ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СВАРЕННЫХ ВЗРЫВОМ МАТЕРИАЛОВ: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
- Авторы: Батаев И.А.1
-
Учреждения:
- Новосибирский государственный технический университет
- Выпуск: № 4 (2017)
- Страницы: 55-67
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://ogarev-online.ru/1994-6309/article/view/302116
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2017-4-55-67
- ID: 302116
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель: изучение процессов формирования структуры в сваренных взрывом материалах с использованием подхода, основанного на совместном анализе результатов математического моделирования и структурных исследований. Методы: в качестве объекта исследований применялась низкоуглеродистая сталь 20, пластины которой соединялись взрывом. Полученный биметалл анализировался с методами оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии (РЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Численное моделирование процесса высокоскоростного соударения стальных пластин проводилось в программном продукте Ansys Autodyn методом гидродинамики сглаженных частиц (Smooth Particle Hydrodynamics, SPH). Результаты и обсуждение. Свойства сваренных взрывом материалов в значительной мере определяются структурой тонких слоев, возникающих на межслойных границах при высокоскоростном соударении заготовок. В этих слоях материал претерпевает наиболее существенные структурные изменения. Основная часть свариваемых взрывом пластин деформируется незначительно и остается в слабонагретом состоянии. Высокие скорости деформационных процессов, развивающиеся на межслойных границах, приводят к существенной локализации и разогреву материала вблизи межслойной границы. Пластическая деформация при сварке взрывом происходят в условиях, близких к адиабатическим. Такие условия способствуют фазовым превращениям вблизи межслойной границы и даже локальному плавлению отдельных микрообъемов. В связи с высокой температуропроводностью металлов и значительным температурным градиентом дальнейший отвод тепла в слабодеформированные объемы пластин происходит с высокими скоростями (104…107 К/с). Это приводит к формированию вблизи межслойной границы метастабильных (в частности, мартенситных) структур. Структура материала, формирующаяся вблизи межслойных границ, является результатом конкуренции процессов деформационного упрочнения и термического разупрочнения свариваемых взрывом металлических заготовок. Показано, что метод гидродинамики сглаженных частиц адекватно воспроизводит явления волно- и струеобразования при сварке взрывом, а геометрические параметры волн, предсказываемых моделью, хорошо согласуются с экспериментальными данными. Максимальные значения пластической деформации в узком слое вблизи межслойных границ могут превышать e = 6.
Ключевые слова
Об авторах
Иван Анатольевич Батаев
Новосибирский государственный технический университет
Email: ivanbataev@ngs.ru
пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия
Список литературы
- Crossland B. Review of the present state-of-the-art in explosive welding // Metals Technology. - 1976. - Vol. 3, iss. 1. - P. 8-20. - doi: 10.1179/030716976803391845.
- Crossland B. Explosive welding of metals and its application. - Oxford: Oxford University Press, 1982. - 233 p. - ISBN 978-0198591191.
- Shanthala K., Sreenivasa T.N. Review on electromagnetic welding of dissimilar materials // Frontiers of Mechanical Engineering. - 2016. - Vol. 11, iss. 4. - P. 363-373. - doi: 10.1007/s11465-016-0375-0.
- Carl L.R. Brass welds made by detonation impulse // Metal Progress. - 1946. - Vol. 46. - P. 102-103.
- Blazynski T.Z. Explosive welding, forming and compaction. - Netherlands: Springer, 1983. - 402 p. - ISBN 978-94-011-9751-9.
- Crossland B., Williams J.D. Explosive welding // Metallurgical Reviews. - 1970. - Vol. 15, iss. 1. - P. 79-100. - doi: 10.1179/mtlr.1970.15.1.79.
- Meyers M.A. Dynamic behavior of materials. - New York: John Wiley & Sons, 1994. - 668 p. - ISBN 9780471582625.
- Rinehart J.S., Pearson J. Explosive working of metals. - New York: Macmillan, 1963. - 360 p. - ISBN 978-0080101699.
- Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. - Новосибирск: Наука, 1980. - 224 с.
- Васильев А.А. Укрощенный взрыв // Наука из первых рук. - 2015. - Т. 64, № 4. - C. 14-33.
- Качан М.С. Изобретена сварка взрывом [Электронный ресурс]. - URL: https://www.proza.ru/2013/01/05/517 (дата обращения: 15.11.2017).
- Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А.Д. Сварка взрывом. - М.: Машиностроение, 1987. - 216 с.
- Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом. - Минск: Навука i тэхнiка, 1990. - 205 с. - ISBN 5-343-00551-9.
- Лысак В., Кузьмин С. Сварка взрывом. - М.: Машиностроение, 2005. - 543 с. - ISBN 5-94275-220-6.
- Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Шморгун В.Г. Титаностальные композиты и соединения. - Волгоград: ВолгГТУ, 2013. - 344 с. - ISBN 978-5-9948-1011-8.
- Компьютерное моделирование деформации составляющих слоев биметалла в процессе сварки взрывом с использованием программы LS-DYNA / И.В. Денисов, А.Ю. Муйземнек, А.Е. Розен, О.Л. Первухина, Ю.А. Гордополов // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2010. - № 5 (65). - C. 66-74.
- Влияние состава атмосферы на образование соединения титана со сталью при сварке взрывом / О.Л. Первухина, А.А. Бердыченко, Л.Б. Первухин, Д.В. Олейников // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2006. - № 9. - C. 51-54.
- Сварка взрывом: процессы и структуры / О.В. Антонова, Ю.П. Бесшапошников, А.М. Власова, Б.А. Гринберг, Л.М. Гуревич, О.А. Елкина, М.А. Иванов, А.В. Иноземцев, В.Е. Кожевников, С.В. Кузьмин, В.И. Лысак, А.М. Пацелов, В.П. Пилюгин, А.В. Плотников, М.С. Пушкин, В.В. Рыбин, Г.А. Салищев, О.В. Слаутин, А.П. Танкеев, Т.П. Толмачев, В.О. Харламов. - М.: Инновационное машиностроение, 2017. - 236 с. - ISBN 978-5-9909179-0-3.
- Fragmentation processes during explosion welding (review) / B. Grinberg, M. Ivanov, V.V. Rybin, O. Elkina, A.M. Patselov, O. Antonova, A. Inozemtsev, T.P. Tolmachev // Russian Metallurgy (Metally). - 2013. - Vol. 2013, iss. 10. - P. 727-737. - doi: 10.1134/S0036029513100030.
- Rybin V.V., Zolotorevskii N.Yu., Ushanova E.A. Analysis of the misoriented structures in the model copper-copper compound formed by explosion welding // Technical Physics. - 2014. - Vol. 59, iss. 12. - P. 1819-1832. - doi: 10.1134/S106378421412024X.
- Berdychenko A.A., Pervukhin L.B., Pervukhina O.L. Evolution of titanium structure in the zone of the joint formed by explosive welding // Metal Science and Heat Treatment. - 2009. - Vol. 51, iss. 9-10. - P. 476-481. - doi: 10.1007/s11041-010-9196-7.
- Розен А.Е. Разработка научных основ технологических процессов взрывного прессования, формирования структуры и свойств сегнетокерамических материалов: дис. … д-ра техн. наук. - Волгоград, 1999. - 391 с.
- Explosively welded multilayer Ni-Al composites / I.A. Bataev, T.S. Ogneva, A.A. Bataev, V.I. Mali, M.A. Esikov, D.V. Lazurenko, Y. Guo, A.M. Jorge Junior // Materials and Design. - 2015. - Vol. 88. - P. 1082-1087. - doi: 10.1016/j.matdes.2015.09.103.
- Metallic glass formation at the interface of explosively welded Nb and stainless steel / I.A. Bataev, K. Hokamoto, H. Keno, A.A. Bataev, I.A. Balagansky, A.V. Vinogradov // Metals and Materials International. - 2015. - Vol. 21, iss. 4. - P. 713-718. - doi: 10.1007/s12540-015-5020-7.
- Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. - М.: Металлургия, 1986. - 224 с.
- Батаев И.А. Структура и механические свойства многослойных композиционных материалов, сформированных по технологии сварки взрывом тонколистовых заготовок из низкоуглеродистой стали: дис. … канд. техн. наук. - Новосибирск, 2010. - 226 с.
- High cooling rates and metastable phases at the interfaces of explosively welded materials / I.A. Bataev, D.V. Lazurenko, S. Tanaka, K. Hokamoto, A.A. Bataev, Y. Guo, A.M. Jorge // Acta Materialia. - 2017. - Vol. 135. - P. 277-289. - doi: 10.1016/j.actamat.2017.06.038.
- Formation and structure of vortex zones arising upon explosion welding of carbon steels / I.A. Bataev, A.A. Bataev, V.I. Mali, V.G. Burov, E.A. Prikhod'ko // Physics of Metals and Metallography. - 2012. - Vol. 113, iss. 3. - P. 233-240. - doi: 10.1134/S0031918X12030039.
- Structural changes of surface layers of steel plates in the process of explosive welding / I.A. Bataev, A.A. Bataev, V.I. Mali, V.A. Bataev, I.A. Balaganskii // Metal Science and Heat Treatment. - 2014. - Vol. 55, iss. 9-10. - P. 509-513. - doi: 10.1007/s11041-014-9663-7.
Дополнительные файлы
