Исследование релаксации напряжений в низколегированных сталях Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Технические науки — от теории к практике № 9 (45), 2015 г________________________

www.sibacinfo

СЕКЦИЯ 3.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ

Бурлакова Марина Олеговна

магистр, ВолгГТУ, РФ, г. Волгоград E-mail: marina. 225@mail. ru

Гевлич Сергей Олегович

ООО «Экспертиза», РФ, г. Волгоград

STUDY OF THE STRESS RELAXATION IN THE LOW ALLOYED STEELS

Marina Burlakova

masters, VSTU, Russia, Volgograd

Sergey Gevlich

OOO "Expertise", Russia, Volgograd

АННОТАЦИЯ

Научно-исследовательская работа посвящена исследованию релаксационной стойкости низколегированных свариваемых сталей. В данной работе исследована кинетика релаксации напряжений первого рода в ряде материалов, типичных для химического и нефтяного машиностроения, в условиях, моделирующих режимы послесварочной термообработки для снижения напряжений. Настоящее исследование

41

Технические науки — от теории к практике ___________________№ 9 (45), 2015 г.

показало, что наибольшее снижение напряжений в малоуглеродистых низколегированных свариваемых сталях происходит на стадии неустановившейся релаксации, продолжительность которой уменьшается с увеличением температуры нагрева.

ABSTRACT

The research work devoted to the study of the relaxation resistance of low-alloy weld steels. In this work the kinetics of stress relaxation of the first kind in a number of materials typical chemical and petroleum engineering, under conditions simulating modes postweld heat treatment to reduce stress. The present study showed that the greatest decrease in stress in low-carbon low-alloy welded steels occurs at the stage of transient relaxation, the duration of which decreases with increasing temperature.

Ключевые слова: упругопластическая релаксация; сварочные напряжения; разупрочнение; энергия активации; термообработка; сталь; дислокации.

Keywords: elastoplastic relaxation; welding voltage; softening; activation energy; heat treatment; steel; dislocation.

Исследование релаксационной стойкости низколегированных свариваемых сталей представляет важную научную и практическую задачу, поскольку большинство сварных конструкций, например, в химическом и нефтяном машиностроении подвергают термообработке для снижения остаточных сварочных напряжений. Согласно данным работы [2], снижение напряжений протекает в условиях простой упругопластической релаксации [1].

В большинстве случаев, исследования в области релаксации напряжений, направлены на повышение сопротивления релаксации в конструкционных материалах путем легирования или специальной термообработки [1; 3]. Применительно к условиям послесварочной термообработки, решается обратная задача: при минимальных энергозатратах обеспечить максимальное снижение остаточных напряжений. В данной работе исследована кинетика релаксации напряжений первого рода в ряде материалов, типичных для химического и нефтяного машиностроения, в условиях, моделирующих режимы послесварочной термообработки для снижения напряжений.

Для проведения исследований использовали низколегированную (09Г2С) и малоуглеродистую (20ЮЧ) стали, химический состав и некоторые свойства которых приведены в таблице 1. Из листового проката в направлении проката вырезали пластины размером 200х30х3 мм. После механической резки и шлифования полученные

€'

СибАК

www.sibac.info

42

Технические науки — от теории к практике № 9 (45), 2015 г________________________

www.sibacinfo

заготовки изгибали до получения подковообразного профиля, после чего проводили нормализационный отжиг при 930—950 °С. Термообработанные образцы очищали от окалины и зачищали обезуглеро-женный слой в зоне максимальной кривизны. На обезжиренную поверхность наклеивали тензорезистор. После просушки, используя стандартную мостовую схему, снимали «нулевой» отсчет.

Таблица 1.

Химический состав исследуемых сталей

Марка стали Содержание элементов, % 00,2 | Ов 8 | v

C Mn Si Cr Al S P Cu Ni Mo МПа %

09Г2С 0,102 1,32 0,47 0,05 - 0,020 0,016 - - - 280 460 64 31

20ЮЧ 0,180 0,10 - 0,02 0,05 0,004 0,015 0,005 - - 260 440 72 32

Во всех испытаниях начальное напряжение составляло 0,9 предела текучести исследуемой стали в состоянии поставки. Нагруженный образец помещали в печь с заданной температурой и после термообработки охлаждали на воздухе. Дополнительно учитывали неодинаковое температурное расширение образца и струбцины, догружая его на величину Ао0, пропорциональную величине термического расширения.

Микроструктура образца из стали 09Г2С до термообработки представлена на рисунке 1.

SS5S

Рисунок 1. Микроструктура основного металла низколегированной стали типа 09Г2С до термообработки, увеличение 100

Полученные релаксационные кривые (первичные) для исследуемых сталей приведены на рис. 2. По внешнему виду они идентичны кривым упругопластической релаксации для материалов, не претерпевающих структурных изменений в исследуемом интервале

43

Технические науки — от теории к практике ____________________№ 9 (45), 2015 г

температур [1]. Кинетические зависимости подобного вида удовлетворительно описываются экспонентой Максвелла и в двойных логарифмических координатах линеаризуются. Справедливость сказанного подтверждается данными рис. 3, на котором представлены первичные релаксационные кривые в системе координат x - ln тв, y - ln | - ln от/ оо|, где тв — время выдержки при температуре термообработки.

€'

СибАК

www.sibac.info

'1 0,8 f . 1. о,3; 1 . 1 .

o’0'5' <. _ 2

"г- ' е 0,4 . •*!

0,2 “L -

С 2 4 & 8 0 2 4 6 8

тв,ч тЕ,ч

а) о)

Рисунок 2. Кинетические релаксационные кривые для сталей 09Г2С (а) и 20ЮЧ (б): 1—4 — температура отжига 300, 400, 500 и 650 °С

соответственно

Рисунок 3. Линеаризованные кинетические релаксационные кривые (обозначения — см. рис. 2)

44

((Г СибАК

iexmmecKue науки— от теории к практике

№ 9 (45). 2015г.___________________________________________www.sibac.info

Характерной особенностью полученных кривых (см. рис. 3) является наличие перегиба, что свидетельствует о двустадийности процесса релаксации в данных условиях. Согласно данным работы [1], первая кратковременная стадия — это неустановившаяся релаксация, вторая, более продолжительная — установившаяся. Для этого периода характерно незначительное изменение напряжений во времени. Выводы

Таким образом, сопоставляя перечисленные данные, отметим, что наиболее эффективное снижение напряжений первого рода в ферритно-перлитных сталях 09Г2С и 20ЮЧ наблюдается в области температур вблизи 0,5 Тпл в течение 1,5—3 ч. Дальнейшее увеличение времени выдержки не приводит к заметному снижению напряжений. Более легированная марганцево-кремнистая сталь 09Г2С оказывается и более релаксационно-стойкой, что согласуется с выводами, сделанными в работе [1]. На основании результатов исследований можно определить остаточные напряжения после термообработки в интервале 300—700 °С. Для этого следует воспользоваться графиками, приведенными на рис. 3.

Список литературы:

1. Борздыка А.М., Гецов Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1978. — 256 с.

2. Винокуров В.А. Отпуск сварных конструкций для снятия остаточных напряжений. М.: Машиностроение, 1973. — 213 с.

3. Механизмы релаксации в твердых телах. Каунас: Каунасский

политехнический институт, 1974 — 364 с.

ФОСФАТЫ СЕМЕЙСТВА ЛАНГБЕЙНИТА, СОДЕРЖАЩИЕ ИМИТАТОРЫ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (SR, SM). СИНТЕЗ, ИЗОМОРФИЗМ, ПОВЕДЕНИЕ ПРИ НАГРЕВАНИИ

Канунов Антон Евгеньевич

канд. хим. наук, научный сотрудник, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,

РФ, г. Нижний Новгород E-mail: a.kanunov@mail.ru

45