Вплив низькотемпературного перетворення аустеніту в металі зварних швів на залишковий напружений стан зварних з’єднань броньової криці

О. А. Сливінський$^{1}$, В. В. Квасницький$^{1}$, О. В. Прохоренко$^{1}$, А. О. Перепічай$^{1}$, Є. В. Ілляшенко$^{2}$, І. М. Лагодзінський$^{1}$, Д. С. Леонов$^{3}$, О. Е. Дацюк$^{1}$, В. М. Нестеренков$^{2}$

$^{1}$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Берестейський, 37, 03056 Київ, Україна
$^{2}$Інститут електрозварювання імені Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
$^{3}$Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, 04070 Київ, Україна

Отримано: 12.11.2025; остаточний варіант - 12.11.2025. Завантажити: PDF

Викладено результати комплексного дослідження впливу структурно-фазових перетворень у металі зварних швів броньової криці надвисокої твердости MARS 600 на формування компонент залишкового напруженого стану металу стикових з’єднань завтовшки у 6 мм, виконаних за допомогою дугового зварювання топкою електродою у захисному газі (MAG) та плазмового зварювання (PAW). Методами електронної мікроскопії, спектральної аналізи, рентґенівської дифрактометрії, мікродюрометрії визначено фактичні фазовий і хемічний склади металу зварних швів; встановлено, що під час MAG-зварювання криці MARS 600 в металі шва формується аустенітно-мартенситна структура з твердістю, щонайменше в 1,7 разів нижчою за твердість основного металу, а під час PAW-зварювання — структура рейкового мартенситу з твердістю до ≅ 1,1 разу більшою за твердість основного металу. З урахуванням фазових перетворень під час нагрівання й охолодження проведено порівняльну скінченно-елементну аналізу рівня компонент залишкового напруженого стану з’єднань з виконанням зварних швів на прохід (MAG і PAW1) і двома ділянками від середини до торців (PAW2). Встановлено, що для технологічної схеми зварювання PAW1 завдяки ефекту низькотемпературного перетворення аустеніту метал шва та небезпечних ділянок зони термічного впливу зазнає дії напружень стиску у поздовжньому та незначних за величиною напружень розтягу в поперечному напрямках. Показано, що зварювання за технологічною схемою PAW2 є небезпечним з точки зору тріщиноутворення внаслідок формування концентратора напружень в області стику двох ділянок шва.

Ключові слова: залишкові напруження, перетворення аустеніту, мікроструктура, мікротвердість, дугове зварювання в захисному газі, плазмове зварювання, броньова криця.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v47/i12/1295.html

PACS: 02.70.Dh, 44.05.+e, 52.77.Fv, 62.20.D-, 62.20.Qp, 81.20.Vj, 81.30.Kf


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. U. S. Military Specification, MIL-DTL-32332A (MR), ‘Armor Plate, Steel, Wrought, Ultra-High-Hardness’ (U.S. Army Research Laboratory, APG, MD, 28 November 2018).
  2. U. S. Military Specification, MIL-DTL-46100E (MR), ‘Armor Plate, Steel, Wrought, High-Hardness’ (U.S. Army Research Laboratory, APG, MD, 9 July 2008).
  3. G. Magudeeswaran, V. Balasubramanian, and G. Madhusudhan Reddy, Journal of Material Science and Technology, 25, No. 4: 516 (2009).
  4. B. Hanhold, S. S. Babu, and G. Cola, Science and Technology of Welding and Joining, 18, Iss. 3: 247 (2013).
  5. O. A. Gaivoronskyi, V. D. Poznyakov, A. V. Zavdoveyev, A. V. Klapatyuk, and A. M. Denisenko, The Paton Welding Journal, 5: 3 (2023).
  6. I. Garašić, M. Jurica, D. Iljkić, and A. Barišić, Engineering Review, 39, Iss. 2: 186 (2019).
  7. W. Wang, L. Huo, Y. Zhang, D. Wang, and H. Jing, Mater. Science Technol., 18, No. 6: 527 (2002).
  8. A. Kromm, J. Dixneit, and T. Kannengiesser, Welding in the World, 58: 729 (2014).
  9. E. Harati, L. Karlsson, L.-E. Svensson, and K. Dalaei, International Journal of Fatigue, 97: 39 (2017).
  10. X. Chen, P. Wang, Q. Pan, and S. Lin, Crystals, 8, No. 7: 293 (2018).
  11. Z. Feng, X. Di, S. Wu, and N. Ma, Science and Technology of Welding and Joining, 26, No. 2: 144 (2021).
  12. V. V. Kvasnytskyi, A. O. Perepichai, O. V. Prokhorenko, O. A. Slyvinskyi, and I. M. Lagodzinskyi, Strength of Materials, 56, No. 2: 258 (2024).
  13. B. Q. Chen and C. Guedes Soares, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 86: 3145 (2016).
  14. J. N. DuPont and A. R. Marder, Welding Journal, 74, No. 12: 406s (1995).
  15. E. Macherauch and P. Muller, Zeitschrift für Angewandte Physik, 13: 305 (1961).
  16. N. Saunders, Z. Guo, X. Li, A. P. Miodownik, and J.-P. Schillé, JOM, 55: 60 (2003).
  17. Z. Guo, N. Saunders, A. P. Miodownik, and J.-P. Schillé, International Journal of Metallurgical Engineering, 2, No. 2: 198 (2013).
  18. J. A. Goldak and M. Akhlaghi, Computational Welding Mechanics (New York: Springer: 2005).
  19. C. P. Kothandaraman and S. Subramanyan, Heat and Mass Transfer Data (New Delhi: New Age International: 2018).
  20. O. Slyvinskyy, Y. Chvertko, and S. Bisyk, High Temperature Material Processes, 23, Iss. 3: 239 (2019).
  21. O. A. Slyvins’kyy, V. V. Kvasnyts’kyy, I. A. Vladymyrskyi, S. P. Bisyk, Ye. P. Chvertko, and V. L. Kovalenko, Metallophys. Adv. Technol., 46, No. 7: 663 (2024).
  22. R. von Mises, Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen. Mathematisch-Physikalische Klasse, 1: 582 (1913).
  23. G. Thewlis, Mater. Sci. Technol., 20, Iss. 2: 143 (2004).
  24. W. Steven and A. G. Haynes, Journal of the Iron and Steel Institute, 183, No. 8: 349 (1956).