CC BY
137
ментов, на базе которых могут быть созданы новые архитектурные формы. Прочностные характеристики полученных новым способом бетонных конструкций возрастают так, что можно вести речь о проведении замены или строительстве аналогичных конструкций, не имеющих закладок из стальной арматуры.
Список литературы
1 Микульский В.Г., Горчаков Г.И. Строительные материалы. М.:
Издательство ассоциации строительных вузов, 2010.
2 Даумова Р.И., Дыховичный Ю.А., Казбек-Казиев З.А. Архитектурные
конструкции многоэтажных зданий. М.: Архитектура-С, 2009.
3 Шерешевский И.А. Конструирование гражданских зданий. М.:
Архитектура-С, 2011.
4 Байер В.Е. Материаловедение для архитекторов. М.: Астрель, 2007.
5 Санитарные нормы и правила 2 08 91-89.
6 Санитарные нормы и правила 2 08 02-02.
7 Санитарные нормы и правила 23-01-99.
8 Территориальные строительные нормы.
9 Батищев А.А., Волков А.В., Карант А.Д. Современное здание.
Конструкции, материалы. М.: СПб, 2007.
УДК 621.86.065.4+531
В.А. Бубнов, С.В. Марфицын
Курганский государственный университет
АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Аннотация. В статье рассматривается класс аусте-нитных сталей, область их применения. Отмечены структурные особенности этих сталей. Холодная пластическая деформация активно влияет на физические и механические свойства. Представлено изменение механических характеристик аустенитной стали 12Х18Н10Т в зависимости от степени деформации.
Ключевые слова: аустенитные стали, легирующие элементы, пластическая деформация, аустенит, механические свойства, предел текучести, предел прочности, ударная вязкость.
V.A. Bubnov, S.V. Marfitsyn Kurgan State University
AUSTENITIC STEEL AND PLASTIC DEFORMATION
Abstract. The article considers the class of austenitic steels and the area of their application. The paper points out structural features of these steels. Cold plastic deformation actively influences physical and mechanical properties. The work shows the change in the mechanical properties of austenitic steel 12X18H10T depending on the degree of deformation.
Index terms: austenitic steel, alloying elements, plastic deformation, austenite, mechanical properties, yield strength, tensile strength, impact strength.
К аустенитному классу относятся высоколегированные стали, образующие пpи кристаллизации преимущественно однофазную аустенитную структуру Y -Fe c гране-центрированной кристаллической (ГЦК) решеткой и сохраняющие еe при охлаждении дo криогенных температур. Аустенит - структура, представляющая собой твердый
раствор углерода в у -железе. Согласно широко известной диаграмме состояния железо-углерод областью существования аустенита для сталей является область
ШЕЭО (рисунок 1). В сталях, кроме аустенитных, аустенит не присутствует ниже линии РЭК (температуры ниже 7270С) [1].
Такие стали содержат 18 ...25% Сг, обеспечивающего жаро- и коррозионную стойкость, а также 8...35% N1, стабилизирующего аустенитную структуру и повышающего жаропрочность, пластичность и технологичность сталей в широком интервале температур [2]. Это позволяет применять аустенитные стали в качестве коррозионно-стойких, жаропрочных, жаростойких, криогенных конструкционных материалов в химических, теплоэнергетических и атомных установках, где они подвергаются совместному действию напряжений, высоких температур и агрессивных сред. Легирующие элементы (особенно никель), растворяясь в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенсит-ного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру [1].
О Ю 20 30
Рисунок 1 - Диаграмма железо-углерод
При изготовлении различного технологического оборудования из аустенитных сталей широко используются технологические процессы с применением пластического деформирования (гибка, вальцовка, штамповка, калибровка, правка). Пластическая деформация в холодном состоянии приводит к активному изменению физических и механических свойств.
В Курганском машиностроительном институте, а позднее в Курганском государственном университете, совместно с Курганским заводом химического машиностроения и при участии Московского «НИИХИММАШ» уже более 30 лет ведутся работы по исследованию изменения физических и механических свойств аустенитных сталей
при холодной пластической деформации в зависимости от степени деформации на примере аустенитных нержавеющих сталей 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т. Интервал исследования по степени деформации £с. = (0-20)%.
Исследование механических свойств проводилось на образцах, изготовленных из исходного металла и из металла, прошедшего упрочнение пластическим деформированием в полном объеме. Для большей достоверности испытания проводились несколько раз на различных поставках (плавках) металла и параллельно были проведены в лаборатории прочности «НИИХИММАШа» (г. Москва) на материалах, представленных Курганским заводом химического машиностроения.
Механические характеристики сталей различных поставок имеют значительное расхождение по величине, однако характер упрочнения и зависимость механических характеристик от степени деформации имеют одни и те же закономерности ГЗ].
Предел прочности (е^) и предел текучести (стж) увеличивают свои величины наиболее активно при наклепе в начальный период упрочнения, при степенях деформации £0 < 5% .
Остаточное относительное удлинение (§) несколько активнее снижает свою величину в начальный период
упрочнения ( £0 < 2%), а далее активность этого снижения уменьшается, и оно имеет равномерный характер.
Рисунок 2 - Механические характеристики стали 12Х18Н10Т в зависимости от степени деформации
Остаточное относительное сужение (^) мало изменяет свою величину, а в области £0 < 2% эта характеристика пластичности остается практически неизменной. Для стали 12Х18Н10Т при степени деформации
£0 < 15% снижение остаточного относительного сужения не превышает 4%. Незначительное изменение остаточного относительного сужения у сталей, прошедших упрочнение холодной пластической деформацией, на основе анализа многочисленных диаграмм растяжения (Р - АЪ) и механизма образования шейки на образце при испытании образцов на растяжение можно объяснить тем, что образование шейки начинается при условном
нагружении, равном пределу прочности (Се) или несколько меньшим его [4]. Характер участка диаграммы за точкой, характеризующей предел прочности, не имеет значительных отличий для исходного и деформирорван-ного материала, основное отличие в диаграмме находится на той части, которая соответствует деформированию от начала растяжения до предела прочности. К началу же образования шейки неупрочненный образец удлинился значительно больше и изменил свою первоначальную площадь поперечного сечения больше, чем образец из упрочненного материала. Но так как на величину остаточного сужения, или точнее говоря, на величину конечной площади сильно влияет та часть изменения площади поперечного сечения, которая происходит после начала образования шейки, то и величины этих изменений существенных отличий для упрочненных и неупрочнен-ных материалов не имеют и величина остаточного относительного сужения для упрочненной стали не показывает значительного снижения против исходной неупроч-ненной стали.
Пластическая деформация аустенитных нержавеющих сталей приводит к изменению их фазового состава вследствие протекания у — а превращения. Возникающая при этом а-фаза (мартенсит деформации) оказывает существенное влияние на механические и магнитные свойства. По материалам исследований [3] на рисунке 2 представлены зависимости изменения предела
текучести (<Гт), предела прочности (Ов), остаточного относительного удлинения § % и остаточного относительного сужения (Щ).
Значительный интерес представляет поведение ударной вязкости для аустенитных сталей при упрочнении их холодной пластической деформацией (рисунок 3). Установлено, что ударная вязкость при -200С выше, чем при +200С. Это отличительная особенность аустенитных сталей. Ударная вязкость в зависимости от степени деформации в интервале £0 < 2% меняется незначительно как при температуре +200С, так и при температуре -200С. Так, сталь 12Х18Н10Т при величине ударной вязкости исходного материала КСи= /о/-— после холодом
ного пластического деформирования (£0 = 0 — 20%) имела практически такую же величину КСи =
Дж
256-260-— . При величине < 10% изменение
см "
ударной вязкости для стали 12Х18Н10Т по параметру КСи обнаружить не удалось. Изменение ударной вязкости для сталей 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т в зависимости от степени деформации по параметру КСУ существенного отличия от параметра КСи не имеет. Зависимость изменения ударной вязкости аустенитных сталей 12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т от степени деформации при отрицательных температурах (-200С) носит тот же характер, что и при положительных температурах.
Анализ технологических операций, выполняемых с применением холодного пластического деформирования показывает, что подавляющее их большинство выполняется при величине степени деформации £ < 10% (вальцовка обечаек и конусов, гибка труб, правка, гибка флан-
42
ВЕСТНИК КГУ, 2014. № 2
цев из полосы, калибровка кольцевых деталей и заготовок пластическим растяжением и обжатием). Материалы выполненных исследований изменения ударной вязкости при деформационном упрочнении аустенитных сталей позволяет сделать вывод, что ударная вязкость этих
сталей при степени деформации <хд практически сохраняет величину ударной вязкости исходного материала или близка к ней.
Рисунок 3 - Зависимость ударной вязкости (КСи, КСУ) от степени деформации
Для комплексной оценки работоспособности деталей машин и аппаратов, прошедших деформационное упрочнение (наклеп), значительный интерес представляют исследования влияния наклепа на усталостную прочность материала в условиях работы при циклически меняющихся напряжениях. Было выявлено влияние деформационного упрочнения на предел выносливости <хд. Испытания проводились при симметричном цикле нагру-жения в условиях чистого изгиба на установке МУИ-6000. Полученные экспериментальные результаты статистически обрабатывались по ГОСТ 25.502-79.
Результаты испытаний упрочненной аустенитной стали 12Х18Н10Т на усталостную прочность показали существенное повышение предела выносливости <г в зависимости от степени деформации £0, они представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Зависимость предела выносливости (Т_1 от степени деформации £0 для аустенитной стали 12Х18Н10Т
Изменение фазового состава аустенитных сталей с содержанием никеля от 8 до 12% пластической деформацией ведет к изменению магнитных свойств этих сталей, так как а -железо обладает ферромагнитными свойствами, а у у -железа они отсутствуют. Немагнитные аус-тенитные стали до деформации становятся магнитными после дефомации, при этом чем выше степень деформации, тем сильнее прявляются магнитные свойчтва. Это явление может быть использовано при определении величины а -фазы [5] и некоторых механических характеристик деформированной стали [2].
Итак, при пластическом деформировании аустенитных сталей наблюдается деформационное упрочнение за счет одновременного протекания двух процессов: дислокационного и фазового перехода у -железа в а -железо с образованием мартенсита деформации.
Активное упрочнение аустенитных сталей пластическим деформированием с сохранением при этом сталями высокой пластичности дает основание для широкого применения упрочняющих металлосберегающих технологий.
Для более полного выявления характера упрочнения аустенитных сталей холодным пластическим деформированием в Курганском государственном университете в лаборатории прочности кафедры «Теоретическая механика и сопротивление материалов» предполагается провести исследования пластического упрочнения аустенитных сталей 10Х17Н13М2Т и 10Х17Н13М3Т и влияния степени деформации на магнитные свойства этих сталей.
Список литературы
1 Гуляев А.П. Металловедение. М.: Металлургия, 1986. С. 544.
2 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие,
жаростойкие и жаропрочные ГОСТ 5632-72.
3 Бубнов В.А., Костенко С. Г. Механизм упрочнения аустенитных
сталей при пластическом деформировании //Машиностроение. 2008. №6. С. 63-70.
4 Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.:
Машиностроение, 1968. 400 с.
5 Михеев М.Н., Беликова М.М., Витколова Р.Н. и др.
Электромагнитный метод определения мартенсита деформации в нержавеющих сталях //Дефектоскопия. №10.1985. С. 48-51.
УДК 65.011.56
Е.К. Карпов, И.Е. Карпова, В.В. Иванов Курганский государственный университет
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЕЗЬБЫ, В СДР-СИСТЕМАХ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ Эй-ПЕЧАТИ, НА ПРИМЕРЕ КОМПАС-Эй
Аннотация. В статье приводится описание особенностей подготовки 3Э-моделей в CAD-системах для последующей их печати. Определяется характер ограничений современных CAD-систем при моделировании объектов, содержащих резьбы на примере САПР Компас-3D. Даются практические рекомендации по преодолению ограничения, и приводится анализ результатов экспериментальной части исследования.
Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-прин-тер, система автоматизированного проектирования (САПР), computer-aided design (CAD).
