2.3 Технічне завдання на виконання ндр

2.3.1 Термін виконання

Термін виконання НДР – 19.06.2015 року.

Тема бакалаврської роботи: «Дослідження внутрішніх напружень рентгенівським методом у поверхневих наплавлених шарах».

2.3.2 Об’єкт дослідження –Рентгено структурне визначення залишкових напружень в лазерноповерхнево розплавленого Ti-6Al-4V cплаву

2.3.3 Предмет дослідження – Вплив перекриття сусідніх переплавлених треків на розподіл залишкових напружень

2.3.4 Мета роботи - дослідити й описати вплив наплавлених шарів на внутрішні напруження

3 Літературний огляд

Найбільше поширення з експериментальних методів визначення залишкових напружень знайшли механічний і рентгенографічний. Механічні методи засновані на визначенні деформацій, що виникли у зв'язку з порушенням умов рівноваги при розрізанні тіла на частини. Першопричиною електрохімічної корозії є термодинамічна нестійкість металу в даних корозійних умовах. Рентгенівський метод заснований на прецизійному вимірюванні параметрів кристалічної решітки.Крім експериментальних труднощів при визначенні остаточних напруг зазначеними методами останні володіють і низку недоліків. При визначенні залишкових напружень механічним методом, з метою виключення кінцевого ефекту, необхідно щоб довжина циліндра в 5-6 разів перевищувала його діаметр. Не виключено, що визначення залишкових напружень шляхом механічного видалення шарів не є надійним, так як сам факт видалення створює нові залишкові напруги, спотворюють існувало раніше напружений стан.Рентгенівським методом можна визначити залишкові напруженнятільки на поверхні.

Для визначення залишкових нанапружень в загартованому шарі великогабаритних виробів можна використовувати метод наплавлених датчиків. В отвори різної глибини конічної форми закладається матеріал датчика з залізо ванадієвого сплаву, що не зазнає фазових перетворень. При цьому характеристики міцності досліджуваного матеріалу і матеріалу датчика повинні бути приблизно однаковими. Залишкові напруги визначаються по зміні параметра кристалічної решітки датчика до і після термічної обробки за допомогою переносної рентгенівської камери. У дифрактометрі використовувалася короткофокусна хромова трубка, яка працює в 40 кВ і 35 шА. Початково вимірювання проводилися з щілиною 1/30° але це було замінене до 1/12° для більшості вимірювань для того, щоб збільшити статистику і з цією метою мінімізувати помилку. Рентгенівські обчислення залишкових напружень здійснювались використовуючи метод sin2-(p) на послідовних перпендикулярах 0,2 мм до лазерного треку. Використовувався мікрометр з метою визначення і локалізації розподілу залишкових напружень в лазерних треках. Залишкові напруження в поверхневому шарі шліфованого матеріалу перед лазерною обробкою є напруженнями стискання (562 МПа). Жорсткість піскоструменевої обробки викликає значну пластичну деформацію поверхневих шарів. Результат вказує що це є максимальне значення пружного напруження, яке матеріал може витримати без деякої пластичної релаксації напружень. У цьому контексті, важливо відзначити попередній експериментальний результат, який вказує що стан залишкових напружень перед лазерною обробкою має мінімальний вплив на стан залишкових напружень в середині лазерного трека.Рентгенівські дифрактометридоцільно застосовувати тоді, коли необхідні точні кількісні виміри інтегральної інтенсивності або розподілу інтенсивності залежно від кута дифракції, а також аналіз інтенсивності дифузійного тла. Найчастіше дифрактометрію використовують для кількісного фазового аналізу, прецизійного вимірювання періодів і визначення величини напружень, при аналізі форми й ширини інтерференційних максимумів, аналізі текстур. Основні переваги дифрактометричного методу — можливість повної автоматизації роботи, включаючи обробку результатів вимірів. Вітчизняна промисловість випускає серійно дифрактометри ДРОН–3М, керовані обчислювальними комплексами на базіIBM–сумісних комп’ютерів, котрі комплектуються гоніометром ГУР–8 (радіус 192 мм) з комплектом пристосувань, та джерелом живлення ВИП–2–50–60М, що забезпечує підтримку заданого (стабільністю не гірше за 0,03 %) анодного струму й напруги на трубці. Програмне забезпечення дозволяє повністю автоматизувати збір і обробку вимірів, а також контролювати роботоздатність дифрактометра. Залишкові напруження в поверхневому шарі шліфованого матеріалу перед лазерною обробкою є напруженнями стискання (562 МПа). Жорсткість піскоструменевої обробки викликає значну пластичну деформацію поверхневих шарів. Результат вказує що це є максимальне значення пружного напруження, яке матеріал може витримати без деякої пластичної релаксації напружень. У цьому контексті, важливо відзначити попередній експериментальний результат, який вказує що стан залишкових напружень перед лазерною обробкою має мінімальний вплив на стан залишкових напружень в середині лазерного трека

показує, що в межах плиткого поверхневого шару матеріалу доступного рентгенівським променям є сильна різниця в рівні залишкових напружень в середині проплавленого трека. В центрі трека існують напруження розтягування і вони змінюють напруження стискання до країв. Окрім того відразу за межами ванни розплаву термічні напруження стають розтягувальними. Може бути, що вони зміняться на напруження стискання зі збільшенням відстані від треку.

Дані вказують розподіл напружень в межах першого трека (зліва), який приблизно подібний до трека. Проте явно з рисунка видно, що є прогресивне збільшення рівня залишкових напружень розтягування в міру як накладаються чергові суміжні треки. Цікаво відзначити, що максимальне значення напруження розтягу (=560 МПа) відповідає приблизно

напруженням стиску виміряних на обробленій поверхні піском перед лазерним оплавленням.

Кольорова дефектоскопія окремих лазерних треків в межах даного дослідження ілюструвала і підтвердила цілий ряд важливих пунктів. В дуже широкому діапазоні параметрів обробки тріщини (швидкість переміщення, потужність, розподіл потужності) ніколи не виявлявся в умовах лазерно оплавлення ТІ-6А1-4У в інертному середовищі. Проте, введення азоту в ванну розплаву може або, ні, продукувати помітні тріщини істотно залежно від параметрів процесу (зокрема розбавлення легувального газу). Проте коли тріщина з’являється - це є поперечні тріщини перпендикулярні до напрямку лазерного переміщення променя. Ці результати підтверджують, те що було попередньо повідомлене в літературі наприклад .

У разі перекриття суміжних треків, що є важливим для інженерного застосування лазерного азотування, повздовжні тріщини, тобто паралельні до напряму лазерного руху виявляються при певних режимах обробки . Можливо недивним є те, що повздовжні тріщини з’являються в багаторазово перекритих треках за режимами, які спричинили поперечні тріщини в одиничних треках. Тим більше, ми спостерігали що навіть, коли не утворюються поперечні тріщини в одиничних треках у разі багаторазового

перекриття треків, можуть розвиватися тріщини. Рентгенівські дослідження залишкових напружень стиску представлені в цій роботі можуть пояснити ці спостереження. значеннях залишкових напружень в межах однолінійної доріжки оплавлення. Багаторазове перекриття сусідніх оплавлених треків проявляється у підвищені виміряних значень поперечних залишкових напружень, поки значення не досягне приблизно в чотири рази більшого за значення напруження розтягу, виміряного в одиничному треці. Ці дані можуть бути використані для раціоналізованого спостереження за яким тріщини, можливо, з’являться в багатотрекових зразках, навіть, коли тріщини не виявлені в одинарному треці, які отримані в ідентичних умовах. Окрім того, результат підкреслює важливість продовження експериментів з одиничними треками, якщо умови процесу можна застосовувати в промисловості.Напружений стан гартованого виробу повинно визначатися шляхом послідовного підсумовування збільшень напружень у відповідних точках, обчислених через проходження деформацій за час між двома послідовними моментами, відповідними зміни напрямку деформування в будь-який з точок тіла. Розрахункові напруги, відповідно кінця процесу охолодження, будуть залишковими.З метою вивчення тимчасових і залишкових напружень, виникших при загартуванню, необхідне знання розподілу сумарні (температурних і структурних) вільних відносних деформацій е по перетину циліндра для будь-якого моменту часу

Під вільної деформацією розуміють теплове або структурний зміна обсягу елемента тіла, що має однорідну структуру та однакову температуру у всьому його обсязі за умови, що в процесі розширення або зменшення обсягу цей елемент не зустрічає пружного опору з боку оточуючих його

елементів, що мають різне структурний стан і різну температуру. Таким чином, для розрахунку часових і остаточних напруг необхідно знання температурного поля, кінетики фазових перетворень, зміна смт, Е у функції температури і структурного стану, а також поле вільних деформацій.Таким чином, для вивчення кінетики формування залишкових напружень, що виникають в матеріалі в процесі термічної обробки з використанням теорії малих пружно-пластичних деформацій, необхідне знання температурного поля, структурного стану. У практиці термічної обробки, крім розглянутихзалишкових напрузі I роду, можуть зустрічатися так названі місцеві (локальні) залишкові напруги, які являються наслідком значного зміни умов тепловіддачі по поверхні охолоджувальної деталі. Як правило, такі напруги виникають близько гострих кутів, різких переходів, углиблень і отворів. Нерівномірні шари окалини може також з'явитися причиною локальних напружень. На думку І. А. Одинга початковим моментом виникнення залишкових напружень є момент переходу сталлю температурного кордону пружного стану, а величина їх залежить від величини температурного перепаду (А Т) перед цим переходом. При температурі, яка зумовлює вже помітну повзучість, матеріал знаходиться в пластичному стані. Для вуглецевих сталей ця температура перевищує 400 ° С, для легованих вище 500-600 "С. Нижче цих температур сталь знаходиться в напруженому стані стані, вище - в пластичному. Пластичність матеріалу насправді визначається не термопружними напругами, а ставленням інтенсивності напруження до границі текучості досліджуваного матеріалу при даних умовах (температура + структурний станів і може спостерігаєтьсяяк вище, так і нижче наведеної температурної кордону «Пружного стану». І. А. Одінга призводить методику визначення тимчасових температурних напружень для циліндричних тіл нескінченної довжини за формулами теорії пружності з використанням поняття 0 функції неоднорідності - відносної деформації даної точки перетину внаслідок градієнта температур.