Трип-сталь или ПНП-сталь (англ. ТРИП; Transformation-Induced Plasticity — пластичность, наведенная превращением) — метастабильная высокопрочная аустенитная сталь с высокой пластичностью. ТРИП означает «пластичность, вызванная трансформацией», которая подразумевает фазовое превращение в материале, обычно при приложении напряжения. Эта сталь обладает выдающимся сочетанием прочности и пластичности.
Актуальность темы исследований обусловлена, прежде всего, тем, что обзор высокотехнологичных новшеств в области конструкционных мате-риалов и приведение примеров их применения, а также будущего развития дает обширное понимание понятия материалов с трип-эффектом, их ценность в экономическом плане.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в усилении интереса к этой теме студентов, потенциальных научных сотрудников или производственников, которые, возможно, расширят применение технологий взамен традиционных и позволят модифицировать экономику и отдельные отрасли производств.
Цель проведенных исследований заключается в исследовании конструктивных материалов с трип-эффектом или трип-стали в современной технике.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
дать определение стали с трип-эффектом;
изучить физические и другие свойства трип-стали;
осуществить анализ применения трип-стали в современном производства, в частности в российском производстве;
рассмотреть будущие перспективы применения трип-стали в конструктивном производстве.
Объект исследования является производственная деятельность с применением технологии трип-сталей.
Предметом изучения в данной работе выступают стали с трип-эффектом.
Краткая характеристика используемой литературы и изученных источников составляют работы следующих авторов: О.Л. Менделевой, И.И. Иваницкого; А.К. Слизова и др., в которых рассмотрены свойства, микроструктура трип-сталей, ее отличие от традиционных сталей, а также особенности ее механического поведения.
Структура исследования представляет собой перечень всех частей курсовой работы «Конструкционные материалы с трип-эффектом в современной технике», включающий в себя следующие элементы: титульный лист, оглавление, введение, основной материал (теоретические главы и практическая глава), заключение, список используемой литературы и источников.
Введение заключается в общем описании проблемы исследований, теоретическая часть описывает данные по исследуемой проблеме описания свойства трип-стали, собранные и систематизированные в научных трудах, практическая часть представляет собой описание возможностей применения трип-стали «в поле», а именно на конкретных производствах в современных реалиях, заключение включает в себя общие выводы, сделанные по результатам проведенных исследований.
Теоретическая и практическая значимость проведенных исследований заключается в том, что цели, достигнутые в ходе работы, могут быть использованы для дальнейшего внедрения высокопрочных сплавов стали, таких как трип-стали в различные отрасли промышленности. Также проведенные исследования позволят подтвердить или отвергнуть гипотезу эффективности технологии трип-стали и твип-стали по сравнению с традиционными сплавами.
Читать дальше
1.1. Структура и металлургические свойства стали с трип-эффектом
Стали трип обладают микроструктурой, состоящей из аустенита с до-статочной термодинамической нестабильностью, так что превращение в мартенсит достигается во время нагружения или деформации. Многие автомобильные стали трип содержат остаточный аустенит в ферритной матрице, которая также может содержать твердые фазы, такие как бейнит и мартенсит. В случае этих сплавов высокое содержание кремния и углерода в стали трип приводит к значительной объемной доле остаточного аустенита в конечной микроструктуре.
В сталях трип используется большее количество углерода, чем в двух-фазных сталях, чтобы получить достаточное содержание углерода для стабилизации фазы остаточного аустенита до температуры ниже температуры окружающей среды. Более высокое содержание кремния и / или алюминия ускоряет образование феррита / бейнита. Их также добавляют, чтобы избежать образования карбида в области бейнита [1, с. 1].
Как мартенситно-аустенитные, так и полностью аустенитные стали представляют интерес для использования в военно-морских и морских приложениях, поскольку они демонстрируют большое равномерное удлинение, высокую прочность и высокую вязкость разрушения. Эти свойства проявляются из-за вызванного деформацией мартенситного превращения из исход-ной фазы (FCC γ-аустенит) в фазу продукта (BCC α ‘мартенсит). Это преобразование зависит, среди прочего, от температуры, приложенного напряжения, состава, скорости деформации и истории деформации.
В процессе пластической деформации и деформации остаточная аустенитная фаза превращается в мартенсит. Таким образом повышается прочность за счет явления деформационного упрочнения.
Читать дальше
2.1. Области применения трип-стали
Чтобы понять возможность применения трип сталей достаточно привести простой пример: если взять образец для растяжения из трип стали и начать прикладывать с помощью машины растяжения к нему нагрузку, то при определенной степени деформации (при определенной нагрузке), в месте максимальной концентрации нагрузки (там, где должна образоваться шейка), аустенит превратится в мартенсит и шейка образовываться не будет, а нагрузка перетечёт в соседние участки, где будет происходить подобный процесс. Таким образом предел текучести трип стали увеличится, как и пре-дел прочности.
Детали из трип-стали применяются в авиастроении, машиностроении, автомобилестроении и других областях промышленности. Многие детали передней части кузова зарубежных автомобилей сделаны из этих самых трип сталей.
Трип-стали по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями обладают повышенной прочностью и одновременно пластичностью, то есть при равной прочности (пределе текучести) обладают в 2—3 раза большей пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штамповки и формования. Применяется для изготовления высоко-нагруженных деталей: проволоки, тросов, крепежных деталей.
В наибольшей степени данные свойства стали востребованы в современной автомобильной промышленности, так как может быть использована для производства более сложных деталей, обеспечивая большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии производства автомобиля. Широкому применению данных сталей препятствует высокая легированность (стоимость производства) и сложная технология изготовления. В будущем трип-стали, вполне вероятно, уступят место так называемым сталям типа ТВИП (англ. TWIP; Twinning-Induced Plasticity — пластичность, наведенная двойникованием).
Читать дальше
Трип-стали по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями обладают повышенной прочностью и одновременно пластичностью, то есть при равной прочности (пределе текучести) обладают в 2—3 раза большей пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штамповки и формования. В наибольшей степени данные свойства стали востребованы в современной автомобильной промышленности, так как может быть использована для производства более сложных деталей, обеспечивая большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии производства автомобиля.
Как было сказано выше, широкому применению данных сталей препятствует высокая легированность (стоимость производства) и сложная технология изготовления. В будущем трип-стали вполне вероятно уступят место так называемым сталям типа ТВИП (англ. TWIP; Twinning-Induced Plasticity — пластичность, наведенная двойникованием).
TWIP стали (от английского «пластичность, наведенная двойникованием»), являются конструкционными сталями, применяемыми в автомобильной промышленности. В отличие от многих конструкционных материалов, применение которых ограничивается недостаточной прочностью, TWIP стали имеют высокие значения предела прочности и очень хорошую пластичность. Но их недостатком является довольно низкий предел текучести [7, с. 3]. Данные стали обладают выдающимися механическими свойствами при комнатной температуре, сочетая в себе высокую прочность (предел прочности при растяжении до 800 МПа) и пластичность (относительное удлинение до раз-рушения до 100%), основанную на высокой способности к упрочнению. ТВИП-стали в основном имеют высокое содержание Mn (более 20 мас.%) и небольшие добавки таких элементов, как C (<1 мас.%), Si (<3 мас.%) или Al (<3 мас.%). При комнатной температуре стали обладают низкой энергией повреждения при укладке (от 20 до 40 МДж / м2). Хотя детали механизмов, контролирующих деформационное упрочнение в ТВИП-сталях, все еще неясны, высокое деформационное упрочнение обычно связывают с уменьшением средней длины свободного пробега дислокаций при увеличении доли двойников деформации, поскольку они считаются сильными препятствиями для скольжения дислокаций. Следовательно, количественное изучение двойникования деформации в ТВИП-сталях имеет решающее значение для понимания механизмов их деформационного упрочнения и механических свойств. Двойникование деформации можно рассматривать как процесс зарождения и роста. Предполагается, что рост близнецов происходит за счет совместного перемещения частиц Шокли на последующих плоскостях.
Читать дальше
В ходе проведенных исследований, описанных в настоящей курсовой работе, анализа конструкционных материалы с трип-эффектом в современной технике на примере анализа трип-сталей можно сделать следующие значимые выводы:
- благодаря своей высокой энергопоглощающей способности и усталостной прочности ТРИП-стали особенно хорошо подходят для изготовления автомобильных конструкционных и защитных деталей, таких как поперечины, продольные балки, усиление стоек, порогов и бамперов;
- применение ТРИП-сталей в автомобилестроении позволит добиться привлекательности продукта для клиента, так как такие автомобили будут более безопасны для пассажиров. Однако в тоже время произойдет удорожание продукта, так как данная сталь требует сложного механизма производства и дорогостоящего оборудования;
- эффект растяжения, свойственный для ТРИП-стали, также может быть использован при операциях формования, где повышение пластичности обеспечивает большие углы изгиба и более агрессивные операции формования без образования трещин. Это актуально в изготовлении высокоточных дета-лей в авиастроении, конструкторском производстве и прочее. Однако готовый продукт так будет иметь более высокую цену по сравнению с аналоговыми, или производство станет нерентабельным;
- наиболее распространенный сортамент сталей TRIP включает 2 холоднокатаные марки как без покрытия, так и без него (TRIP 690 и TRIP 780) и одну горячекатаную марку (TRIP 780), определяемую по их минимальному пределу прочности при растяжении, выраженному в Мпа;
- ТРИП-стали хорошо подходят для применения в броне, где увеличение равномерной пластичности (и, следовательно, поглощения баллистической энергии) может улучшить защиту от снарядов и баллистических угроз при сохранении или уменьшении толщины пластины;
- на смену дорогостоящим и сложным в производстве ТРИП-сталям приходят ТВИП-стали, чье производство не связано со сложностями, присущими ТРИП-сталям, а свойства почти не уступают. Так, ТВИП-стали широко используются во многих областях применения из-за их превосходной прочности и пластичности в сочетании с хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью. ТВИП-стали из-за своих выдающихся свойств широко применяются в автомобилестроении – так их свойство активно поглощать энергию, которое более чем в два раза выше, чем у обычных высокопрочных сталей, и высокая жесткость, способствует усилению безопасности изготавливаемых из нее автомобилей, так как ударопрочность такого автомобиля при потенциальном столкновении в разы больше тех, которые были изготовлены из других высокопрочных сталей.
Читать дальше
1. Георгиева И.Я. Трип-стали - новый класс высокопрочных сталей с повышенной пластичностью. – М., 1976. - С. 18-26.
2. Филиппов М. Стали с метастабильным аустенитов/ М. Филиппов, В. Литвинов, Ю. Немировский. - М.: Металлургия, 1988 - 256 с.
3. Вознесенская Н.М., Елисеев Э.А., Капитаненко Д.В., Тонышева О.А. Оптимизация технологических режимов получения тонких листов и ленты из коррозионно-стойкой стали ВНС9 - Ш // Металлы. – 2014. – 28 октября. - С. 4.
4. Исследование усталостных свойств материала торсионов несущих винтов вертолетов до и после эксплуатации. Деформация и разрушение мате-риалов / В. А. Терентьев. [и др.]. – М., Наука, 2013. -187 с.
5. О. Менделева. Конструкционные TRIP/TWIP-стали/ О. Менделеева, И. Иваницкий. – М., 2009. - С. 15.
6. Потак Я.М. Высокопрочные стали. - М.: Металлургия, 1972. - 139 с.
7. В. Терентьев. Усталость металлов/ В. Терентьев, С. Кораблева. - М.: Наука, 2015. - 485 с.
8. Роней М. Усталость высокопрочных материалов: в 3 т. - М: МИР, 1976. - 527 с.
9. Карвин М.Р. Сталь с трип-эффектом. [Электронный ресурс]. М. Карвин - Режим доступа: https://optkonserv.ru/stal-s-trip-effektom/ (дата обращения: 27 янв. 2023).
10. Слизов А.К. Особенности механического поведения листовой мета-стабильной устенитно-мартенситной стали с учетом проявления трип – эффекта. [Электронный ресурс]/ А. Слизов. - Режим доступа: https://www.dissercat.com/content/osobennosti-mekhanicheskogo-povedeniya-listovoi-metastabilnoi-ustenitno-martensitnoi-stali (22 янв. 2023).
11. Михайлов В.М. Автосталь [Электронный ресурс]. В. Михайлов. - Режим доступа: https://www.lada.ru/ (20 янв. 2023).
12. Филиппов Г.А. Фундаментальные исследования природы хрупкости - основа создания высокопрочных и надежных конструкционных материалов // Сталь. - 2004. - № 8. - С. 85 - 89.
13. Циклическая выносливость высокопрочной коррозионно - стойкой тонколистовой трип – стали/ В.Ф. Терентьев и [и др.] // Деформация и раз-рушение материалов. – 2013. - № 3. С. 2 - 10.
14. Л. Журавлев. Физические методы исследований металлов и сплавов/ Л. Журавлев, В. Филатов. - Челябинск, ЮУрГУ, 2004. - 106 с.
15. Deformation mechanisms in austenitic TRIP/TWIP steels at room and elevated temperature investigated by acoustic emission and scanning electron microscopy / М. Linderov M. [etc] // Materials Science & Engineering A 597. - 2014. - № 1. - P. 183 - 193.
Читать дальше
26 страниц
21% уникальность
2024 год
5 просмотров
