Взаимосвязь микроструктуры и ударной вязкости зоны сопряжения сварных соединений сталей 32ХГМА и 40ХН2МА, полученных ротационной сваркой трением


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Настоящая работа посвящена оценке влияния морфологических особенностей микроструктуры среднеуглеродистых легированных сталей, сформированной при различном усилии в процессе ротационной сварки трением (РСТ), на ударную вязкость их зоны сопряжения. Приведены результаты экспериментального исследования соединения, полученного при сварке трубных заготовок из сталей 32ХГМА и 40ХН2МА с внешним диаметром 73 мм и толщиной стенки 9 мм при изменении силы на этапе трения (разогрева) заготовок. Исследования микроструктуры, микротвердости и ударной вязкости на образцах с V-образным надрезом сварных соединений были проведены в исходном состоянии после сварки и после отпуска при температуре 550 °С. Проведен макро- и микрофрактографический анализ разрушенных образцов. Показано, что сила при трении оказывает влияние на кинетику фазовых превращений, фазовый состав и однородность микроструктуры в зоне сопряжения сталей. С уменьшением данного параметра РСТ возрастает неоднородность микроструктуры, связанная с возникновением участков верхнего бейнита с неравномерными выделениями крупных карбидных частиц, что оказывает негативное влияние на вязкость зоны сопряжения сталей как в исходном состоянии, так и после отпуска; механизм разрушения – квазискол. При более высоких значениях силы при трении повышается плотность большеугловых границ и дисперсность микроструктуры бейнита, что обеспечивает более высокую вязкость и энергоемкость разрушения с формированием ямочного микрорельефа. Полученные результаты открывают возможности регулирования вязкопластических свойств сварных соединений уже на этапе сварки без последующей перекристаллизации зоны сварного шва.

Об авторах

Елена Юрьевна Приймак

АО «Завод бурового оборудования»;
Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: e.prijmak@zbo.ru
ORCID iD: 0000-0002-4571-2410

кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией металловедения и термической обработки, директор научно-образовательного центра новых материалов и перспективных технологий

Россия, 460026, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, 118; 460018, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

Артём Сергеевич Атамашкин

Оренбургский государственный университет

Email: atamashkin2017@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3727-8738

кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-образовательного центра новых материалов и перспективных технологий

Россия, 460018, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

Ирина Леонидовна Яковлева

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН

Email: labmet@imp.uran.ru
ORCID iD: 0000-0001-8918-3066

доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории физического металловедения

Россия, 620108, Россия, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, 18

Андрей Петрович Фот

АО «Завод бурового оборудования»

Email: andreas.voht@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2971-7908

доктор технических наук, профессор, главный ученый секретарь – начальник отдела диссертационных советов

Россия, 460026, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, 118

Список литературы

  1. Ovchinnikov D.V., Sofrygina O.A., Zhukova S.Y., Pyshmintsev I.Y., Bityukov S.M. Influence of microalloying with boron on the structure and properties of high-strength oil pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41. № 4. P. 356–360. doi: 10.3103/S0967091211040188.
  2. Sofrygina O.A., Zhukova S.Y., Bityukov S.M., Pyshmintsev I.Y. Economical steels for the manufacture of high-strength oil pipe (according to the API Spec5CT standard) // Steel in Translation. 2010. Vol. 40. № 7. P. 616–621. doi: 10.3103/S0967091210070041.
  3. Засельский Е.М., Тихонцева Н.Т., Савченко И.П., Софрыгина О.А. Разработка и освоение материалов в производстве высокопрочных бурильных труб со специальными свойствами // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2021. № 2. С. 37–40. EDN: XBMMOL.
  4. Still J.R. Welding of AISI 4130 and 4140 steels for drilling systems // Welding Journal. 1997. Vol. 76. № 6. P. 37–42.
  5. Khadeer Sk.A., Babu P.R., Kumar B.R., Kumar A.S. Evaluation of friction welded dissimilar pipe joints between AISI 4140 and ASTM A 106 Grade B steels used in deep exploration drilling // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 56. Part A. P. 197–205. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.04.078.
  6. Maalekian M. Friction Welding-Critical Assessment of Literature // Science and Technology of Welding and Joining. 2007. № 12. P. 738–759. doi: 10.1179/174329307X249333.
  7. Вилль В.И. Сварка металлов трением. М.: Машиностроение, 1970. 176 с.
  8. Li Wenya, Vairis A., Preuss M., Ma Tiejun. Linear and Rotary Friction Welding Review // International Materials Reviews. 2016. № 61. P. 71–100. doi: 10.1080/09506608.2015.1109214.
  9. Banerjee A., Ntovas M., Da Silva L., Rahimi S., Wynne B. Inter relationship between microstructure evolution and mechanical properties in inertia friction welded 8630 low-alloy steel // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2021. Vol. 21. Article number 149. doi: 10.1007/s43452-021-00300-9.
  10. Kumar A.S., Khadeer Sk.A., Rajinikanth V., Pahari S., Kumar B.R. Evaluation of bond interface characteristics of rotary friction welded carbon steel to low alloy steel pipe joints // Materials Science & Engineering A. 2021. Vol. 824. Article number 141844. doi: 10.1016/j.msea.2021.141844.
  11. Shete N., Deokar S.U. A Review Paper on Rotary Friction Welding // International Conference on Ideas, Impact and Innovation in Mechanical Engineering. 2017. Vol. 5. № 6. P. 1557–1560.
  12. Cai Wayne, Daehn G., Vivek A., Li Jingjing, Khan H., Mishra R.S., Komarasamy M. A State of the Art Review on Solid-State Metal Joining // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2019. Vol. 141. № 3. Article number 031012. doi: 10.1115/1.4041182.
  13. Emre H.E., Kaçar R. Effect of Post Weld Heat Treatment Process on Microstructure and Mechanical Properties of Friction Welded Dissimilar Drill Pipe // Materials Research. 2015. Vol. 18. № 3. P. 503–508. doi: 10.1590/1516-1439.308114.
  14. Калетин А.Ю., Рыжков А.Г., Калетина Ю.В. Повышение ударной вязкости конструкционных сталей при образовании бескарбидного бейнита // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. № 1. С. 114–120. doi: 10.7868/S0015323015010064.
  15. Майсурадзе М.В., Куклина А.А., Назарова В.В., Рыжков М.А., Антаков Е.В. Формирование микроструктуры и механических свойств при термической обработке низкоуглеродистых хромоникельмолибденовых сталей // Металлург. 2024. № 3. С. 21–30. doi: 10.52351/00260827_2024_3_21.
  16. Панин В.Е., Шулепов И.А., Деревягина Л.С., Панин С.В., Гордиенко А.И., Власов И.В. Создание наномасштабных мезоскопических структурных состояний для образования мартенситных фаз в низколегированной стали с целью получения высокой низкотемпературной ударной вязкости // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 6. С. 5–13. EDN: ZGEIOJ.
  17. Celik S., Ersozlu I. Investigation of the mechanical properties and microstructure of friction welded joints between AISI 4140 and AISI 1050 steels // Materials and Design. 2009. Vol. 30. № 4. P. 970–976. doi: 10.1016/j.matdes.2008.06.070.
  18. Nan Xujing, Xiong Jiangtao, Jin Feng, Li Xun, Liao Zhongxiang, Zhang Fusheng, Li Jinglong. Modeling of rotary friction welding process based on maximum entropy production principle // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 37. P. 21–27. doi: 10.1016/j.jmapro.2018.11.016.
  19. Geng Peihao, Qin Guoliang, Zhou Jun. Numerical and experimental investigation on friction welding of austenite stainless steel and middle carbon steel // Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 47. P. 83–97. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.09.016.
  20. Калетин А.Ю., Счастливцев В.М., Карева Н.Т., Смирнов М.А. Охрупчивание конструкционной стали с бейнитной структурой при отпуске // Физика металлов и металловедение. 1983. Т. 56. № 2. С. 366–371. EDN: TBDJOQ.
  21. Зикеев В.Н., Чевская О.Н., Мишетьян А.Р., Филиппов В.Г., Коростелев А.Б. Влияние структурного состояния конструкционных высокопрочных сталей на сопротивление разрушению // Металлург. 2021. № 4. С. 15–25. doi: 10.52351/00260827_2021_04_15.
  22. Калетин А.Ю., Калетина Ю.В., Симонов Ю.Н. Остаточный аустенит и ударная вязкость конструкционных сталей с бескарбидным бейнитом // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2022. Т. 24. № 4. С. 49–55. EDN: UZSBWG.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Приймак Е.Ю., Атамашкин А.С., Яковлева И.Л., Фот А.П., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах