Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современного производства ребует разработки и использования экономичных ресурсосберегающих ехнологий, которые позволяют обеспечить заданный комплекс свойств атериала изделия. К числу таких технологий относится объемная тамповка с использованием эффекта сверхпластичности (СП), в том исле изготовление высоконагруженных изделий из двухфазных итановых сплавов. Применение этого метода обеспечивает, с одной тороны, значительное повышение ресурса пластичности материала и нижение усилий деформирования; с другой - получение однородной труктуры в объеме изделий. Однако, промышленное использование этой ехнологий требует детального изучения реологических свойств итановых сплавов и их зависимости от происходящих при деформации в емпературно- скоростном режиме СП структурных изменений; собенностей влияния механической схемы деформации на структуру, ехнологические и эксплуатационные свойства материала; анализа апряженно- деформированного (НДС) и структурного состояния при зготовлений изделий, что обуславливает актуальность данной работы.
Цель работы: Разработка эффективных технологических процессов ізготовления изделий с заданными свойствами из двухфазных титановых плавов на основе экспериментального и компьютерного моделирования [роцессов деформирования в температурно-скоростном режиме СП.
В работе решались следующие частные задачи:
1 . Экспериментальное исследование влияния механической схемы [еформации на морфологические изменения а-фазы двухфазных титановых :илавов.
-
Обоснование определяющего соотношения, включающего в явном иде морфологическую характеристику а-фазы.
-
Разработка математической модели процесса деформирования, озволяющей определять параметры и инварианты НДС, знергосиловис араметры процесса, а также оценивать изменение распределения в бъеме заготовки параметра поврежденности и морфологической арактеристики а-фазы.
-
Обоснование критериальной функции для постановки и решения птимизационных задач обработки металлов давлением (ОМД). ключающей наряду . с характеристиками точности изделий, нергоемкости и устойчивости процесса, показатели, влияющие на войства материала: скалярные параметры поврежденности и структуры.
5. Разработка технологических процессов изготовления изделий
[на основе комплексного использования результатов натурных и
вычислительных экспериментов.
6. Экспериментальное исследование структуры и свойств
материала изделий.
Научная новизна
- Экспериментально установлено, что при монотонной деформации в температурно-скоростном режиме СИ величина накопленной деформации оказывает значительное влияние на морфологические характеристики
>а-фазы: толщину пластин; эмпирическую функцию плотности распределения и среднее значение коэффициента формы; долю глобулярных частиц.- Схемы главных напряжений и деформаций
.'практически не влияют на характер изменения исследованных параметров структуры. Глобулярная структура при этом образуется при значениях накопленной деформации свыше 1. При сложном нагружении по исследованным траекториям с изломами на формирование глобулярной
,структуры оказывает влияние как величина накопленной деформации, так и изменение механической схемы деформации во времени.
- На основе представления структуры сплава в виде механической
'смеси глобулярной и пластинчатой составляющих предложен вариант
определяющего соотношения, включающего в качестве структурного параметра величину объемной доли глобулярной структуры.
- Модернизирована математическая модель процесса
деформирования, позволяющая определять компоненты и инварианты НДС,
энергосиловые параметры процесса, а также оценивать изменения
скалярного параметра поврежденности и объемной доли Г'лобулярной
структуры в объеме деформируемой заготовки.
- Предложена критериальная функция, используемая при
постановке и решении оптимизационных задач ОМД и включающая
контактное нормальное напряжение, интенсивность деформации
приповерхностного слон, а также показатели, влияющие на свойства
материала: объемную долю глобулярной структуры и скалярный параметр
поврежденности.
- Экспериментально определено критическое значение скалярного
параметра поврежденности при растяжении в режиме СП.
Практическая значимость.
Настоящая работа является частью исследовании. проводимых в соответствии с Комплексной программой фундаментальных исследований по проблемам машиностроения РАН, Долгосрочной программой
сотрудничества между'Россией и Республикой Индия в области науки и техники и Грантом РФФИ "Исследование корреляции между историей, нагружения материала и изменением его структуры" (шифр 93-013-16766, 1993-1995 гг.).
На основе экспериментальных результатов разработаны способы обработки двухфазных титановых сплавов, позволяющие получить однородную глобулярную структуру и изотропные свойства в изделиях. Способы защищены патентами РФ.
Разработаны технологические процессы изготовления изделий: дисков диаметром 350-425 мм из сплава ВТ9; сложиопрофильиых лопаток турбины из спланов ВТЗ-1 и ВТ6; "колесо компрессора" из сплава BTl'. Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 2 Европейском Симпозиуме но материалам и технологиям "Восток-Запад" (Май 1991), V Всесоюзной Конференции "Сверхпластичность' неорганических материалов" (Уфа, 1992), 4 Европейской Конференции и выставке материалов и процессов "Восток—Запад" (Ст—Петербург, 1993), Международной Конференции по сверхпластичности ICSAM'94'' (Москва, 1994), а Международной Конференции по Титану ( Лондон; 1995), 4 Международной Конференции по прочности и пластичности (Москва, 1996), Международной научно-технической конференции "Молодая наука - новому тысячелетию" (Набережные Челны, 1996), Международной Конференции по сверхпластичности ICSAM'97 (Индия,1 1997) .
Публикации По материалам диссертации опубликовано 14 печатных, работ, получено 2 патента РФ на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на 175 машинописних страницах. содержит 57 рисунков, 14 таблиц, библиографический список из 160 наименований и приложение (акт внедрения).