Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальність 05.02.01 – матеріалознавство. – Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, м. Львів, 2018 рік.
Дисертаційна робота присвячена встановленню особливостей впливу свинцевих розплавів (свинцю, евтектики свинець-вісмут) на механічні властивості хромистих сталей феритного, ферито-мартенситного та аустенітного класів за статичного та циклічного навантаження та підвищених температур.
Адсорбційний вплив розплавів на механічні властивості твердого металу проявляється здебільшого у рідкометалевому окрихченні (РМО), тобто в суттєвому зниженні пластичності, переході від пластичного характеру руйнування до крихкого. Чинники, що впливають на РМО, залежать як від властивостей рідкого металу, так і від природи матеріалу (зокрема, його структурно-фазового стану), а також від умов його деформування.
Часто відсутність інформації про взаємодію рідкого металу з твердим призводить до катастрофічних наслідків, зумовлених прискореним руйнуванням металевих конструкцій. Зокрема, дуже обмежена інформація про взаємодію свинцевих розплавів з хромистими сталями, які за своїми технологічними та техніко-економічними властивостями знайшли широке застосування в енергетиці.
Відтак, дослідження та встановлення закономірностей адсорбційного впливу рідкого металу на твердий за дії статичних та циклічних навантажень та підвищених температур є актуальними.
Досліджено вплив рідкометалевого середовища свинцю та евтектичної суміші свинець-вісмут на механічні властивості хромистих сталей феритного, ферито-мартенситного та аустенітного класів за умов одновісного розтягу та циклічного чистого згину в температурному діапазоні 200…600 °С.
Встановлено, що свинцевий розплав негативно впливає на міцність та пластичність феритних та феритно-мартенситних сталей.
Для армко-заліза максимальне окрихчення у середовищі свинцю у порівнянні із вакуумним середовищем спостерігаємо за температури 300 °С з втратою пластичності до 35%. Для сталі феритного класу Fe-11Cr
(SUH 409L) максимальне зниження пластичності у середовищі свинцю зафіксоване за температури 450 °С. Втрата пластичності за цієї температури максимальна і складає 14%. Тобто, порівняно з армко-залізом (300 °С) сталь окрихчується за вищих температур, а ефект впливу середовища знижується (більше, ніж вдвічі). За допомогою фрактографічних досліджень підтверджено окрихчувальний вплив свинцевих розплавів. У приповерхневому шарі виявлено збільшення частки крихкої складової руйнування сталі феритного класу Fe-11Cr та армко-заліза під дією свинцю у порівняні з вакуумом. Руйнування відбувається за змішаним в’язко-крихким механізмом.
Для сталі ферито-мартенситного класу 20Х13 встановлено, що розплави свинцю та евтектики свинець-вісмут сприяють зниженню тимчасового опору руйнуванню зразків у порівнянні з вакуумним середовищем, причому з ростом температури цей ефект посилюється. Встановлено, що максимальний негативний вплив свинцю має місце за температури 350 °С і складає 11% у порівнянні з вакуумним середовищем,. В евтектиці свинець-вісмут окрихчення матеріалу відбувається за температури 400 °С зі зниженням пластичності на 20 %. Фрактографічні дослідження підтвердили окрихчувальний вплив свинцевих розплавів.
Для сталі аустенітного класу Х18Н10Т встановлено, що в усьому температурному інтервалі випробувань значення коефіцієнту впливу середовища перевищує одиницю, тобто пластичність у середовищах свинцю та евтектики свинець-вісмут вища за відповідні значення у середовищі вакууму, а відтак окрихчення сталі за статичного навантаженні одновісним розтягом під дією рідкометалевого середовища не виявлено.
Вивчено залежність ефекту рідкометалевого окрихчення від розміру зерна сталі. Дослідження проведено на сталі феритного Fe-11Cr (SUH 409L) та аустенітного (Х18Н10Т) класів. Для отримання різного розміру зерна феритна (Fe-11Cr) та аустенітна (Х18Н10Т) сталі були піддані різним режимам термічної обробки, в результаті яких було сформовано три розміри зерна: 35, 50 і 70 мкм та 90,110 і 160 мкм відповідно.
Встановлено, що для сталі феритного класу Fe-11Cr зі збільшенням розміру зерна температура максимального прояву рідкометалевого окрихчення зсувається в зону нижчих температур, а вплив середовища посилюється (втрата пластичності зростає з 11 до 18%). Зі збільшенням зерна від 90 до 160 мкм для сталі аустенітного класу Х18Н10Т за температури вище 400 °С ефект пластифікації зменшується з 8 до 6 %.
Досліджено вплив рідкометалевого середовища на втомні властивості сталей феритного, ферито-мартенситного та аустенітного класів на окрихчення за умов чистого згину. У розплаві свинцю експеримент проводили за температури 350 °С та 500 °С, амплітуда деформації складала 0,5; 0,8 та 1,0 %.
Встановлено, що середовище свинцевого розплаву негативно впливає на втомну довговічність аустенітної сталі Х18Н10Т. За максимальної амплітуди деформації 1,0 % втомна довговічність знижується майже у чотири рази у порівнянні з випробуваннями у вакуумі. За ниж
