CC BY
14ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ УДК 539.4
ТЕХНОЛОГИЯ
ФОРМИРОВАНИЕ СВАРКОЙ ВЗРЫВОМ слоистых композиционных
МАТЕРИАЛОВ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ1
И.А. БАТАЕВ, аспирант, Д.В. ПАВЛЮКОВА, аспирант, Т.В. ЖУРАВИНА, аспирант, Е.Б. МАКАРОВА, аспирант, Д. С. ТЕРЕНТЬЕВ, аспирант НГТУ, г Новосибирск
Павлюкова Д.В. - 630092, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20;
e-mail: pavlyukova_87@mail.ru
Были исследованы особенности соединения разнородных сталей, полученного методом сварки взрывом. Подробно рассматривались дефекты строения околошовных зон и толщина деформированного слоя. Производилась оценка твердости сварных соединений, определялись параметры шва ( амплитуда А и длина волны X).
Characteristics of explosively welded dissimilar steel plates were investigated. Defects in the structure of weld adjacent zones and the thickness of plastically deformed layer were studied in details. The weld joint microhardness was evaluated and weld parameters (amplitude A and wavelength X) were determined.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СТАЛЬ, СВАРКА ВЗРЫВОМ, КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СТРУКТУРА
Эффективным технологическим процессом соединения разнородных металлов в твердом состоянии является сварка взрывом. Сварное соединение получается в результате высокоскоростного наклонного соударения пластин, вызванного направленным взрывом заряда взрывчатого вещества. Данный метод позволяет получать высококачественные слоистые композиционные материалы с высоким комплексом механических свойств.
В данной работе исследовались структура и свойства девятислойных композитов, полученных методом сварки взрывом листовых заготовок из сталей 20 и 60Г толщиной 1 мм. Сталь 20 в исходном состоянии имела феррито-перлитную структуру с перлитом пластинчатого типа. Сталь 60Г находилась в феррито-цементитном состоянии. Цементитные частицы имели форму глобулей и равномерно распределялись в фер-ритной матрице.
Сварка образцов выполнялась по схеме, представленной на рис. 1. Для изготовления каждого образца было использовано 4 пластины из стали 20 и 5 пластин из стали 60Г.
Структурные особенности применяемых для сварки сталей позволили металлографически надежно выявить особенности пластической
1 Этап 2 Этап
3 - Сваренный композит
Рис. 1. Схема сварки пластин
1 Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.
ТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 2. Строение композита в поперечном сечении, ориентированном вдоль линии продвижения точки контакта
деформации материала в зоне соединения. Установили, что границы соединения всех пластин в композитах имеют характерную волнообразную форму (рис. 2).
Длина и амплитуда волн определяются технологическими параметрами сварки взрывом, геометрическими параметрами соединяемых пластин и свойствами сталей [1]. Данные об этих характеристиках представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1 Количественные показатели волн
Номер шва X, мкм А, мкм
1 544 264
2 1489 453
3 510 233
4 534 281
5 2750 1155
6 629 299
7 2017 701
8 517 239
На основании анализа результатов исследования были сделаны выводы о наличии дефектов строения сварных соединений в виде межшовных трещин, формирующихся преиму-
Рис. 3. Образование межшовных трещин на границе раздела свариваемых пластин
щественно с одной стороны гребней волн, что свидетельствует о различных прочностных характеристиках даже в пределах отдельно взятой границы раздела (рис. 3).
В работе также производилась оценка микротвердости отдельных участков сваренных пластин. Различные значения микротвердости были зафиксированы в исходной микроструктуре сталей 20 и 60Г, в деформированных областях и зонах завихрений. Твердость закаленных зон в вихрях стали 20 по Виккерсу достигает 725. Микротвердость закаленных микрообъемов материала в зонах стали 60Г составляет 761. Высокая твердость вихрей объясняется наличием в них закаленных объемов материала (рис. 4).
Вдоль границы раздела пластины подвержены сильной пластической деформации. Строение стали 20 позволяет наблюдать процессы, происходящие в зоне сопряжения соединяемых пластин. Зерна феррита, расположенные в непосредственной близости к границе раздела пластин, в результате интенсивной деформации приобретают характерную для процесса обжатия вытянутую форму (рис. 4). Тонкодисперсное строение феррито-цементитной смеси пластин из стали 60Г не позволяет средствами металлографического анализа надежно зафиксировать структурные изменения, обусловленные пластической деформацией марганцовистой стали. Частицы глобулярного цементита при воздействии сжимающих напряжений практически не деформируются. Для наблюдения изменений в ферритной составляющей стали 60Г необходимо использовать метод просвечивающей электронной микроскопии.
№ 1(46)2010 7
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТЕХНОЛОГИЯ
Т а б л и ц а 2
Отношение толщины деформированного слоя к амплитуде волны (Ь/а)
2-й шов 3-й шов 4-й шов 8-й шов
а Ь а Ь а Ь а Ь
260 212 116 99 174 84 110 109
240 145 130 77 139 103 157 75
254 137 137 74 228 107 147 83
284 186 169 79 161 104 142 69
252 165 209 106 348 148 190 120
310 175 140 71 391 128 149 75
252 179 149 141 161 70 151 71
262 156 156 114 160 71 164 78
322 207 124 95 146 52 194 53
301 165 122 66 151 85 119 87
336 179 138 61 143 106 156 51
362 151 129 79 145 90 142 91
Среднее значение
286 171 135 82 196 96 152 80
Отношение Ыа
Ь/а = 171/286 = 0,6 Ь/а = 82/135 = 0,6 Ь/а = 96/196 = 0,5 Ь/а = 80/152 = 0,53
Рис. 4. Интенсивная пластическая деформация ферритных зерен
Произведена оценка толщины деформированного слоя различных участков свариваемых слоев. Показано, что отношение толщины интенсивно деформированного слоя в зоне гребня волны к толщине слоя в зоне впадины составляет около 0,5.. .0,6 мкм (табл. 2).
Деформация, имеющая место при сварке материалов взрывом, реализуется с высокими скоростями нагружения при относительно низких температурах, в результате чего реали-
Рис.5. Двойники в феррите стали 20
зуется механизм двойникования [2]. Образование двойников можно наблюдать в ферритной составляющей композиционного материала (рис. 5).
Список литературы
1. Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом.-Минск.: Наука и техника, 1990. - 205 с.
2. Лившиц Б.Г. Металлография. - М.: Металлургия, 1990. - 236 с.
