Управление структурой и свойствами сварных соединений среднеуглеродистых легированных сталей в процессе ротационной сварки трением

Цель исследования: установление механизмов структурообразования при ротационной сварке трением среднеуглеродистых легированных сталей 32Г2 (группа прочности Л), 32ХГМА (группа прочности М) и 40ХН2МА, применяемых для производства бурового инструмента и бурильных труб, и выявление факторов структуры, оказывающих влияние на их эксплуатационные свойства. Объект исследования – сварное соединение из среднеуглеродистых легированных сталей 32Г2 группы прочности Л и 32ХГМА группы прочности М согласно ГОСТ Р 50278-92 (тело трубы) и 40ХН2МА (замковая часть), выполненное посредством РСТ. Предмет исследования –особенности формирования структуры металла в зоне термомеханического влияния на различных масштабных уровнях, а также структурные изменения, оказывающие влияние на свойства сварного соединения в условиях статического и циклического нагружения. Основные задачи исследования: - на машине сварки трением Thompson-60 изготовить образцы сварных соединений в сочетании марок сталей 32Г2-40ХН2МА и 32ХГМА-40ХН2МА, варьируя усилием при разогреве, усилием проковки, величиной осадки, частотой вращения при разогреве; - исследовать структуру зоны термомеханического влияния (ЗТМВ) сварных соединений методами оптической и электронной микроскопии, EBSD анализа, установить закономерности изменения структуры и фазовых превращений в результате воздействия термодеформационного цикла сварки; в - исследовать распределение микротвердости в ЗТМВ сварного шва; - провести механические испытания образцов сварных соединений на статическое растяжение и многоцикловую усталость; зафиксировать предельные нагрузки и места разрушения образцов; - провести фрактографический анализ поверхности разрушения образцов сварных соединений, выявить механизм их разрушения. Практическая значимость работы состоит в научно-обоснованной рекомендации режимов РСТ заготовок группы прочности Л (по ГОСТ Р 50278–92) из стали 32Г2, группы прочности М (по ГОСТ Р 50278–92) из стали 32ХГМА для изготовления бурильных труб с приварными замковыми деталями из стали 40ХН2МА без высаженной части в зоне сварного шва. В ходе выполнения НИР использовалась материальная база АО «Завод бурового оборудования» (машина для сварки трением «Thompson-60», машина для испытаний на растяжение УТС 111.2-100, испытательный стенд для испытаний на циклическую долговечность типа НУ) и современное исследовательское оборудование Оренбургского государственного университета, Уральского федерального университета им. Первого Президента Б.Н. Ельцина, Института физики металлов УрО РАН. Были применены апробированные методики структурных исследований, механические испытания проведены в соответствии с требованиями ГОСТ1497-84, ГОСТ 25502.