CC BY
70
УДК 6.67.67.02
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УДАРНО-ВОЛНОВОГО НАГРУЖЕНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 110Г13Л
В. А. Ломан Научный руководитель - К. Е. Милевский
Новосибирский государственный технический университет Российская Федерация, 630073, г. Новосибирск, просп. К. Маркса, 20 E-mail: [email protected]
Изучено влияние ударно-волнового нагружения на физико-механические характеристики стали Гадфильда. Выявлены зависимости изменения параметров удлинения, плотности, твёрдости от глубины упрочняемого слоя.
Ключевые слова: сталь Гадфильда, упрочнение взрывом.
WE HAVE INVESTIGATEDTHE EFFECT OF THE SHOCK WAVE LOADING ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES STEEL 110G13L
V. A. Loman Scientific supervisor - K. E. Milevsky
Novosibirsk State Technical University 20, K. Marksa Av., Novosibirsk, 630073, Russian Federation E-mail: [email protected]
We have studied the after shock wave loading on physical and mechanical characteristics of Hadfield steel. We have found a relationship between the parameters of elongation, density, hardness of the depth of strengthening layer.
Keywords: Hadfield steel, hardening of the explosion.
Сталь Гадфильда (110Г13Л) имеет особое свойство, упрочнятся под действием различных нагрузок, наибольшее воздействие оказывает взрывное упрочнение [1]. Первые исследования упрочнения этой стали были в начале 1950-х годов. В 1960 г. опубликовано исследование Хольцмана и Кована, где исследована ударно-волновая обработка стали Гадфильда.
Сталь 110Г13Л обладает следующими механическими свойствами: предел прочности ов = 800-900 МПа; условный предел текучести от = 310-350 МПа; относительное удлинение (пластичность) 5 = 15-20 %; относительное сужение у = 50-30 %; начальная твердость в исходном состоянии 200 НВ [2].
Выделено два направления упрочнения стали Гадфильда, квазистатической нагрузкой и ударно-волновой нагрузкой. Упрочнение квазистатической нагрузкой осуществляется на глубину всего 2-5 мм, в то время как упрочнение взрывом возможно на глубину до 40 мм [3]. При действии квазистатической нагрузки происходит сильная деформация зёрен металла, которая пропорциональна величине упрочнения.
Цель работы изучение влияние ударно-волнового нагружения на механические свойства упрочнённого слоя стали 110Г13Л.
В качестве взрывчатого вещества использовалось пластическое вещество ЛВВ11-01 в связи с тем, что оно может с высокой точностью копировать поверхность упрочняемого изделия.
Образцами взяты технологические пробы (клиновидные бруски высотой 110 мм, длиной 210 мм, шириной при основании клина 55 мм, при вершине 16 мм).
Использовалась схема всестороннего сжатия, которая позволяет препятствовать развитию наплывов металла. При нагружении изменений в геометрии практически не происходит, что позволяет говорить о целостности образца и об упрочнении на большую глубину.
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
После проведения нагружения проводили замеры твердости материала по методу Роквеллу. Для каждой технологической пробы определяли среднее значение твердости по трём точкам для каждого выбранного расстояния от поверхности нагружения [4].
На рис. 1 изображена схема раскроя образца, для исследования распределения твёрдости. Полученные зависимости твёрдости от шага изображены на рис. 2.
Контрольно-технологический образец Поперечная плоскость Продольная
а б
Рис. 1. Схема раскроя технологической пробы для подготовки образцов на металлографический анализ
Ш.С421 „
1815 -1-!-t-»-1-1-1-1-1-
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 мм
h
Рис. 2. Зависимость твердости образца от расстояния до поверхности. h - расстояние от поверхности
Проводилась оценка размеров зерна средний размер зерна по обоим слоям, примерно одинаков, однако было выявлено появление полос скольжения на небольших глубинах после взрывного нагру-жения [5].
Были также проведены испытания на растяжение [6]. От обработанных взрывом технологических проб отрезали слой толщиной 14 мм, из которого изготовляли цилиндрические образцы для испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84. Растягивались образцы после нагружения, на установке Р-5. Строение металла после литья и закалки изучали на темплетах, из которых вырезали образцы в поперечном и продольном направлениях для изготовления шлифов (рис. 1, а, б).
На рис. 3 видно, что удлинение образцов происходит до пикового значения, которое имеет образец № 5, а потом удлинение уменьшается.
Былопроведено исследование образцов на изменение плотности по слоям [7]. Для определения плотности были предоставлены 9 образцов стали после деформации и 8 образцов до деформации.
На графике (рис. 4) видно, что плотность образцов возросла после взрывного нагружения и что у предъявленных образцов плотность уменьшается от первого образца к девятому.
Рис. 3. Удлинение образцов после нагружения
7,80 п 7,70 -7,60 -б 7,50 -^ 7,40 -t 7,30 -° 7,20 -О 7,10 -ё. 7,00 -6,90 -6,80 -
№1 Hi 2 Н!3 II! 4 И! 5 И» 6 Н! 7 II! 8 Н! 9
№ образца
—•— Плотность до нагружения —*—Плотность после нагружения Рис. 4. Плотность образцов до и после нагружения
На основе полученных результатов исследований физико-механических характеристик, в упрочнённом слое материала, можно выделить несколько подслоёв, с однородными механическими свойствами.
Библиографические ссылки
1. Дерибас А. А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск, 1972.
2. Лашко Н. Ф., Еремин Н. И. Фазовый состав и структура аустенитных сталей, М. : Машгиз, 1957. 457 с.
3. Гуськов А. В., Милевский К. Е., Яковлев А. Г. Сравнительный анализ упрочнения сталиГад-фильда статической и высокоскоростной нагрузкой // Наука. Промышленность. Оборона : тр. XV Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новосибирск, 23-25 апреля 2014 г.). Новосибирск : изд-во НГТУ, 2014. С. 207-210.
4. Тушинский Л. И., Гуськов А. В., Милевский К. Е., Петров А. Ф. Влияние высокоскоростной ударной волны на микроструктуру и механические свойства стали Гадфильда 110Г13Л // Научный вестник НГТУ. 2006. № 4(25). С. 186-194.
5. Guskov A. V., Milevsky K. E., Mihaylova N. Y. Research of Gadfild steel structure after dynamic loading // 7th World conference on explosives & blasting. Moscow, Russia, 2013.
6. Гуськов А. В., Милевский К. Е., Яковлев А. Г. Физико-механические свойства стали Гадфильда после ударно-волнового воздействия // Наука. Промышленность. Оборона : тр. XV Всерос. науч.-техн. конф. (г. Новосибирск, 23-25 апреля 2014 г.). Новосибирск : изд-во НГТУ, 2014. С. 193-196.
7. ГОСТ 15139-69 Методы определения плотности(объемной массы). М. : Изд-во стандартов, 1981.
8. Гуськов А. В., Драньков Н. О., Милевский К. Е. Исследование механических свойств стали Гадфильда при высокоскоростном нагружении // Деформация и разрушение материалов. М., 2011. № 3. С. 39-41.
© Ломан В. А., 2015
