Вплив підведення тепла під час зварювання на мікроструктуру та механічні властивості зони термічного впливу броньової сталі MIL-A-46100

О. А. Сливінський$^{1}$, В. В. Квасницький$^{1}$, І. А. Владимирський$^{1}$, С. П. Бісик$^{2}$, Є. П. Чвертко$^{1}$, В. Л. Коваленко$^{1}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, просп. Повітрофлотський, 28, 03049 Київ, Україна

Отримано: 19.07.2024; остаточний варіант - 24.07.2024. Завантажити: PDF

В роботі представлено результати досліджень впливу погонної енергії дугового зварювання топкою електродою у захисному газі на мікроструктуру та механічні властивості металу зварювальної зони термічного впливу (ЗТВ) броньової криці високої твердости, виготовленої за ТУ MIL-A-46100. Використовуючи методу валикової проби, погонну енергію варіювали в інтервалі значень 0,9-2,2 кДж$\cdot$мм$^{-1}$, досліджували розподіл мікротвердости в металі зварних зразків, мікроструктуру та показники ударної в’язкости ділянок ЗТВ. Досліджена криця виявила високу чутливість до зварювального тепла. Відповідно до розподілу мікротвердости, весь метал зони термічного впливу, ширина якої зі зростанням погонної енергії в досліджуваному інтервалі значень збільшилася від близько 25,0 до 28,0 мм, має нижчі значення твердости, ніж основний метал. Встановлено, що найнижчі показники ударної в’язкости має метал безпосередньо прилеглої до шва ділянки перегріву, який під впливом термічного циклу зварювання зазнає повної аустенізації, укрупнення зерна та подальшого перетворення аустеніту з формуванням суміші рейкового мартенситу та пакетного бейніту. Зростання погонної енергії супроводжується зменшенням мартенситної складової та, відповідно, зростанням частки бейніту в металі цієї ділянки ЗТВ. В свою чергу це спричиняє збільшення ударної в’язкости, але тільки для значень погонної енергії у 0,9, 1,1 та 1,3 кДж$\cdot$мм$^{-1}$. У випадку погонної енергії зварювання у 2,2 кДж$\cdot$мм$^{-1}$, за якої метал ділянки перегріву зазнавав найістотнішого знеміцнення, його ударна в’язкість виявилася значно меншою, ніж для зварювання з меншими значеннями погонної енергії, та на 30% меншою, ніж у основного металу. Подібний ефект можна пояснити зміною морфології карбідної складової бейнітної фази з поступовим заміщенням нижнього бейніту верхнім, а також виділенням вздовж меж первинних зерен частинок борвмісних карбідів через надмірне уповільнення охолодження металу ділянки перегріву. Таким чином, зварювання дослідженої криці на форсованих режимах з погонною енергією біля 2,2 кДж$\cdot$мм$^{-1}$ може спричиняти деґрадацію опірности металу ЗТВ щодо крихких руйнувань під впливом динамічних навантажень, що матиме неґативний вплив на балістичну стійкість і живучість її зварних з’єднань.

Ключові слова: броньова криця високої твердости, зварювання топкою електродою у захисному газі, зона термічного впливу, мікроструктура, мікротвердість, ударна в’язкість.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i07/0663.html

PACS: 06.60.Vz, 61.72.Ff, 62.20.Qp, 81.20.Vj, 81.30.Kf, 81.40.Ef, 81.70.Bt


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. U. S. Military Specification MIL-DTL-46100E: Armor Plate, Steel, Wrought, High-Hardness (U. S. Army Research Laboratory: 2008).
  2. S. A. Gladyshev and V. A. Grigoryan, Bronevyye Stali [Armour Steels] (Moskva: Intermet Engineering: 2010) (in Russian).
  3. O. A. Slyvinskyy, S. P. Bisyk, and K. D. Tonkushina, Technol. Systems, 86, No. 1: 50 (2019).
  4. J. A. Garasym, N. A. Bondarevskaya, R. V. Teliovich, V. I. Bondarchuk, V. A. Golub, and S. H. Sedov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 9: 1235 (2021) (in Ukrainian).
  5. H.-R. Lin and G.-H. Cheng, Mater. Sci. Tech., 3, No. 10: 855 (1987). Crossref
  6. K. A. Taylor, Metall. Trans. A, 23: 107 (1992). Crossref
  7. D. T. Llewellyn and W. T. Cook, Met. Technol., 1, No. 1: 517 (1974). Crossref
  8. A. Terzic, M. Calcagnotto, S. Guk, T. Schulz, and R. Kawalla, Mater. Sci. Eng. A, 584: 32 (2013). Crossref
  9. O. A. Gaivoronskyi, V. D. Poznyakov, A. V. Zavdoveyev, A. V. Klapatyuk, and A. M. Denisenko, The Paton Weld. J., No. 5: 3 (2023). Crossref
  10. W. Pang, N. Ahmed, and D. Dunne, Australas. Weld. J., 56, No. 2: 36 (2011).
  11. T. E. Falkenreck, M. Klein, and T. Böllinghaus, Mater. Sci. Eng. A, 702: 322 (2017). Crossref
  12. O. Slyvinskyy, Y. Chvertko, and S. Bisyk, High. Temp. Mater. Proc., 23, No. 3: 239 (2019). Crossref
  13. B. Savic and A. Cabrilo, Mater., 14, No. 13: 3617 (2021). Crossref
  14. M. Zeman, Weld. Int., 23, No. 2: 73 (2009). Crossref
  15. I. G. Crouch, S. J. Cimpoeru, H. Li, and D. Shanmugam, The Science of Armour Materials (Ed. I. G. Crouch) (Woodhead Publishing: 2017), p. 55. Crossref
  16. S. J. Manganello and K. H. Abbott, J. Mater., 7, No. 2: 231 (1972).
  17. J. Carrier, E. Markiewicz, G. Haugou, D. Lebaillif, N. Leconte, and H. Naceur, Int. J. of Impact Eng., 104: 154 (2017). Crossref
  18. G. P. Anastasiadi and M. V. Sil’nikov, Rabotosposobnost’ Bronevykh Materialov [Performance of Armor Materials] (Sankt Peterburg: Asterion: 2004) (in Russian).
  19. R. L. Woodward, Int. J. Mech. Sci., 20, No. 9: 599 (1978). Crossref
  20. S. A. Kotrtechko, Yu. Ya. Meshkov, and R. V. Televich, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 26, No. 4: 435 (2004) (in Russian).
  21. D. Radaj, Heat Effects of Welding (Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag: 1992). Crossref
  22. F. B. Pickering, Fizicheskoe Metallovedenie i Razrabotka Staley [Physical Metallurgy and the Design of Steels] (Moskva: Metallurgiya: 1982) (Russian translation).
  23. R. Celin, F. Kafexhiu, G. Klančnik, and J. Burja, MTAEC9, 55, No. 1: 115 (2021). Crossref
  24. Z. Zou, Y. Li, and S. Yin, J. Mater. Sci. Technol., 15, No. 6: 555 (1999).
  25. T. S. Prithiv, B. Gault, Y. Li, D. Andersen, N. Valle, S. Eswara, D. Ponge, and D. Raabe, Acta Mater., 252: 118947 (2023). Crossref