Obrabotka Metallov. 2017 no. 4(77)

OBRABOTKAMETALLOV № 4 (77) 2017 55 MATERIAL SCIENCE Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2017 № 4(77) с. 55–67 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2017-4-55-67 Формирование структуры сваренных взрывом материалов: экспериментальные исследования и численное моделирование Иван Батаев * Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия http://orcid.org/0000-0003-2871-0269 , ivanbataev@ngs.ru ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.791.13 История статьи: Поступила: 14 июля 2017 Рецензирование: 31 октября 2017 Принята к печати: 15 ноября 2017 Доступно онлайн: 15 декабря 2017 Ключевые слова: Сварка взрывом Волны Вихри Моделирование Гидродинамика сглаженных частиц Структура Электронная микроскопия Деформация Сталь Плавление Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержкеМинистерстваобразования и науки РФ по государственному заданию № 11.7662.2017/БЧ. АННОТАЦИЯ Цель: изучениепроцессовформированияструктурывсваренныхвзрывомматериалахсиспользованием 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 (10 4 …10 7 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, предсказываемые моделью, хорошо согласуются с экспериментальными данными. Максимальные значения пластической деформации в узком слое вблизи межслойных границ могут превышать  = 6. Для цитирования: Батаев И.А. Формирование структуры сваренных взрывом материалов: экспериментальные исследования и численное моделирование // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 4 (77). – С. 55–67. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-4-55-67. ______ *Адрес для переписки Батаев Иван Анатольевич , к.т.н., доцент Новосибирский государственный технический университет пр. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия Тел.: 8 (383) 346-06-12 , e-mail: ivanbataev@ngs.ru Введение Сварка взрывом является процессом соедине- ния заготовок, происходящим при их высокоско- ростном косом соударении [1, 2]. Как правило, необходимая для достижения высокой скорости энергия передается соединяемым телам газо- образными продуктами реакции, образующимися в процессе детонации взрывчатых веществ. В то же время существуют разновидности этого про- цесса, в которых для разгона заготовок исполь- зуются магнитно-импульсные и другие устрой- ства [3]. Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Наиболее ранняя из известных публи- каций, посвященных сварке взрывом, является, вероятно, короткой заметкой, опубликованной Л.Р. Карлом в журнале Metal Progress [4], опи- сывающей сварку латунных дисков при воздей- ствии детонационного импульса. Джон Пирсон отмечал, что соединение металлических тел при