Введение к работе
Актуальность работы. Практическое использование сверхпластичности (СП) позволило создать один из наиболее эффективных способов обработки листовых материалов - сверхпластическую формовку и сварку давлением (СПФ/СД). Благодаря реализации основных преимуществ сверхпластической деформации (СПД) (низкие напряжения течения и большие пластические деформации), а также сварки в условиях СП данный метод позволяет получать тонкостенные конструкции сложного профиля с высоким коэффициентом использования материала при относительно низких энергетических и капитальных затратах.
В литературе, посвященной исследованиям и разработкам в области получения многослойных тонколистовых конструкций . методом СПФ/СД| содержится недостаточно сведений о природе формирования твердофазного соединения (ТФС) и влиянии на этот процесс СП деформации. Вместе с тем такие данные необходимы для создания надежной промышленной технологии СПФ/СД. Понимание процессов сварки в твердой фазе, проходящих в условиях СП, позволит управлять качеством соединения формуемых материалов и обеспечить высокие свойства изделий в целом.
Условия образования ТФС в конструкциях, получаемых по технологии СПФ/СД, существенно отличаются от обычных условий диффузионной сварки. Листовые материалы, из которых изготавливаются многослойные конструкции, подвергаются значительной сверхпластической деформации. В одних случаях она предшествует возникновению физического контакта, в других осуществляется после завершения процесса сварки в твердой фазе. Известно, что деформация в условиях СП благоприятно влияет на формирование ТФС. Экспериментально установлено повышение качества ТФС после СПД. Роль СПД до возникновения физического контакта и на этапах формирования ТФС до настоящего времени оставалась невыясненной. В этой связи изучение природы формирования ТФС в условиях про-
цесса СПФ/СД и разработка на этой основе технологии изготовления многослойных ячеистых конструкций представляется актуальной задачей.
Настоящая работа является частью комплексных исследований по разработке научных основ интегральной технологии сверхпластической формовки и сварки в условиях СП, проводимых в ИПСМ в соответствии с программой фундаментальных исследований РАН "Машиностроение и технология" (подраздел 3.3), программой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ "Перспективные технологии в машиностроении" (Договор N 15/АНРБ от 1.01.94г.), долгосрочной программой научно-технического сотрудничества с республикой Индия (распоряжение АН СССР от 04.08.87г. N 10107-1303, контракт N 9202/ШТС от 17.06.93г.)
Цель работы. Выявление роли СП деформации при формировании твердофазного соединения в условиях процесса СПФ/СД и разработка опытных технологических процессов получения различных типов ч многослойных ячеистых гконструкций из титановых сплавов.
При выполнении работы решались следующие задачи:
1. Разработка методики исследования начальной стадии сварки в
твердой фазе в условиях предварительной сверхпластической формовки.
2. Изучение влияния СП деформации на микроструктуру и
шероховатость поверхности .при сверхпластической формовке
листового промышленного титанового сплава ВТ6С.
3. Выявление влияния СП деформации на кинетику и механизм
формирования твердофазного ооединения.
4. Экспериментальное . исследование процесса формообразования
многослойных ячеистых конструкций.
5. Разработка опытных технологических процессов изготовления
многослойных ячеистых ' конструкций на примере типовых узлов
авиакосмической техники: "Ребро", "Корпус" и "Панель".
Научная новизна. 1. Экспериментально установлено, что при сверхпластической формовке листового промышленного титанового сплава ВТ6С развивается кооперированное зернограничное проскальзывание (ЗГП), локализованное в деформационных полосах.
2. В результате действия кооперированного ЗГП в материале
образуются группы зерен, разделенные деформационными полосами, что
приводит к появлению соответствующего поверхностного микрорельефа.
Выявлены закономерности образования деформационного рельефа в
диапазоне степеней деформации от О до 400% и предложена схема его
формирования при сверхпластической формовке.
-
Экспериментально показано, что на начальной стадии формирования твердофазного соединения схватывание осуществляется по группам зерен, участвовавшим в кооперированном ЗГП, и соответствует расположению деформационных полос. Увеличение степени предварительной деформации приводит к росту усилия отрыва и площади схватывания сваренных образцов.
-
Предложена физическая модель формирования твердофазного соединения, учитывающая особенности механизмов деформации в условиях сверхпластического течения.
5. Экспериментально исследовано формообразование многослойных
ячеистых конструкций, представлены данные о распределении толщины и
эквивалентной деформации и выявлены зоны ее локализации в сечениях
ячеек. Показано, что с увеличением степени предварительной
деформации, протяженность и размер микропор в твердофазных
соединениях ячеистых конструкций уменьшаются.
Практическая ценность. 1. Разработана методика исследования формирования ТФС в условиях предварительной СПФ, позволяющая изучить кинетику и механизм этого процесса.
2. Разработана методика определения степени деформации в про-
цессах СПФ. Использование ее на практике позволяет оценить степень деформации по профилю отформованной детали и рационально подходить к проектированию конструкций, получаемых по технологиям СПФ и СПФ/СД.
-
Разработана методика исследования процесса СПФ/СД, которая позволяет: изучить формообразование многослойных конструкций, определить режимы формовки и сварки, исследовать механические и эксплуатационные свойства получаемых конструкций, разработать технологические рекомендации по изготовлению конкретных изделий.
-
Разработаны новые технические решения, позволяющие улучшить качество ТФС, снизить разнотолщинность, сократить продолжительность СПФ и контролировать процесс формообразования при изготовлении многослойных ячеистых конструкций.
5. Разработаны опытные техногические процессы изготовления
типовых узлов авиакосмической техники: "Ребро", "Корпус" и "Панель".
Изготовлены опытные партии изделий и переданы заказчику (ВНИИТФ).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 9. Всесоюзной конференции по контактной сварке (Псков 1987г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "100-летие изобретения сварки по методу Н.Г.Славянова и современные проблемы развития сварочного производства" (Пермь 1988г.); на IV и V Всесоюзных конференциях "Сверхпластичность металлов" (Уфа 1989г.) и "Сверхпластичность неорганических материалов" (Уфа 1992г.); на международных конференциях -4th European East-West Conference (ST-Petersburg, 1993), Superplasticity in Advanced Materials ICSAM-94 (Moscow 1994r.); Superplasticity and Superplastic Forming (Las Vegas, USA, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть статей, технологические рекомендации ТР1.5 ИНЕБ-88, получено два авторских свидетельства, пять патентов и четыре положительных решения на предполагаемые изобретения.
> 7 .
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на 150 машинописных страницах, содержит 48 рисунков, 6 таблиц, библиографический список из 140 наименований и приложения (акт внедрения).
