CC BY
24Решетневскце чтения
тропного материала описывалось по условию пластичности Мизеса-Хилла, учитывающего изотропное упрочнение [2]. Для моделирования пластического деформирования изотропного материала ударника используется критерий Мизеса.
В данной работе представлены результаты исследования особенностей деформирования анизотропных металлических преград. В качестве критерия разрушения был выбран критерий Мизеса-Хилла, записанный в первом случае через напряжения и во втором -через деформации. Результаты численных экспериментов с использованием данного анизотропного критерия были сопоставлены с результатами численных экспериментов, где в качестве критерия разрушения предполагалось достижение накопленной пластической деформации в образце нагружаемого материала 6,5 % . Численно в трехмерной постановке моделируется динамическое нагружение преграды из анизотропного алюминиевого сплава Д16Т изотропными цилиндрическими ударниками. Скорости нагружения составляли 200 м/с и 600 м/с. В качестве численного метода используется метод конечных
элементов, модифицированный Г. Р. Джонсоном для задач удара [3].
Для сравнительного анализа разрушения анизотропных преград, деформирование которых моделируется с применением различных критериев разрушения, строились графики торможения ударников при взаимодействии с данными преградами.
Представленные исследования показали необходимость применения анизотропного критерия разрушения при моделировании процессов деформирования металлических образцов в условиях динамического нагружения.
Библиографические ссылки
1. Седов Л. И. Механика сплошных сред : в 2 т. М. : Наука, 1976. Т. 2.
2. Косарчук В. В., Ковальчук Б. И., Лебедев А. А. Теория пластического течения анизотропных сред (Определяющие соотношения) // Пробл. прочности. 1986. № 4. С. 50-56.
3. Johnson G. R. High velocity impact calculation in three dimensions // J. Appl. Mech. 1977. Vol. 44. № 3. P. 95-100.
М. N. Rrivosheina, М. A. Коzlova Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Tomsk
E. V. Tuch
National Research Tomsk State University, Russia, Tomsk
S. V. Коbenko
Nizhnevartovsk State University of Humanities, Russia, Nizhnevartovsk
I. Yu Коnyesheva National Research Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk
ESTIMATION OF APPLLICATION OF ANISOTROPIC DESTRUCTION CRITERION FOR SIMULATION OF METAL SAMPLES STRAIN IN DYNAMIC LOADING
In modeling fracture in metal samples, appearing in dynamic fracture it is important to choose the criterion of strength. The presented study shows the need for an anisotropic failure criterion for modeling of deformation of metal specimens under dynamic loading.
© Кривошеина М. Н., Козлова М. А., Туч Е. В., Кобенко С. В., Конышева И. Ю., 2011
УДК 669.715.621.789
Г. Г. Крушенко
Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОЦИКЛИРОВАНИЯ
Применение термоциклической обработки приводит к повышению уровня механических свойств сплавов различного состава.
Одно из первых изобретений по применению термоциклической обработки (ТЦО) сплавов было запатентовано в 1978 г. [1]. На примере литейного алю-миниево-кремниевого сплава АЛ9 (новое название по ГОСТ 1583-93 АК7ч: 6,0-8,0 % Б1; 0,20-0,40 % М§;
ост. А1) было показано, что в результате применения этой технологии повышается уровень механических свойств сплавов. Сущность способа заключается в том, что сплав нагревается под закалку 8-12 раз до 0,95-0,97 от температуры плавления сплава с после-
Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
дующим охлаждением на воздухе до 0,75-0,80 от температуры плавления сплава, а последнее охлаждение с максимальной температурой нагрева проводится в воде или в масле. При стандартном способе (режим Т5, закалка, нагрев до 535 оС, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе, старение 3 ч при 155 оС, общее время - 7 ч) временное сопротивление ств составляет 223 МПа, относительное удлинение 5 - 5,5 %. В результате ТЦО сплава по указанному выше режиму при суммарном времени 3,5 ч ств повысилось до 314 МПа (на 40,8 %), 5 до 9,7 % (на 76,4 %). По ГОСТ 1583-93 (З, В, К): ств > 160 МПа, 5 > 2,0 %.
Материалы проведенной в 1982 г. по линии АН СССР конференции [2], на которой было представлено 75 докладов, показали универсальность технологии ТЦО при ее использовании с целью повышения физико-механических характеристик изделий из чугуна, сталей, алюминиевых и титановых сплавов.
ТЦО широко применяется для повышения механических свойств самых разнообразных сплавов. В результате ТЦО сплава ТЦ3.5-5) %А1 в интервале 300-77 К увеличивается плотность дислокаций и перераспределяются внутренние напряжения, повышается прочность и пластичность сплава при температуре жидкого гелия.
В проведенном нами исследовании [4] при работе с мартенситно-стареющей сталью (МСС) 03Х11Н10М2Т-ВД изучены изменения фазового состава с образованием 4-55 % остаточного аустенита в зависимости от режимов термической обработки (ТО) и термоциклической обработки (ТЦО) с температурной областью а « у превращения. Методом ускоренных испытаний определено относительное изменение стойкости к коррозионному разрушению под напряжением в зависимости от фазового состава.
В настоящее время в различных конструкциях, работающих в агрессивных средах, находят широкое применение коррозионно-стойкие аустенитно-феррит-ные стали. Получение МСС в двухфазном состоянии с высокой прочностью и стойкостью к коррозионному разрушению под напряжением (КРН) в агрессивных средах дало бы возможность расширить совместную область их применения. Благодаря специфическому механизму упрочнения, высокой прочности и технологичности, МСС являются наиболее перспективными материалами для создания современных изделий, работающих при различных температурах, высоких давлениях и в агрессивных средах.
За последнее время накоплена обширная информация по МСС как в основном классическом варианте (легирование высоконикелевых сталей молибденом и кобальтом), так и в варианте экономнолегированных сталей с минимальным содержанием дорогих и дефицитных элементов. Однако вследствие отсутствия достаточных экспериментальных и практических данных о возможности изменения фазового состава и свойств МСС путем предварительной ТО в ряде случаев ограничивается их применение в сочетании с другими материалами.
Относительное изменение содержания аустенита определяли при помощи дифрактометра ДРОН-2. 0 на Fe, Ка-излучении безэталонным методом по отражению интегральных интенсивных линий (111)у- и (110)а-фаз при нагреве в интервале а-у превращения в высокотемпературной приставке ГПВТ-1500 с одной установкой образца и замерами при разных температурах.
На основании выполненного исследования изменения фазового состава стали 03Х11Н10М2Т-ВД в зависимости от режимов термической и термоциклической обработки в температурной области а « у-превращения установлена различная устойчивость аустенита, образующегося как при первичном нагреве, так и при повторных нагревах до температур 650-800 °С.
Показано, что применение предварительной ТО и ТЦО позволяет повысить размерную точность изде -лий при последующей закалке и увеличивает стойкость стали к коррозионному разрушению под напряжением.
Полученные закономерности изменения фазового состава и свойств дают возможность для принятия конструктивно-технологических решений по использованию МСС типа 03Х11Н10М2Т-ВД в сочетании с аустенитными сталями, хромистыми бронзами и другими материалами в паяных и сварных соединениях, а также их совместной ТО. Повышают размерную точность изделий при последующей закалке ТО и ТЦО и создают напряженные конструкции из МСС как предварительно обработанные на разных режимах, так и в сочетании с другими материалами.
Изучены изменения фазового состава МСС 03Х11Н10М2Т-ВД. Определено количество остаточного аустенита в зависимости от режимов термической и термоциклической обработки с нагревом в температурной области а-у превращения. Методом ускоренных испытаний установлено относительное изменение стойкости к коррозионному разрушению под напряжением в зависимости от фазового состава, температуры старения (прочности) МСС.
Библиографические ссылки
1. А. с. 603695. Способ термической обработки алюминиевых сплавов / В. К. Федюкин, Б. Н. Подзоров, В. Н. Платонов и Б. М. Лапина. БИ. № 15. 1978. Заявка № 2371907 от 09.06.1976.
2. Термоциклическая обработка металлических изделий. Л. : Наука, 1982.
3. Lavrentev F. F., Pokhil Yu. A., Dudko P. P. Effect of low temperature thermocyling on the structure and stress-strain curve parameters of a TiAl alloy at 4. 2 К // Cryogenics, 1983. Vol. 23. Issue 3. P. 170-174.
4. Биронт В. С., Крушенко Г. Г. Влияние термической и термоциклической обработки на структуру и свойства мартенситно-стареющей стали // J. of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008. Vol. 1. № 3. Р. 247-255.
Решетневские чтения
G. G. Krushenko
Institute Computational Modeling, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk
IMPROVING THE MECHANICAL PROPERTIES OF ALLOYS WITH THE USE OF THERMOCYCLING
The use of thermocycling results in improvement of the mechanical properties level of different chemical composition alloys.
© KpymeHKO r. T., 2011
УДК 629.78.023.222
С. Д. Крючек
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
СОЗДАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРЕМОРЕГУЛИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Описаны состав и характеристики пассивной части системы терморегулирования. Приведены характеристики терморегулирующих покрытий для изделий из углепластика, схема требуемого покрытия и выбор метода изготовления. Предлагается использовать пленки ZrO2 в качестве электропроводного покрытия.
На все части космических аппаратов (КА), не защищенных экранно-вакуумной теплоизоляцией, наносят покрытия, способные отражать большую часть лучистой энергии обратно в космическое пространство и исключать электрические разряды на поверхности. Такие покрытия получили название терморегулирующих (ТРП) и составляют пассивную часть системы терморегулирования КА. ТРП характеризуются терморадиационными и электрическими характеристиками: As - коэффициентом поглощения солнечного излучения, En - коэффициентом излучения и поверхностным сопротивлением. Отношением As/En определяется равновесная температура при радиационном теплообмене.
Под действием различных факторов космического пространства, особенно ионизирующего излучения заряженных частиц, значения коэффициентов изменяются, что приводит увеличению температуры внутри КА и снижению сроков активного существования КА [1].
<-3
<-2
4-1
Схема ТРП со слоем ПЭП:
1 - непрозрачный отражающий слой (толщина ~0,1 мкм);
2 - прозрачная полимерная пленка; 3 - прозрачный электропроводный слой (толщина ~0,01 мкм)
Для достижения требуемой равновесной температуры конструкций из углепластика коэффициент En должен быть от 0,2 до 0,4 при отношении As/En < 1.
Поверхностное электрическое сопротивление покрытий должно состовлять не более 105 кОм/Y.
Известна схема ТРП с прозрачным электропроводным покрытием (ПЭП) изготавливаемая магне-тронным напылением в вакууме (URL: www.sheldahl.com). Функциональные слои покрытия (см. рисунок) в направлении от защищаемого изделия состоят 1 - из отражающего слоя металла Ag, Al; 2 -полимерной основы, выполненной из пленки типа Kapton, Teflon; 3 - слоя электропроводных оксидов ZnO, ITO. Терморадиационные коэффициенты такого ТРП в зависимости от толщины, типа полимерной основы и напыляемых слоев составляют: As = 0,4-0,5; En = 0,5-0,8, а поверхностное сопротивление ПЭП (при использовании ITO) равно 2-10 кОм/Y.
Очевидно, что в процессе эксплуатации в космосе наиболее подвержен воздействиям факторов космического пространства внешний слой ТРП (в данном случае ПЭП). Поэтому защита внешнего слоя от факторов космического пространства является актуальной задачей.
Таким образом, взяв за основу предлагаемую схему покрытия, можно получить требуемые характеристики покрытия, снизив значение коэффициентов As и En путем изменения материала ПЭП.
В качестве ПЭП и для защиты внешнего слоя предлагается применять ZrO2. Пленки из ZrO2 используются в промышленности в качестве упрочняющих, износостойких, теплостойких покрытий. Также имеются данные об употреблении порошков ZrO2 в качестве пигментов терморегулирующих красок. Кроме того, пленки, напыленные реактивным магнетронным методом при дефиците кислорода демонстрируют неплохие электрические свойства [2]. Цвет пленок,
