132 "Матеріалознавство"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/51888
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Удосконалення технології зварювання дефектів литих корпусів турбін(2023) Артьомова, Світлана ВіталіївнаДисертація на здобуття накового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерство освіти і науки України, Харків, 2022. Об’єктом дослідження є технологія заварювання дефектів литих конструкцій із перлітних сталей способом поперечної гірки (СПГ) електродами ТМЛ-3У та УОНИ 13/45 без попереднього і супутнього підігрівання та після зварювального відпуску. Предметом дослідження є зв'язок структурного стану зварюваного металу в зоні термічного впливу з комплексом властивостей, що характеризують надійність зварних з'єднань, отриманих під час заварювання дефектів литва стосовно хромо-молібдено-ванадієвих сталей. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності технології виправлення браку литва за допомогою застосування удосконаленої технології заварювання способом поперечної гірки. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд сталей, що використовують для корпусних турбін, їх властивості, загальна характеристика та особливості їх зварювання та термічної обробки. Розглянуті сучасні технології зварювання при виготовленні і ремонті великогабаритних конструкцій зі сталей перлітного класу, їх труднощі та недоліки. Оцінені фактори, що впливають на тріщиноутворення та схильність до крихких руйнувань теплостійких сталей. Поставлені основні задачі дисертаційної роботи, обрано напрями досліджень. У другому розділі розглянуті експериментальні і розрахункові методи, які застосовувалися в процесі виконання роботи. Оскільки головна увага приділялася розгляду впливу зварювання способом поперечної гірки без попереднього та супутнього підігрівання теплотривких сталей на рівень механічних властивостей, а також на їх стійкість проти крихкого руйнування, були застосовані методи дослідження короткочасної міцності та пластичності (σв, σ₀ꓹ₂, δ, Ψ), ударної вязкості (KCU, KCV). За цими даними будували графіки залежності рівня властивостей в різних зонах зварного з'єднання від способу та режиму зварювання, а також від температури випробування. Проводили порівняльний аналіз запропонованого методу зі штатною технологією заврювання дефектів. Використовували декілька методів вимірювання твердості (по Віккерсу HV, мікротвердість Нµ), особливу увагу надавали високотемпературній області ЗТВ. Під час розгляду процесів структуроутворення на різних масштабних рівнях були застосовані методи різноманітної прецизійної здатності (оптична і електронна мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз). За допомогою методу електротензометрії проводили вимірювання залишкових зварювальних напружень (поздовжніх σx та поперечних σy щодо осі шва) в поверхневих шарах зварного з’єднання з ціллю побудови епюр. Особливу увагу надавали напругам розтягування, які спричиняють основний негативний вплив на зниження рівня тріщиностійкості. Оцінювання опору зон зварних з'єднань крихкому руйнуванню при статичному вигині проводили за величиною критичного коефіцієнту інтенсивності напружень К₁с у верхівці тріщини. У третьому розділі представлені результати досліджень якості зварного з'єднання зі сталі 15Х1М1Ф, виконаного СПГ без подальшої термообробки по макроконтролю. Наведено результати виміру твердості HV з двох сторін шва на трьох рівнях по висоті в основному металі, ЗТВ та в металі шва. На підставі поміченої особливості зміни твердості в ЗТВ для отримання більш точного розподілу твердості, проведли вимірювання мікротвердості Нµ на різних відстанях від межі сплавлення. Досліджено мікроструктуру в місцях виміру твердості, що дозволило підвищити точність її класифікації. Проведено випробування короткочасних механічних властивостей. У вигляді графіків наведена залежність рівня σв, σ₀ꓹ₂, δ, Ψ, KCU, KCV від зони вирізки зразку (основний метал, ЗТВ, метал шва) та від температури випробування. Для порівняння виконали дослідження та аналіз вищезгаданих характеристик для зварних зєднань, отриманих при зварюванні за штатною технологією. За даними досліджень цього розділу одержано наступні результати: - на зразках після зварювання СПГ без відпуску дефектів макроструктури не виявлено; - характер зміни твердості HV на усіх рівнях по висоті швів як з термообробкою після зварювання, так і без, однаковий. У зразках, що не піддавалися після зварювання термічній обробці, твердість основного металу знаходиться на тому ж рівні; в ЗТВ відбувається нерівномірне її підвищення: в середині ЗТВ значення твердості можуть бути вищі, ніж поблизу межі сплавлення, що пов'язано з процесами, обумовленими автотермообробкою при термоциклу ванні. Метал зварного шва має більш високу твердість в порівнянні з іншими ділянками з'єднань. Значне підвищення твердості з двох сторін межі сплавлення можна пояснити наявністю підзагартування; - у зразках, що пройшли після зварювання термічну обробку у вигляді високого відпуску в порівнянні з основним металом твердість в ЗТВ і металі шва поблизу межі сплавлення залишається більш високою; - виміри мікротвердості в ЗТВ зварного з'єднання підтверджують достовірність вимірів твердості HV, що вказують на більш високу твердість в середині ЗТВ, чим поблизу межі сплавлення; - зварювання СПГ не знижує опір крихкому руйнуванню в зоні термічного впливу і шві в порівнянні з основним металом в початковому стані, а після високого відпуску, проведеного після зварювання, ударна в'язкість ЗТВ навіть вище, ніж основного металу; - при зварюванні СПГ, завдяки підвищенню частоти термоциклування, автопідігрівання діє ефективніше, що і сприяє уповільненню швидкості охолодження. Це призводить до утворення сприятливої структури верхнього зернистого бейніту. Четвертий розділ присвячено дослідженню здатності металу шва і зони термічного впливу чинити опір крихкому руйнуванню після зварювання СПГ, виконаних за штатною технологією та без додаткової термообробки, шляхом визначення критичної температури крихкості та тріщиностійкості при кімнатній та мінусових температурах. Побудовано графіки зміни ударної в’язкості металу різних ділянок зварних з’єднань зі сталі 15Х1М1Ф, виконаних за різними технологічними варіантами. Доведено, що майже при усіх температурах випробування ударна в'язкість KCV у високотемпературній області ЗТВ значно вище у зразків, які після зварювання не піддавалися термічній обробці. Представлені результати вказують на те, що після зварювання СПГ в зоні термічного впливу поблизу межі сплавлення утворюється структура з більш високим опором крихкому руйнуванню в порівнянні із структурою основного металу і металу шва. При цьому перехідна критична температура крихкості цієї ділянки ЗТВ зміщується до низьких температур. Характерним для обох способів зварювання є ідентичне значення критичної температури крихкості високотемпературної області ЗТВ (Т50 = −20ºC), яка не змінюється після проведення високого відпуску. За допомогою електронного мікроскопу детально досліджено фрактографію зламів зразків після випробування ударний вигин. Експериментально доведено, що рівень твердості в зварних з'єднаннях, виконаних СПГ і за штатною технологією близькі за абсолютними показниками. Для порівняння преведено дослідження впливу підвищених режимів на структуру і механічні властивості. Результати випробувань розривних зразків показують, що підвищення режимів зварювання призводить до зниження міцносних характеристик металу ЗТВ, проте вони дещо вищі за основний метал. Найбільш високими показниками характеризується метал шва. Характеристики пластичних властивостей, незважаючи на відмінності в твердості і міцності, мало відрізняються. Також негативний вплив спостерігається на опір крихкому руйнуванню металу високотемпературної області ЗТВ. Головною причиною, найімовірніше, являється утворення бейніту неоднорідної морфології. Встановлено, що істотної різниці в напруженому стані зварних з'єднань, виконаних ОСС з підігріванням до 350 – 400ºС в порівнянні із СПГ без підігрівання не виявлено, тому таке підігрівання застосовувати при виправленні дефектів недоцільно. Спектроскопічно досліджено тонку структуру зразків після СПГ без додаткової термообробки, визначено хімічний склад карбідів. П'ятий розділ присвячено вивченню впливу зварювання способом поперечної гірки на розподіл твердості, рівень механічний властивостей та структуру зварних з'єднань зі сталі 25Л. Дослідження виконані на зразках в обсязі: з попереднім підігріванням, з високим відпуском після зварювання і без попередньої та наступної термообробки. Залежність зміни твердості від способу зварювання та від зони виміру наведено у вигляді графіків. Встановлено, що незалежно від технології зварювання відзначається підвищення твердості в ЗТВ поблизу межі сплавлення. Представлені механічні властивості основного металу, металу шва та високотемпературної області ЗТВ. Спостерігається, що разом з високими характеристиками міцності метал шва після наведених технологій обробки має високу пластичність (особливо високі значення має характеристика відносного стискування ψ). При цьому пластичність найбільш висока в зразках, які після зварювання підлягали термічній обробці . Пластичні властивості основного металу і металу високотемпературної області ЗТВ, в порівнянні з металом швів, помітно знижуються, особливо ψ (після усіх варіантів обробок така властивість зменшується більш ніж в два рази). Термічна обробка після зварювання у вигляді високого відпуску сприяє підвищенню ударної в'язкості KCV металу шва. Отже, після зварювання СПГ високотемпературна область ЗТВ, незважаючи на підвищену твердість, має однакову з основним металом здатність опору утворенню холодних тріщин. Це може бути обумовлено подрібненням зеренної будови ЗТВ в результаті теплової і деформаційної дії при зварюванні. За результатами металографічних досліджень встановлено, що при багатошаровому зварюванні СПГ мікроструктура ЗТВ і наплавленого металу шва завдяки високотемпературному нагріву при наплавленні шарів перекристалізується і стає дрібнозернистою і являє собою бейніт з рівноосними зернами фериту.