Obrabotka Metallov. 2017 no. 4(77)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (77) 2017 62 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ ложение является, вероятно, корректным при описании процессов деформации и нагрева ма- териала. Однако характер формирующейся в итоге структуры в значительной степени зависит от скорости охлаждения разогретого материала. Для оценки скорости охлаждения в работе [27] был разработан подход, основанный на решении уравнения теплопроводности методом конечных разностей. Начальные условия при этом полу- чали путем анализа формирующейся при свар- ке взрывом микроструктуры. Полученные ре- зультаты свидетельствовали о том, что скорость охлаждения при сварке взрывом находится в диапазоне 10 4 …10 7 К/с, что существенно превы- шает значения, реализуемые при классической закалке сталей. Указанный диапазон скоростей охлаждения обусловлен высокой температу- ропроводностью металлических материалов и малым размером зон, нагретых до высоких тем- ператур. Таким образом, охлаждение сварных зон реализуется преимущественно за счет отво- да тепла от межслойных границ во внутренние слои образца. Формирование структуры в процессе сварки взрывом Результаты математического моделирования и микроструктурного анализа, представленные в предыдущих разделах, а также в ряде опубли- кованных работ [28, 29], дают представление о механизме формирования структуры в процессе сварки взрывом. При высокоскоростном косом соударении заготовок пластическая деформация с высокими степенями наблюдается лишь в доста- точно узкой зоне вблизи межслойной границы. Поскольку степень пластической деформации в этой зоне превышает 1, можно полагать, что де- формация вблизи границы соответствует крите- рию «интенсивной пластической деформации». По мере удаления от межслойной границы степень пластической деформации резко снижа- ется, и основная часть материала деформируется лишь незначительно при прохождении ударных волн. Следует подчеркнуть также, что пластиче- ское течение при сварке взрывом реализуется в условиях, близких к гидростатическому сжатию, что в совокупности с высокими значениями тем- пературы, достигаемыми в зоне соударения, по- зволяет материалу деформироваться с высокой степенью без разрушения. В соответствии с общепринятой дислокаци- онной моделью пластической деформации мате- риал в процессе сварки взрывом должен упроч- няться за счет формирования значительного числа дефектов. В то же время в связи с высокой скоростью процесса сварки взрывом образующе- еся в результате деформации тепло не успевает отводиться во внутренние слои материала. Эта особенность обусловливает термическое раз- упрочнение стали. Конечная структура материа- ла является результатом конкуренции действую- щих одновременно процессов деформационного упрочнения и термического разупрочнения. Вблизи межслойной границы нагрев локаль- ных микрообъемов происходит до значений, превышающих температуру плавления стали. Наиболее вероятно формирование расплава вну- три вихревых зон, характерной особенностью которых является перемешивание микрообъе- мов материалов взаимодействующих пластин. Зоны, примыкающие к вихрям, также дефор- мируются с высокими степенями (см. рис. 2 в , и ). Тепла, выделяющегося в них, недостаточно для плавления стали, в то же время достигаемая температура превышает температуру α→γ пре- вращения. Высокая степень дефектности силь- нодеформированной структуры способствует быстрой фазовой перекристаллизации материа- ла. Температура в темных зонах, наблюдаемых на рис. 2, б , является недостаточно высокой для протекания фазовых превращений, сопровожда- емых перекристаллизацией, а времени пребыва- ния этих зон при высокой температуре не хватает для развития рекристаллизационных процессов. В соответствии с проведенными исследова- ниями для этих зон характерно формирование структуры полосового типа (рис. 2, к ). Последующие структурные превращения происходят в условиях высокоскоростного ох- лаждения, что объясняет образование мартен- ситной структуры в вихревых зонах. Этот факт хорошо коррелирует с результатами работы [27], в которой высокоскоростное охлаждение приво- дило к формированию в вихревых зонах аморф- ных и квазикристаллических фаз. Заключение В работе представлены результаты численно- го моделирования и микроструктурных исследо-