Влияние послесварочного отпуска на механическое поведение фрикционных сварных соединений сталей 32Г2 и 40ХН в условиях многоцикловой усталости


Цитировать

Полный текст

Аннотация

На современных машиностроительных производствах все большее распространение получает соединение деталей посредством сварки трением как наиболее передовой производственный способ, отличающийся высокой производительностью, технологичностью, экономичностью и безопасностью и вместе с тем позволяющий получать высококачественные соединения из большого числа различных одноименных и разноименных металлов и сплавов. Несмотря на все эти преимущества, следует учитывать, что металл в процессе образования сварного соединения испытывает локальное термодеформационное воздействие, ввиду чего сварному соединению присущ градиентный характер структуры и остаточных напряжений. Эти факторы оказывают непосредственное влияние на работоспособность и живучесть конструкции в условиях действия усталостных нагрузок, являющихся наиболее частой причиной разрушения деталей. В работе приведена оценка влияния послесварочного отпуска на циклическую долговечность сварных соединений сталей 32Г2 и 40ХН, выполненных способом ротационной сварки трением. Проведены испытания лабораторных образцов со сварным соединением в условиях многоцикловой усталости на испытательной машине типа НУ с двухопорным креплением вращающегося образца при действии постоянного крутящего момента. Выполнена статическая обработка полученных результатов циклической долговечности. На основании металлографического анализа выявлены уязвимые места в сварных соединениях, в которых произошло зарождение и развитие трещин усталости в исходном состоянии и после отпуска. Приведены фрактограммы, иллюстрирующие механизм разрушения исследуемых образцов. Установлено влияние различных температурных режимов отпуска на циклическую долговечность исследуемых сварных соединений и характер их разрушения. Показано, что отпуск при температуре свыше 400 °С способствует ускорению разрушения в условиях воздействия усталостных нагрузок в связи с развитием процессов возврата и полигонизации в уязвимом участке зоны термомеханического влияния.

Об авторах

Артем Сергеевич Атамашкин

Оренбургский государственный университет, Оренбург (Россия)

Автор, ответственный за переписку.
Email: atamashkin2017@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3727-8738

аспирант

Россия

Елена Юрьевна Приймак

Оренбургский государственный университет, Оренбург (Россия); АО «Завод бурового оборудования», Оренбург (Россия)

Email: elena-pijjmak@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4571-2410

кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов, заведующий лабораторией металловедения и термической обработки

Россия

Список литературы

  1. McPherson N.A., Galloway A.M., Cater S.R., Hambling S.J. Friction stir welding of thin DH36 steel plate // Science and Technology of Welding and Joining. 2013. Vol. 18. № 5. P. 441–450.
  2. Baillie P., Campbell S., Galloway A., Cater S., McPherson N. A Comparison of Double Sided Friction Stir Welding in Air and Underwater for 6mm S275 Steel Plate // International Journal of Chemical, Molecular, Nuclear, Materials and Metallurgical Engineering. 2014. Vol. 8. P. 651–655.
  3. Ericsson M., Sandstrom R. Influence of welding speed on the fatigue of friction stir welds, and comparison with MIG and TIG // International Journal of Fatigue. 2003. Vol. 25. № 12. P. 1379–1387.
  4. Ochi H., Ogawa K., Sawai T., Yamamoto Y., Tsujino R., Suga Y. Evaluation of tensile strength and fatigue strength of SUS304 stainless steel friction welded joints // Proceedings of the Thirteenth International Offshore and Polar Engineering Conference. USA, 2003. P. 25–30.
  5. Sahin M. Joining with friction welding of high speed and medium carbon steel // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 168. № 2. P. 168–202.
  6. Lakshminarayanan A.K., Balasubramanian V. Assessment of fatigue life and crack growth resistance of friction stir welded AISI 409M ferritic stainless steel joints // Materials Science and Engineering A. 2012. Vol. 539. P. 143–153.
  7. Sowards J.W., Chaupel-Herold T., McColskey J.D., Pereira V.F., Ramirez A.J. Characterization of mechanical properties, fatigue-crack propagation, and residual stresses in a microalloyed pipeline-steel friction-stir weld // Materials and Design. 2015. Vol. 88. P. 632–642.
  8. Abdulstaar M.A., Al-Fadhalah K.J., Wagner L. Microstructural variation through weld thickness and mechanical properties of peened friction stir welded 6061 aluminum alloy joints // Materials Characterization. 2017. Vol. 126. P. 64–73.
  9. Tan Y.B., Wang X.M., Ma M., Zhang J.X., Liu W.C., Fu R.D., Xiang S. A study on microstructure and mechanical properties of AA 3003 aluminum alloy joints by underwater friction stir welding // Materials Characterization. 2017. Vol. 127. P. 41–52.
  10. Fratini L., Pasta S., Reynolds A.P. Fatigue crack growth in 2024-T351 friction stirwelded joints: Longitudinal residual stress and microstructural effects // International Journal of Fatigue. 2009. Vol. 31. № 3. P. 495–500.
  11. Sun T., Reynolds A.P., Roy M.J., Withers P.J., Prangnell P.B. The effect of shoulder coupling on the residual stress and hardness distribution in AA7050 friction stir butt welds // Materials Science and Engineering A. 2018. Vol. 735. P. 218–227.
  12. Xu W., Liu J., Zhu H. Analysis of residual stresses in thick aluminum friction stir welded butt joints // Materials and Design. 2011. Vol. 32. № 4. P. 2000–2005.
  13. Jamshidi A.H. Microstructure and residual stress distributions in friction stir welding of dissimilar aluminium alloys // Materials and Design. 2015. Vol. 87. P. 405–413.
  14. Ивашко В.В., Кириленко О.М., Вегера И.И., Семенов Д.А. Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и механические свойства горячекатаных труб, изготовленных из стали 32Г2 // Литье и металлургия. 2011. № 4. С. 108–114.
  15. ГОСТ Р 51245-99. Трубы бурильные стальные универсальные. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов, 1999. 15 c.
  16. Атамашкин А.С., Приймак Е.Ю., Фирсова Н.В. Влияние послесварочного отпуска на механическое поведение фрикционных сварных соединений среднеуглеродистых сталей при испытании на одноосное растяжение // Вопросы материаловедения. 2020. № 2. С. 40–49.
  17. Priymak E., Boumerzoug Z., Stepanchukova A., Ji V. Residual Stresses and Microstructural Features of Rotary-Friction-Welded from Dissimilar Medium Carbon Steels // Physics of Metals and Metallography. 2020. Vol. 121. № 13. P. 1339–1346.
  18. Selvamani S.T., Vigneshwar M., Nikhil M., Hariharan S.J., Palanikumar K. Enhancing the Fatigue Properties of Friction Welded AISI 1020 Grade Steel Joints using Post Weld Heat Treatment // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 16. P. 1251–1258.
  19. Атамашкин А.С., Приймак Е.Ю., Тулибаев Е.С., Степанчукова А.В. Предел выносливости и механизм разрушения фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб в условиях многоцикловой усталости // Черные металлы. 2021. № 5. С. 33–38.
  20. Priymak E.Y., Yakovlev I.L., Atamashkin A.S., Stepanchukova A.V. Evolution of Microstructure in the Thermomechanically Affected Zone of Welded Joints of Medium-Carbon Steels in the Process of Rotary Friction Welding // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 62. № 11-12. P. 731–737.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах