Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Формирование и эволюция структуры и фазового состава нержавеющей стали при электронно-пучковой обработке и многоцикловом нагружении до разрушения Сизов, Василий Васильевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сизов, Василий Васильевич. Формирование и эволюция структуры и фазового состава нержавеющей стали при электронно-пучковой обработке и многоцикловом нагружении до разрушения : диссертация ... кандидата технических наук : 01.04.07 / Сизов Василий Васильевич; [Место защиты: Сиб. гос. индустр. ун-т].- Новокузнецк, 2014.- 149 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/1969

Введение к работе

Актуальность темы. Циклическое нагружение сооружений и конструкций, при котором развиваются усталостные явления, способные привести к разрушению, является наиболее часто встречающимся. Обширный материал, полученный с использованием современных структурных методов исследований, свидетельствует о сложной природе усталости, ее зависимости от многих факторов.

Повышение усталостного ресурса нержавеющих сталей связывают с применением концентрированных потоков энергии, модифицирующих поверхность материалов. Одним из перспективных методов, обладающих большими возможностями контроля подводимой энергии и перевода материала в неравновесное состояние, является электронно-пучковая обработка (ЭПО),

обеспечивающая высокие (до 10 град/с) скорости нагрева и охлаждения поверхностного слоя и формирование предельных градиентов температуры (до

10 град/м). В результате в поверхностном слое создаются условия формирования субмикро- и нанокристаллических структурно-фазовых состояний.

В связи с вышеизложенным исследования природы повышения усталостного ресурса после обработки высокоинтенсивными электронными пучками являются актуальными.

Настоящая работа проводилась в соответствии ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (гос. контрактно 02.740.11.0538 и соглашение № 14.В37.21.0071).

Цель работы: установление закономерностей и природы формирования и эволюции структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры нержавеющей стали 20Х23Н18, подвергнутой ЭПО и последующему многоцикловому усталостному нагружению до разрушения.

Реализация данной цели потребовала решения следующих задач:

  1. Установление закономерностей эволюции структурно-фазовых состояний, дефектной субструктуры и поверхности разрушения стали 20Х23Н18 при усталостном нагружении до разрушения.

  2. Проведение послойного электронно-микроскопического анализа структуры, фазового состава и дефектной субструктуры аустенитной стали после ЭПО в различных режимах.

  3. Анализ структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры стали, формирующихся в поверхностном слое толщиной до -80 мкм после ЭПО и последующих усталостных испытаний до разрушения.

  4. Выявление факторов, ответственных за повышение усталостной долговечности стали после ЭПО.

Научная новизна. Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии впервые показано, что при электронно-пучковой обработке стали 20Х23Н18 формируется градиентное структурно-фазовое состояние, характеризующееся закономерным изменением фазового состава и параметров дефектной субструктуры (скалярная плотность дислокаций, ширина изгибных экстинкционных контуров и плотность концентраторов внутренних

напряжений, плотность микродвойников и размеры областей разориентации) по мере удаления от поверхности облучения.

Выявлены и подвергнуты анализу основные факторы, определяющие усталостную долговечность стали 20Х23Н18 в исходном состоянии и после ЭПО. Установлено, что увеличение усталостного ресурса после ЭПО обусловлено подавлением процесса формирования областей с критической структурой, не способной к дальнейшей эволюции и являющейся местом образования субмикротрещин.

Достоверность экспериментальных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задач исследования, комплексным подходом к их решению с использованием современных методов и методик, широким привлечением статистических методов обработки результатов, анализом литературных данных и критическим сопоставлением установленных в работе закономерностей фактам, полученным другими исследователями.

Научная и практическая значимость работы заключается в увеличении ресурса усталостной работоспособности стали при электронно-пучковой обработке в -2,1 раза; установлении физических причин, способствующих этому. Экспериментальные результаты, полученные в работе, и их анализ могут явиться основой разработки метода повышения ресурса усталостной выносливости стальных изделий электронно-пучковой обработкой.

Выявленные закономерности формирования и эволюции структуры, фазового состава и дефектной субструктуры использованы для установления режимов ЭПО, максимально повышающих усталостный ресурс.

Научные результаты работы могут быть использованы для развития теории структурно-фазовых превращений в сталях, а основные положения диссертации представляют интерес как учебный материал в курсе лекций по физике конденсированного состояния, физического материаловедения.

Практическая значимость подтверждена актами апробирования результатов работы в промышленности.

Личный вклад автора состоит в обработке низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками стали 20Х23Н18, проведении многоцикловых усталостных испытаний, анализе данных фрактограмм поверхности разрушения и картин дислокационных субструктур стали, в обработке полученных данных, сопоставлении полученных результатов с результатами других авторов, формулировании выводов и положений, выносимых на защиту, написании и подготовке статей к публикации.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. закономерности изменения структуры, фазового состава, дефектной субструктуры аустенитной стали 20Х23Н18 при многоцикловом нагру-жении до разрушения;

  2. результаты послойного электронно-микроскопического анализа дефектной субструктуры и фазового состава, формирующихся в поверхностных слоях после ЭПО в различных режимах;

3) градиентный характер эволюции структурно-фазовых состояний и де
фектной субструктуры стали, облученной электронными пучками в
различных режимах, при многоцикловом нагружении до разрушения.

4) Основные факторы повышения усталостного ресурса стали после ЭПО.
Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная

работа по своим целям, задачам, содержанию, методам исследования и научной новизне соответствует п. 1 «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления» паспорта специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния (технические науки).

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, чтениях, семинарах и школах: 52, 53 международных научных конференциях «Актуальные проблемы прочности», Витебск, Уфа, 2012; VI Всероссийской молодежной научной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тольятти, 2012; II Всероссийской конференции «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций», Новосибирск, 2012; XXI Уральская школа металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», Магнитогорск, 2012; VI евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», Москва, 2012; XVIII Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2012; VII Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Черноголовка, 2012; научных чтениях им. И.А. Одинга «Механические свойства современных конструкционных материалов», Москва, 2012; Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2012; XX Республиканской научно-практической конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния, Гродно, 2012; Юбилейных XX Петербургских чтений по проблемам прочности, Санкт-Петербург, 2012; III Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества», Москва, 2012; XI International conference on nanostructured materials, Rodos, Greece, 2012; научной сессии НИЯУ МИФИ-2013 «Инновационные ядерные технологии. Высокие технологии в медицине», Москва, 2013.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 25 работах, в том числе в 9 статьях в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК для публикации результатов диссертационных исследований, 1 монографии, остальные - в трудах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация включает в себя введение, 4 главы, основные выводы, список литературы из 128 наиме-

нований, приложение, изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 2 таблицы.

Похожие диссертации на Формирование и эволюция структуры и фазового состава нержавеющей стали при электронно-пучковой обработке и многоцикловом нагружении до разрушения