Оренбургский государственный университет

Исследование механического поведения фрикционных сварных соединений из среднеуглеродистых сталей при циклическом нагружении

Проект № 19-38-90079

Руководитель — Приймак Е.Ю.

В ходе реализации проекта подготовлены и исследованы образцы сварных соединений из сталей 32Г2 и 40ХН после реализации различных режимов ротационной сварки трением (при изменении усилия при разогреве и усилия проковки). Произведены механические испытания исследуемых сварных соединения на растяжение и выявлены оптимальные режимы, при которых разрушение образца происходит вдали от сварного стыка. Образцы, сваренные на оптимальных режимах, подлежали дальнейшим исследованиям механических свойств в условиях многоцикловой усталости.

С помощью метода EBSD анализа произведена аттестация микроструктуры исследуемых образцов сварных соединений в различных областях зоны термомеханического влияния (ЗТМВ), рассчитаны плотности малоугловых и большеугловых границ. Установлено, что во всех областях ЗТМВ в процессе сварки развиваются сложные процессы динамической рекристаллизации, сочетающие в себе несколько механизмов. Показаны характерные отличия структуры в подвижной (сталь 40ХН) и неподвижной (сталь 32Г2) частях заготовок при сварке. Выявлены изменения вышеуказанных характеристик в зависимости от ковочного усилия.

Проведены испытания на многоцикловую усталость лабораторных образцов сварных соединений и материала тела трубы согласно ГОСТ 25502 на испытательной машине с двухопорным креплением вращающегося образца при действии постоянного крутящего момента. Произведена математическая обработка результатов усталостных испытаний, получены уравнения линейной регрессии, построены кривые усталости, определены пределы выносливости образцов со сварным соединением и цельных образцов с учетом относительной погрешности уравнений регрессии. На основании металлографического анализа выявлены уязвимые места в сварных соединениях, в которых произошло зарождение и развитие трещин усталости. Приведены фрактограммы, которые иллюстрируют механизм усталостного разрушения цельных и сварных образцов. Показано, что развитие усталостной трещины в образцах сварных соединений происходит с большей долей микропластической деформации. Установлено, что ротационная сварка трением тела трубы из стали 32Г2 группы прочности Л и замковой части из стали 40ХН способствует несущественному снижению предела выносливости сварных соединений относительно тела трубы, обеспечивая его значение на уровне 43–47 % от временного сопротивления стали 32Г2.

Исследовано влияние послесварочного отпуска на механические свойства и механизм разрушения сварных соединений при испытаниях на статическое растяжение и циклическую долговечность. Установлено, что послесварочный отпуск сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН, выполненных способом РСТ, свыше температуры 400 °С негативно влияет на свойства сварного соединения и способствует ускорению разрушения в условиях воздействия статического растяжения и усталостных нагрузок. В условиях статического растяжения с повышением послесварочного отпуска происходит снижение интегральных характеристик прочности и снижение деформационной способности конструкции со сварным соединением. В условиях усталостного нагружения с повышением температуры отпуска происходит снижение циклической долговечности сварного соединения. Такое поведение сварного соединения исследуемого сочетания сталей при отпуске связано с дополнительным разупрочнением периферийных участков ЗТМВ в результате развития процессов возврата и полигонизации структуры, образованной в процессе термомеханического воздействия при сварке.

Посмотреть отчет за 2020 год