруженных на глубину, равную половине своего радиуса. Количество дефектов варьируется. Дефекты расположены равномерно вдоль одной из окружностей большого круга сферы. Для оценки напряженного состояния построены 3D-модели сферического сосуда с дефектами. Рассматривается разное количество дефектов и различные размеры дефектов, каждому значению параметров соответствует своя модель геометрии. С использованием пакета конечно-элементного анализа ANSYS Workbench для каждой построенной модели производится приложение нагрузок (на внутреннюю поверхность сосуда действует давление), разбиение модели на конечные элементы и строится поле распределения максимальных нормальных напряжений в теле. Расчеты производятся в рамках линейной теории упругости. Проведен численный эксперимент по изучению влияния количества поверхностных дефектов на напряженное состояние в их окрестности. Исследована зависимость рассчитанных напряжений в теле от глубины дефектов. Показано, что при увеличении количества дефектов, а также при увеличении их глубины максимальное нормальное напряжение возрастает.
74-81 8
Аннотация
В работе изучали влияние продолжительности старения при температуре 700 °С на микроструктуру, фазовый состав и микротвердость высокоазотистой стали Fe-23Cr-17Mn-0,1C-0,6N (мас. %). Показано, что старение в течение 0,5 ч при температуре 700 °С сопровождается комплексом фазовых превращений: распадом δ-феррита (с образованием σ-фазы и аустенита) и образованием ячеек прерывистого распада по границам аустенитных зерен (с формированием частиц на основе нитрида хрома Cr2N и аустенита, обедненного по атомам внедрения). При старении с выдержкой больше 10 ч помимо прерывистого распада аустенитных зерен происходит гомогенное (непрерывное) выделение нитрида хрома в тех аустенитных зернах, которые не претерпели прерывистый распад на начальных этапах старения. При увеличении продолжительности старения до 50 ч наблюдали рост ячеек распада в аустенитных зернах и формирование смешанной структуры. Такая структура состояла из зерен аустенита, претерпевших прерывистый распад с образованием пластинчатых выделений нитрида хрома в аустените; зерен аустенита с дисперсными частицами, образованными по механизму непрерывного выделения; зерен с σ-фазой, нитридами хрома и аустенитом, образовавшимися в результате распада высокотемпературного феррита при старении. Старение сопровождается увеличением микротвердости, величина которой зависит от механизма дисперсионного твердения - непрерывный или прерывистый распад в аустените или выделение интерметаллидной σ-фазы и пластин нитридов хрома в зернах высокотемпературного феррита.
82-89 5
Аннотация
В последнее время вырос интерес к сплавам на основе меди (в частности, сплавам CuAlNi, содержащим 10-14 % Al и 4-5 % Ni), обладающим узким температурным гистерезисом и демонстрирующим полный возврат деформации. Однако на данный момент работ, посвященных моделированию поведения сплавов с памятью формы на основе меди, практически нет, что обусловливает актуальность данного исследования. В работе рассмотрена микроструктурная модель механического поведения сплава типа CuAlNi с учетом протекающего в этом материале обратимого мартенситного превращения β1( D 03)↔β1′(18 R ). В основе модели лежит важный параметр - матрица деформации. Необходимые расчеты были произведены в предположении малости деформаций. На основе имеющихся в литературе кристаллографических данных рассчитана матрица тензора деформации для одного из вариантов, образовавшегося в ходе данного превращения мартенсита. Полученная матрица используется в дальнейшем при моделировании функциональных свойств сплавов на основе CuAlNi. Выполнены расчеты, позволяющие определить кристаллографический ресурс превращения, т. е. максимальную деформацию кристаллической решетки для данного превращения. Произведено моделирование псевдоупругого поведения монокристалла CuAlNi, в ходе которого найдена ориентация монокристалла, при которой достигается деформация, примерно равная расчетному значению кристаллографического ресурса. Таким образом, построенная матрица деформации дает возможность адекватного моделирования поведения рассматриваемого сплава с памятью формы. Полученные результаты находятся в хорошем соответствии с имеющимися в литературе экспериментальными данными, что говорит о том, что построенная матрица деформации может быть применена для дальнейших расчетов.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-5073 (Print)
ISSN 2712-8458 (Online)