Металлы и цены

Современный комплекс для физического моделирования формирования структуры и свойств металлов в процессе их изготовления и сварки

Статья опубликована в номере 17 (171)-2008

Поиск по статьям

Парфюм Montale Royal Aoud с доставкой по России, оригинал.
https://www.biznet.ru/profile/255839-maxzorro/

Проблемы повышения качества, уровня механических и эксплуатационных свойств металлов не теряют своей актуальности, а зачастую приобретают особую значимость, как, например, в случае со строительством новых магистральных нефте- и газопроводов высокого давления для работы в условиях Крайнего Севера или Дальнего Востока.

Научно-техническая цепочка, необходимая для разработки новых и корректировки существующих технологий изготовления материалов с высоким уровнем свойств, сложившаяся в наиболее технически развитых странах, по мнению авторитетного специалиста, профессора Питтсбургского университета А. ДеАрдо (Пенсильвания, США), сводится к следующей последовательности:
1. физическое моделирование формирования структуры и свойств опытных сталей;
2. эксперимент на лабораторном оборудовании при соблюдении условий подобия лабораторного и промышленного эксперимента;
3. опытная проверка реализации новой технологии на промышленном оборудовании;
4. корректировка технологии и создание условий для математического моделирования вновь разработанных технологий.

По словам ДеАрдо, за последние годы не было ни одного провала новых технологий, разработанных по этой проектно-ориентированной схеме.
Особое место в разработках отводится начальному этапу — физическому моделированию. Для его реализации разрабатывается и совершенствуются специализированные испытательные комплексы. Для имитации процессов горячей деформации, используемых в металлургических и машиностроительных технологиях, фирмой Dynamic Systems, Inc., США (интернет-сайт www.gleeble.com) изготавливаются установки Gleeble, из которых наиболее совершенной на сегодняшний день является Gleeble-3800.

Установки Gleeble-3800 изготавливаются в модульном исполнении.. К основному силовому блоку для выполнения различных поставленных задач подсоединяются:

Каждый из модулей имеет свою рабочую камеру, которая соединена с вакуумной системой, обеспечивающей разряжение не менее 1×10-4 мм. рт. ст. Испытания можно проводить при более низком вакууме в среде защитного газа или на воздухе. Нагрев образцов, производится прямым пропусканием электрического тока, что при мощности сварочного трансформатора 75 ква обеспечивает максимальную скорость нагрева до 12000°С/с. Температура скорости охлаждения контролируется термопарой, приваренной к образцу на прилагаемой к комплексу установке. Возможна одновременная запись температуры в 4-х точках рабочей части образца, причем одна из термопар является управляющей. Система управления температурой обеспечивает ее переколебание при нагреве со скоростью 1000°С/с не более 5-6°С и поддержание заданной температуры испытания с точностью не более 1°С.
Охлаждение образцов в процессе проведения экспериментов производится различными способами:

Максимальная скорость охлаждения, достигнутая при испытаниях комплекса на образцах толщиной 6 мм, составляет 4500°С/с. При охлаждении образцов воздухом или водой вакуумная система отключается от рабочей камеры.
Испытания можно проводить при температурах от комнатной вплоть до температуры плавления, причем для исследований жидко-твердого состояния предусмотрено использование специальных кварцевых трубок. Максимальное усилие при растяжении составляет 10 тс, при сжатии — 20 тс, при проведении ударных испытаний — 40 тс.

Для записи усилий используются тензодатчики, а для записи деформаций — датчики перемещений подвижной траверсы. Модуль для испытаний на растяжение и сжатие снабжен высокочувствительными измерителями продольной и поперечной деформации, которые позволяют выполнять дилатометрические измерения и определять температуры фазовых превращений в указанном диапазоне скоростей нагревания и охлаждения после заданной пластической деформации или без нее.

Максимальные скорости деформации до 200 с-1 достигаются при испытаниях на образцах размером 10×15 мм при использовании модуля для ударных испытаний, для которого скорость движения рабочей траверсы составляет 2,5 м/с. Таким образом, скорости деформации на Gleeble-3800 перекрывают весь диапазон скоростных режимов деформации самых современных станов горячей прокатки. Для сохранения площади контакта рабочего инструмента с обрабатываемым металлом разработана специальная оснастка для осадки плоского образца. Эти испытания позволяют избежать образования шейки или бочки, которые характерны для растяжения или сжатия.
Модуль для многоосевой деформации (Max Strain) по сути напоминает машины для ротационной ковки и предназначен для получения ультрамелкозернистой и нанокристаллической структуры металлов, что актуально для современного материаловедения. Возможно, что проведение исследований на этом модуле позволит, наконец, дать ответ на вопрос о возможности получения на современном технологическом оборудовании промышленного наноструктурного металла с размером зерна до нескольких сотен нанометров. Подобная структура металла, согласно литературным данным, может обеспечить значительно более высокие прочностные свойства и вязкость разрушения при сохранении пластичности на заданном уровне.

Количество программируемых на комплексе Gleeble-3800 операций нагрева, охлаждения, деформаций с заданной скоростью и степенью деформации, пауз, подстуживаний практически не ограничивается и определяется только свойствами металла.

При реализации государственного проекта «Инновационный ВУЗ» Санкт-Петербургский государст-венный политехнический университет на государственную субсидию приобрел и запустил в строй комплекс Gleeble-3800 в полной комплектации, включающей модули для растяжения, сжатия, дилатометрии, кручения, ударных испытаний и многоосевой деформации. Подобных условий для имитации процессов горячей деформации и сварки нет ни в одной исследовательской лаборатории. В России комплекс Gleeble-3800, установленный в СПбГПУ, является первым, а по комплектации и возможностям воспроизведения процессов деформации — уникальным в мире.
После физического моделирования горячей деформации или процессов сварки на комплексе Gleeble-3800 во вновь созданной лаборатории СПбГПУ имеется возможность исследования микроструктуры металла. Для этой цели используются сов-ременные оптические микроскопы «Leica» (DMI5000) и «Carl Zeisse» (Axio «Observer»), оснащенные системой анализа изображений Thixomet, которая способна выполнять 17 операций металлургической экспертизы. Для анализа химического состава металлов и распределения легирующих элементов и их соединений используется микроанализ, а для анализа состояний поверхности — сканирующие электронные и атомно-силовые микроскопы. Металлографические шлифы подготавливаются на отрезных, шлифовально-полировальных станках фирмы «Buehler».

Для исследования механических свойств металлов, которые были получены в результате обработки на комплексе Gleeble-3800 или в лабораторно-промышленном эксперименте, используются современные испытательные машины фирмы «Zwick/Roel»:

Для реализации последней стадии научно-технической цепочки разработки новых материалов и технической экспертизы свойств материалов в политехническом университете при помощи софинансирования инновационного проекта со стороны ОАО «Северсталь» создается сталеплавильно-прокатный полигон. Сегодня выполняется первая стадия проекта — модернизация исследовательской сталеплавильной лаборатории, на очереди — вторая, состоящая в модернизации и оснащении лаборатории пластической обработки металлов и термомеханической обработки. В перспективе и в планах университета — создание исследовательского центра «Материалы и технологии».
Таким образом, в настоящее время политехнический университет (СПбГПУ) располагает уникальным комплексом оборудования для воспроизведения и имитации процессов горячей деформации и сварки, тестирования механических свойств и структуры металлов. Оборудование лаборатории сертифицировано и аттестовано, сотрудники прошли обучение на фирмах-изготовителях оборудования и имеют соответствующие сертификаты.

Проф., д. т. н. Н. Г. Колбасников
195251, С-Петербург, Политехническая ул., 29, химический корпус, кафедра пластической обработки металлов;
тел. (812) 294-42-22;
факс. (812) 552-80-90