Исследование влияния ударно-волнового нагружения на структуру и свойства бронзовых сплавов БрАЖ9-4 и БрАМц9-2

Бронзовые сплавы благодаря своей устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости применяют для изготовления деталей машин и механизмов, испытывающих трение в процессе эксплуатации. В работе представлены результаты исследования ударно-волнового нагружения на структуру и свойства бронзовых сплавов марок БрАЖ9-4 и БрАМц9-2. Эксперименты по ударно-волновому нагружению проводили методами метания пластины-ударника на цилиндрические образцы и обжатия скользящей детонационной волной. Метод метания пластины-ударника, разогнанной энергией взрыва, часто используют для определения откольной прочности материалов, метод обжатия скользящей детонационной волной — для создания больших динамических давлений внутри материала. Показано, что при скорости метания пластины-ударника 2,4 км/с давление соударения пластины с образцом составляет 15 – 16 ГПа, что превышает откольную прочность бронзы. При таких условиях нагружения твердость бронзы повышается на 53 и 25 % для БрАЖ9-4 и БрАМц9-2 соответственно. Исследования микроструктуры с помощью сканирующей электронной и оптической микроскопии выявили множественные трещины и микропоры на поверхности поперечных шлифов, формирующие зону откольного разрушения и области, переходящие в полосы локализованной деформации. Кроме того, установлено, что при нагружении пластиной-ударником образцов в обойме и без нее наблюдается большее количество трещин и областей сдвига. В случае обжатия скользящей детонационной волной с разной величиной заряда взрывчатого вещества отмечены небольшие дефекты в структуре у границ зерен. Полученные результаты могут быть использованы для создания технологий модификации и восстановления свойств бронзовых деталей, подверженных ударно-волновому разрушению.

1. Sabbaghzadeh B., Parvizi R., Davoodi A., Moyaed M. Corrosion evaluation of multi-pass welded nickel-aluminum bronze alloy in 3.5% sodium chloride solution: A restorative application of gas tungsten arc welding process / Materials and Design. 2014. N 58. P. 346 – 356. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.02.019

2. Lotfollahi M., Shamanian M., Saatchi A. Effect of friction stir processing on erosion-corrosion behavior of nickel-aluminum bronze / Materials and Design. 2014. N 62. P. 282 – 287. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.05.037

3. Qin Z., Luo Q., Zhang Q., et al. Improving corrosion resistance of nickel-aluminum bronzes by surface modification with chromium ion implantation / Surface & Coatings Technology. 2018. N 334. P. 402 – 409. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.11.066

4. Li Y., Liang Y., Sun Y. Cavitation erosion behavior of friction stir processed nickel aluminum bronze / Journal of Alloys and Compounds. 2019. N 795. P. 233 – 240. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.04.302

5. Sun Y., Wang H., Liu W., et al. Improvement of surface resistance to cavitation corrosion of nickel aluminum bronze by electropulsing-assisted ultrasonic surface rolling process / Surface & Coatings Technology. 2019. N 368. P. 215 – 223. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2019.03.045

6. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О. Особенности изменения профиля поверхности алюминиевых бронз при кавитационном изнашивании в морской воде / Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2018. Т. 10. № 5. С. 1004 – 1014. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-5-1004-1014

7. Кузьмин Д. А. Влияние эрозии-коррозии на развитие трещин в сварных соединениях оборудования или трубопроводов АЭС / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 3. С. 58 – 63. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-58-63

8. Cottam R., Luzin V., Moody H., et al. The role of microstructural characteristics in the cavitation erosion behavior of laser melted and laser processed Nickel-Aluminium Bronze / Wear. 2014. N 317. P. 56 – 63. DOI: 10.1016/j.wear.2014.05.002

9. Qin Z., Li X., Xia D., et al. Effect of compressive stress on cavitation erosion-corrosion behavior of nickel-aluminum bronze alloy / Ultrasonics Sonochemistry. 2022. N 89. P. 106143. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106143

10. Zhang S., Qian Z., Ji B. Estimation of cavitation erosion area in unsteady cavitating flows using a modified approach / Ocean Engineering. 2022. N 262. P. 112229. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2022.112229

11. Буравова С. Н. Повреждаемость поверхности при кавитационной эрозии / Журнал технической физики. 1998. Т. 68. № 9. С. 110 – 114.

12. Таранов Д. К., Федюк Р. С. Методы защиты от кавитационной эрозии / Международный научно-исследовательский журнал. 2021. Т. 111. № 9. С. 54 – 59. DOI: 10.23670/IRJ.2021.9.111.008

13. Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О. Исследование кавитационного изнашивания сталей методом измерения профиля поверхности / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 11. С. 62 – 65.

14. Хомская И. В., Разоренов С. В., Гаркушин Г. В. и др. Динамическая прочность субмикрокристаллической и нанокристаллической меди, полученной высокоскоростной деформацией / Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121. № 4. С. 435 – 442. DOI: 10.31857/S0015323020040063

15. Буравова С. Н., Петров Е. В., Щукин А. С. Особенности перехода откольных трещин в полосы локализованной деформации / Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 5. С. 131 – 140. DOI: 10.15372/FGV20160512

16. Игнатова О. Н., Каганова И. И., Малышев А. Н. и др. Влияние ударно-волнового нагружения на внутреннюю микроструктуру и механические свойства мелкозернистой меди. / Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. № 6. С. 119 – 124.

17. Дерибас А. А. Метание металлических пластин тангенциальной детонационной волной / Прикладная механика и техническая физика. 2000. Т. 41. № 5. С. 68 – 74.

18. Конон Ю. А., Первухин Л. Б., Чудновский А. Д. Сварка взрывом. — М.: Машиностроение, 1987. — 216 с.

19. Добромыслов А. В., Талуц Н. И. Электронно-микроскопическое исследование деформационной структуры стали 12Х18Н10Т после взрывного нагружения в сферических системах / Диагностика, ресурс и механика материалов и конструкций. 2015. ¹ 5. С. 109 – 117. DOI: 10.17804/2410-9908.2015.5.109-117