Obrabotka Metallov. 2017 no. 4(77)

OBRABOTKAMETALLOV № 4 (77) 2017 59 MATERIAL SCIENCE Результаты и обсуждение Микроскопические исследования структурных преобразований, происходящих на границе свариваемых взрывом стальных пластин Строение сварного соединения в поперечном сечении представлено на рис. 2, а . Межслой- ная граница имела типичную для сварки взры- вом волнистую морфологию. Вблизи вершин и впадин волн располагались вихревые участки. Вокруг границы отчетливо выявлялась темная зона, в пределах которой материал претерпевал значительную деформацию, сопровождающу- юся образованием большого количества дефек- тов (рис. 2, б , д ). Между вихревыми участками и сильнодеформированной зоной находился уз- кий слой рекристаллизованных зерен (рис. 2, в ). Основной объем свариваемых взрывом пластин деформирован незначительно. Наиболее суще- ственным признаком пластической деформации материала являлось образование двойников в ферритных зернах (рис. 2, г ). Анализ строения вихревых зон с использо- ванием методов растровой и просвечивающей электронной микроскопии свидетельствует о формировании внутри вихревых зон мартенсит- ной структуры (рис. 2, е-з ). В рекристаллизован- ных микрообъемах сформирована субмикрокри- сталлическая зеренно-субзеренная структура (рис. 2, и ). Материал темной зоны, наблюдаемой на рис. 2, б , преимущественно представлен по- лосовой структурой (рис. 2, к ), типичной для стали, находящейся в сильнодеформированном состоянии. Для слабодеформированной зоны характерно присутствие ферритных зерен с по- вышенным количеством дислокаций (рис. 2, л ) и двойников деформационного происхождения (рис. 2, м ). Моделирование процесса сварки взрывом с использованием метода гидродинамики сглаженных частиц Процессы формирования структуры матери- ала на границе свариваемых взрывом заготовок осложнены множеством явлений, сопутству- ющих динамическому взаимодействию метал- лических заготовок. Происходящие при сварке структурные преобразования зависимы от па- раметров соударения заготовок и возможных сочетаний свариваемых сплавов. Структура ма- териала, формирующаяся в отдельном микро- объеме сварного соединения, определяется осо- бенностями температурных и деформационных преобразований, происходящих в процессе вза- имодействия заготовок. В связи с тем что свя- занные со сваркой взрывом физические явления локализованы в узком слое, а скорость протека- ющих процессов чрезвычайно велика, на прак- тике возможно использование лишь небольшого количества экспериментальных методик оцен- ки температурно-деформационных изменений, имеющих место при реализации анализируемой технологии. По этой причине для изучения явле- ний, сопровождающих сварку взрывом, широко используют расчетные методы. Большой объ- ем исследований, связанных с моделированием происходящих при сварке процессов, выполнен с применением метода конечных элементов. Этот метод дает адекватные результаты при рас- чете возникающих в процессе соударения дав- лений, однако в меньшей степени пригоден для описания явлений струе- и волнообразования. В последнее десятилетие для моделирования процессов сварки взрывом все более активно ис- пользуется метод гидродинамики сглаженных частиц (SPH – smooth particle hydrodynamics). Важнейшим его достоинством является возмож- ность описания деформационных процессов с высокими степенями и соответствующих темпе- ратурных изменений, происходящих при дина- мическом взаимодействии. В данной работе метод SPH был использо- ван для симуляции процесса косого соударе- ния двух пластин из стали 20 толщиной 1 мм (рис. 3). Анализ изображений, представленных на рис. 3, а , свидетельствует о том, что метод SPH убедительно воспроизводит процессы вол- нообразования, механического перемешивания взаимодействующих материалов и формирова- ния струи, движущейся перед точкой соударе- ния. Предсказываемая данной моделью картина деформации адекватна волнам, образующимся в реальном эксперименте (рис. 3, в ). Характер рас- пределения значений давления, возникающего в процессе соударения пластин, представлен на рис. 3, б . Анализ расчетных данных свидетель- ствует о том, что максимальные давления (более 30 ГПа) локализованы в зоне диаметром менее 1 мм, расположенной за точкой соударения. Сле- дует обратить внимание на то, что ударная волна распространяется по всей толщине свариваемых