Механическое поведение слоистого материала из титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении Саркеева, Айгуль Анваровна

Введение к работе

Актуальность работы. Титановые сплавы благодаря комплексу полезных свойств, таких как малая плотность, высокая удельная прочность и коррозионная стойкость, широко применяются в различных отраслях машиностроения и особенно в тех, где выигрыш по массе изделия является определяющим, например в авиации и ракетостроении. Одним из путей снижения массы летательных аппаратов является использование многослойных полых конструкций повышенной жесткости, изготавливаемых методами сварки давлением (СД) и сверхпластической формовки (СПФ). При эксплуатации многослойные конструкции, например полые лопатки вентилятора авиадвигателя, подвергаются воздействию ударных нагрузок, что может вызвать их разрушение. В этой связи крайне важной является информация о поведении материала многослойных конструкций при ударном нагружении. Механическое поведение материала таких конструкций рационально изучать на более простых объектах, в качестве которых можно использовать образцы из слоистого материала, полученного СД.

Особенностью слоистых материалов является присутствие в них поверхностей твердофазного соединения (ТФС). Поверхности соединения могут быть расположены различным образом относительно направления действия ударной нагрузки и соответственно различным образом влиять на ударную вязкость слоистого материала. Также интерес представляют данные о влиянии пор, которые, как правило, присутствуют в зоне ТФС, на особенности разрушения слоистого материала.

На момент постановки работы поведение при ударном нагружении слоистого материала из титанового сплава ВТ6, полученного сваркой давлением, было практически не изучено. В связи с вышесказанным данная работа представляется актуальной и определяется востребованностью решения научно-технических задач, необходимых для развития отечественного авиационного машиностроения.

Цель работы: экспериментально изучить поведение при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой давлением заготовок из титанового сплава ВТ6.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Оценить влияние расположения поверхностей соединения относительно направления действующей нагрузки на поведение слоистого материала при ударном нагружении.

2. Изучить влияние относительной протяженности пор в зоне твердофазного соединения на механические свойства и особенности ударного разрушения слоистого материала.

3. Определить влияние микроструктуры титанового сплава ВТ6 на характеристики ударного разрушения монолитного и слоистого материалов.

4. Разработать рекомендации по изготовлению и использованию слоистого материала из титанового сплава ВТ6 в конструкциях с повышенным сопротивлением ударному разрушению.

Научная новизна

3. 1. Определено влияние расположения поверхностей соединения относительно направления действующей нагрузки на поведение при ударном нагружении слоистого материала, полученного сваркой давлением заготовок из титанового сплава ВТ6. Отмечено, что наибольшее сопротивление ударному разрушению оказывает расположение поверхностей соединения, при котором трещина распространяется одновременно через все слои.

   2. Экспериментально установлено, что с увеличением относительной протяженности пор в зоне твердофазного соединения ударная вязкость слоистого материала, полученного сваркой давлением заготовок из титанового сплава ВТ6, при распространении трещины последовательно через каждый слой имеет тенденцию к повышению, а при распространении трещины одновременно через все слои - к понижению.

   Практическая значимость

   3. 2. 1. Разработана и опробована методика получения слоистого материала с изотропными механическими свойствами сваркой давлением листовых заготовок титанового сплава ВТ6.

         2. Для титанового сплава ВТ6 в зависимости от типа микроструктуры определены значения работ зарождения и распространения трещины при ударном нагружении. Полученные данные могут представлять практическую ценность при разработке слоистых материалов и конструкций.

         3. Разработаны технологические рекомендации по изготовлению и использованию слоистого материала из титанового сплава ВТ6 в конструкциях с повышенным сопротивлением разрушению при действии ударных нагрузок.

         4. Разработан новый способ изготовления сферической оболочки из слоистого материала, защищенный патентом РФ № 2380185.

         На защиту выносятся:

         3. 2. 4. 1. Результаты механических испытаний, демонстрирующие влияние различным образом расположенных относительно направления действующей нагрузки поверхностей соединения на ударную вязкость слоистого материала из титанового сплава ВТ6, полученного сваркой давлением.

                  2. Результаты исследования влияния относительной протяженности пор в зоне твердофазного соединения на механические свойства и особенности разрушения слоистого материала из титанового сплава ВТ6, полученного сваркой давлением.

                  3. Экспериментальные данные по оценке влияния количества слоев на ударную вязкость слоистого материала из титанового сплава ВТ6, полученного сваркой давлением.

                  Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Планами НИР Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем сверхпластичности металлов РАН на 2009-2011 гг. по теме: «Разработка научных основ интегральных технологий соединения материалов, основанных на сверхпластической формовке и сварке давлением, в том числе с использованием наноструктурного состояния» (№ гос. рег. 01200951801); в рамках Государственного контракта № 02.740.11.0128 по ФЦП «Кадры» по теме: «Проведение научных исследований коллективами научно- образовательных центров в области создания и обработки композиционных и керамических материалов»; Федеральной программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») в Республике Башкортостан» (проект № 12606 и гос. контракт № 6678р/9220 от 23.03.2009); гранта Республики Башкортостан молодым ученым и молодежным научным коллективам (Договор № 8 от 27.04.2012).

                  Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на Открытой школе-конференции стран СНГ «Ультрамелкозернистые и наноструктурные материалы», Уфа, 2008, 2010 и

                  3. 2. 4. 3. 1. гг.; IV, VI и VIII Всероссийской зимней школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники», Уфа, 2009, 2011 и

                              2. гг.; XVII Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов», Самара, 2009 г.; Международном форуме по нанотехнологиям «Rusnanotech-09», Москва, 2009 г.; II и III International symposium «Bulk Nanostructured materials: from fundamentals to innovations», Уфа, 2009 и 2011 гг.; VI и IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, Москва, 2009 и 2012 гг.; V Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2010 г.; Международной школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании», Уфа, 2009, 2010 и 2012 гг.; XI Международной конференции «Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС», Санкт-Петербург, 2010 г; Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения», Уфа, 2009, 2011 и 2012 гг; 52 и 53 Международной научной конференции «Актуальные проблемы прочности», Уфа, Витебск, 2012 г.; Второй Всероссийской молодежной школе-конференции «Современные проблемы металловедения», Пицунда, 2011 г.; JINIOR EUROMAT-2012, Lausanne, Switzerland, 2012.

                              Вклад автора. Соискатель лично проводил структурные исследования, механические испытания, а также принимал непосредственное участие в интерпретации и обсуждении результатов экспериментов, подготовке и написании научных публикаций.

                              Достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментальных данных, воспроизводимостью результатов экспериментов, интерпретацией результатов механических испытаний на основе данных микроструктурных исследований, а также фрактографического анализа, использованием современных приборов и методов измерения.

                              Публикации. Основное содержание диссертации представлено в 17 научно-технических публикациях, из них 12 научных статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК России, один патент РФ на изобретение.

                              Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 150 страницах, содержит 48 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 178 наименований.

                              Похожие диссертации на Механическое поведение слоистого материала из титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении

                              

                              Влияние сложного нагружения на деформационное поведение двухфазных титановых сплавов в условиях сверхпластичностиКашаев Ришат Мавлявиевич

                              

                              Взаимодействие сплавов алюминия с материалами пресс-форм и повышение их стойкости функциональными покрытиямиДенисов Павел Юрьевич

                              Разработка шлифовальных кругов на эпоксиполимерных связках для обработки высокоизносостойких магнитомягких сплавов и других материаловМордвинов, Виктор Георгиевич

                              

                              Получение композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов различного функционального назначения микродуговым оксидированиемСимцов Владимир Владимирович

                              

                              Научные основы разработки и получения слоистых композиционных материалов на поверхности твердых сплавов и оксидной керамики для повышения работоспособности режущего инструментаФадеев Валерий Сергеевич

                              

                              Повышение эффективности применения функциональных электроискровых покрытий на сталях и титановых сплавах путем создания электродных материалов с минеральными и самофлюсующимися добавкамиНиколенко Сергей Викторович

                              Особенности сверхпластической деформации дискретно армированных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавовКазыханов, Виль Узбекович

                              

                              Повышение структурной стабильности материала лопаток газотурбинных двигателей из сплава ЭП718 за счет ограничения температурного воздействия в процессе механической обработкиГинергарт Оксана Юрьевна

                              Структура и свойства керамических материалов из химически диспергируемых литийсодержащих алюминиевых сплавовТрифонов, Юрий Геннадьевич

                              

                              Разработка и обоснование технологии жидкофазного синтеза и легирования композиционных материалов на основе железа с пропиткой борсодержащими эвтектическими сплавамиГурдин, Виктор Иванович