Введение к работе
Актуальность работы
Материалы современной авиационной техники характеризуются все более высокими требованиями к комплексу служебных свойств в сочетании с жесткими требованиями к надежности элементов конструкций из этих материалов. Повышение служебных характеристик достигается с помощью усложнения состава и технологии получения полуфабрикатов из этих материалов. Это приводит к необычному характеру корреляций между составом, структурой, технологиями и служебными свойствами. По этой причине надежность эксплуатации конструкций из современных материалов требует развития количественных методов характеризации их структурного и напряженного состояний, таких как фазовый состав, текстура и остаточные напряжения.
Количественный фазовый анализ необходим практически для всех сплавов титана, поскольку позволяет выявить объективные критерии оптимизации составов сплавов и технологии их обработки. Тем не менее, в наибольшей степени количественные соотношения а- и Р" фаз необходимы для высокопрочных псевдо-Р-сплавов, для которых характерна повышенная чувствительность комплекса свойств к технологии.
Высокий уровень анизотропии механических и упругих свойств титановых и магниевых сплавов, который в значительной степени связан с кристаллографической текстурой, требует развития простых и надежных способов количественной оценки анизотропии различных видов полуфабрикатов на основе измерения их текстуры.
Остаточные напряжения являются важным объектом металловедческих исследований, поскольку они с одной стороны оказывают существенное влияние на механические свойств, прежде всего усталостные, но также отражают деформационную картину технологического процесса. Наиболее эффективным методом измерения остаточных напряжений является рентгеновский метод, который является единственным неразрушающим методом, позволяющим, определить все компоненты тензора напряжений. Механические методы позволяют измерить
только сумму главных напряжений, что сильно ограничивает их применение, в особенности для случаев, когда эти напряжения имеют разные знаки.
Однако при использовании рентгеновских методов для измерения остаточных напряжений в модифицированных поверхностных слоях возникают серьезные методические проблемы, связанные с наличием в этих слоях неоднородного распределения напряжений и химического состава.
Поэтому представляется актуальным совершенствование методов количественного фазового анализа, измерения остаточных напряжений и оценки анизотропии механических свойств на основании текстурных данных для ряда промышленных сплавов на основе титана, алюминия и магния.
Цель работы состояла в совершенствовании количественных рентгеновских методов оценки фазового состава, остаточных напряжений и текстуры для установления объективных критериев оптимизации состава сплавов и технологии получения полуфабрикатов и изделий авиационной техники.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать метод и расчетную программу количественного фазового анализа на основе измерения параметров решетки Р-твердого раствора для двухфазных сплавов на основе титана, таких как ВТ6, BT20,Grade 9, Grade 9М, BT23,VST5553.
Усовершенствовать рентгеновский метод измерения остаточных напряжений применительно к материалам с неоднородным химическим составом поверхностных слоев.
Разработать метод оценки распределения остаточных напряжений по сечению изделия, учитывающий эффект релаксации этих напряжений при последовательном удалении поверхностных слоев в процессе измерения и провести исследование формирования остаточных напряжений при дробеструйной обработке А1 сплавов Діб, 1420 и 1424.
Разработать простые количественные методы оценки анизотропии свойств полуфабрикатов по текстурным данным с помощью коэффициентов Кернса, а также
факторов Шмида для базисного и призматического скольжения соответственно для сплавов магния и титана.
Научная новизна работа состоит в следующем:
На основе оригинальной методики оценки распределения остаточных напряжений по глубине изделий, учитывающей релаксацию напряжений при последовательном удалении слоев, впервые экспериментально получено распределение остаточных напряжений по сечению листов сплавов алюминия после дробеструйной обработки.
Показано, что количественные параметры текстуры в виде коэффициентов Кернса, а также усредненных факторов Тейлора для наиболее легких систем сдвига (базисное и призматическое скольжение соответственно для магния и титана) могут быть эффективно использованы для прогнозирования анизотропии прочностных свойств текстурированных полуфабрикатов из сплавов на основе титана и магния.
На основе новых методических решений установлены количественные корреляции механических свойств поковок из сплава VST5553 с фазовым составом и значениями коэффициентов распределения легирующих элементов в а- и Р-фазах в зависимости от условий деформации и термической обработки сплава.
Практическая значимость работы:
Разработана методика оценки распределения остаточных напряжений по глубине изделий, которая может быть эффективно использована для оценки распределения остаточных напряжений по сечению массивных изделий после различных видов поверхностной упрочняющей обработки, сварки и обработки резанием.
Усовершенствована методика измерения остаточных напряжений в поверхностных слоях, характеризующихся градиентом концентрации элементов внедрения или замещения, основанная на использовании характеристик анизотропии упругих свойств сплавов с кубической и ГП решетками.
Разработана методика и расчетные программы для количественного фазового анализа двухфазных сплавов титана (ВТ6, BT20,Grade 9, Grade 9М, ВТ23, VST5553), основанная на измерении периода решетки твердого раствора |3-фазы,
позволяющая также оценивать коэффициенты распределения легирующих элементов в а- и |3-фазах.
Апробация работы. Результаты работы доложены на 3 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: на Молодежных научно-технических конференциях "МАТИ" - РГТУ им. К.Э.Циолковского "Гагаринские чтения" (2008 г., Россия), на VI Всесоюзном совещании «Быстрозакристаллизованные материалы и покрытия» (2008 г.), на конференции СНГ по титану «Ті-2005 в СНГ».
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 работах, список которых приведен в конце автореферата, в том числе в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией - 3.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 124 наименований и Приложения. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 21 таблицу.
