Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных факторов, определяющих продолжительность безопасной эксплуатации изделий машиностроения, является способность материалов противостоять разрушению в условиях воздействия коррозионной среды, так как большинство конструкций испытывает в процессе работы воздействие статических и циклических нагрузок и коррозионной среды. Среди промышленных объектов, подвергающихся механическому на-гружению в коррозионной среде, включая районы морского климата, возрастающее место занимают изделия и конструкции из алюминиевых сшіавов типа Діб. Ущерб от разрушения подобных объектов многократно превосходит их стоимость.
Анализ данных о разрушении конструкционных изделий и промышленного оборудования из-за коррозии показывает, что во многих случаях повреждение изделий под действием напряжений на уровне предела текучести происходит через несколько лет их эксплуатации. Поэтому поведение материала, изучение микроструктуры и структурно-механических свойств при нагружении в условиях коррозионной среды представляется актуальным. Механический перенос результатов исследований элементов авиационных конструкций на объекты общего машиностроения затруднен, так как технология изготовления и условия эксплуатации изделий существенно отличаются.
В связи с этим, изучение поведения алюминиевых сплавов типа Діб при механическом нагружении в коррозионной среде позволит глубже понять соотношение между составом, структурой и свойствами сплавов, средой, а также повысить надежность эксплуатации металлоконструкций.
Цель диссертационной работы.
Установить влияние структуры и свойств алюминиевых сплавов типа Діб на поведение металлоконструкций при механическом нагружении в коррозионной среде.
Задачи исследования,
-
Изучить структуру сплавов типа Діб на различных стадиях механического нагружения в коррозионной среде.
-
Определить влияние технологий изготовления изделий на коррозионную стойкость и механические свойства сплавов типа Діб.
-
Разработать методику определения величины пластической деформации материала, накопленной при нагружении в коррозионной среде, для оценки надежности изделий при эксплуатации.
Научная новизна работы.
1. Установлено влияние коррозионной среды и величины пластической деформации на структуру алюминиевого сплава Д16АТ. Показано:
- в условиях коррозионной среды, при небольшой степени деформации сплава до ё = 5 % начинают развиваться деформационные процессы на границах зерен, появляются первые признаки микротрещин (смещения по границам зерен, складки в «тройных точках») и их уширение вследствие взаимодействия с коррозионной средой и взаимного смещения зерен;
при дальнейшем увеличении степени пластической деформации возрастает количество полос деформации и перегиба, полосы деформации располагаются по телу зерен, переходя их границы; линии перегиба в виде тонких четких полос концентрируются в основном вдоль границ в различных направлениях. Такой вид рельефа свидетельствует о неравномерном развитии деформации в объеме материала;
увеличение степени деформации сплава до ё = 15 % сопровождается образованием в микроструктуре «грубых» линий скольжения, расфокусировкой и уширением границ зерен, двойникованием, появлением скоплений многочисленных дислокационных сплетений на границах зерен и около интерметаллических выделений. Быстрое размножение, движение и насыщение дислокациями растворяющегося.поверхностного слоя сплава при увеличении степени деформации, с одной стороны, и медленное растворение фрагментарной структуры под воздействием среды с другой - создают очаги для зернограничного проскальзывания и развития легкого локального пластического скольжения.
-
Пластическая деформация сплава в коррозионной среде вызывает снижение предела прочности и условного предела текучести примерно на 9 % и увеличение пластичности на 14 %.
-
Законы распределения микродеформаций структуры сплава свидетельствуют о том, что после деформации в коррозионной среде величиной около 10 % в сплаве возникают более низкие остаточные микронапряжения, чем на воздухе, что объясняется уменьшением зернограничной поверхностной энергии и снижением сопротивления деформации.
Практическая значимость.
Предложена методика оценки вероятности возникновения и распространения критических микродеформаций в процессе изготовления и эксплуатации изделий при нарушении плакированного слоя, которые могут способствовать появлению микропор и микротрещин, снижающих конструкционную прочность, а также выбрать пути повышения работоспособности и увеличение сроков службы изделий ответственного назначения в процессе изготовления и в условиях эксплуатации.
Практическое применение полученных результатов по определению вероятностей появления и распространения локальных перегрузок в микроструктуре алюминиевого сплава Діб на воздухе и в условиях коррозионной среды позволило скорректировать технологию изготовления металлообрешетки за счет уточнения радиуса гиба и доработки прокатного стана (настройка прокатных роликов), штампов, на которых производят ее, что обеспечило получения реального экономического эффекта. Результаты исследования включены в техническую документацию строительной компании «ППСМ» (система вентилируемых фасадов «ОЛИС»), а также использованы в подборе антикоррозионных покрытий и в проектах реконструкции металлообрешетки, которая изготавливалась для отделки туннелей и фасадов зданий в г.Сочи. Внедрение результатов исследования, обеспечило надежность и увеличило срок службы металлообрешетки и снизило выпуск бракованной продукции на Первоуральском предприятии строительных материалов ООО «Стан».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXVI Уральском семинаре по механике и процессам управления. (Миасс, 2006г.); на XXXVII Уральском семинаре по механике и процессам управления посвященных 150-летию К.Э.Циолковского, 100-летию СП. Королева и 60-летию Государственного ракетного центра «КБ им. Академика В.П. Макеева». (Миасс, 2007г.); на XIX Уральской школы металловедов-термистов. «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», посвященная 100-летию со дня рождения академика В.Д.Садовского. (Екатеринбург, 2008г.); на V международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций». (Оренбург, 2008); на XX Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов», посвященная 100-летию со дня рождения Н.Н. Липчина. (Пермь. 2010г.)
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и списка цитируемой литературы. Результаты диссертации изложены на 148 страницах текста, содержит 40 рисунков, 10 таблиц. Список литературы включает 133 наименования.
