Введение к работе
Актуальность. В нашей стране в 2010 году по инициативе ВИАМ, Российской академии наук и ряда других крупных научных центров была принята Технологическая платформа «Материалы и технологии металлургии», в рамках которой, в частности, предусматривается разработка технологии создания систем моделирования, расчета и проектирования высокоэффективных технологических процессов; прогнозирование оптимальных свойств и структуры; создание новых компьютерных методов диагностики и контроля материалов и конструкций.
Установление количественных связей механических и технологических свойств конструкционных материалов, в том числе и титановых сплавов, с их химическим составом является актуальной проблемой металловедения. Общие закономерности для прочностных свойств а-, псевдо а- и а+Р-титановых сплавов в зависимости от химического состава уже в основном установлены. Однако какие-либо обоснованные общие закономерности связи других механических свойств промышленных титановых сплавов с их химическим составом до сих пор не выявлены. Вместе с тем за годы исследования титана и его сплавов накоплен большой экспериментальный, теоретический и практический материал по металловедению и термической обработке, в частности, обоснованы основные принципы легирования титановых сплавов, разработаны методы и режимы их термической обработки, установлены зависимости механических свойств от химического состава, структуры, режимов термической обработки. Кроме этого, на предприятиях, выпускающих полуфабрикаты и изделия из титановых сплавов, к настоящему времени накоплено много данных входного и выходного контроля по химическому составу и механическим свойствам. Это позволяет применить статистический подход к разработке методов прогнозирования механических и технологических свойств различных полуфабрикатов из титановых сплавов. Все вышесказанное позволяет констатировать, что исследование
статистических закономерностей механических и технологических свойств
промышленных полуфабрикатов из титановых сплавов в зависимости от химического состава, установление их количественной взаимосвязи и разработка на этой основе достоверных методов прогнозирования механических свойств и обрабатываемости резанием является актуальной научной и практической задачей.
Цель настоящей работы состояла в установлении статистических закономерностей влияния химического состава и структуры на механические свойства и характеристики обрабатываемости резанием различных полуфабрикатов из титановых сплавов и разработке на этой основе методов прогнозирования их механических и технологических свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Обобщить и статистически проанализировать литературные данные
по химическому составу, механическим свойствам, обрабатываемости
резанием различных полуфабрикатов из отечественных и зарубежных
титановых сплавов разных классов в отожженном состоянии.
2. Собрать и обобщить результаты промышленного контроля
химического состава и механических свойств различных полуфабрикатов
(слитки, прутки, поковки) из титановых сплавов, изготовленных на разных
предприятиях с 1970 по 2011 гг.
-
Провести корреляционно-регрессионный анализ для исследования зависимостей механических свойств и коэффициента обрабатываемости резанием от содержания легирующих элементов, примесей, параметров структуры, а также проанализировать взаимосвязь механических свойств для различных полуфабрикатов.
-
На основе проведенных исследований разработать математические модели для прогнозирования механических свойств и обрабатываемости резанием титановых сплавов. Провести проверку предложенных моделей.
Научная новизна работы:
1. Доказана возможность использования эквивалентов по алюминию и
молибдену для прогнозирования прочностных и пластических свойств
различных деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов.
Построены диаграммы, позволяющие оценить с вероятностью 0,95 уровни
предела прочности и относительного удлинения отожженных прутков
диаметром 8-60 мм титановых сплавов всех классов в зависимости от
эквивалентов по алюминию и молибдену.
-
Установлено, что коэффициенты регрессии, характеризующие влияние эквивалентов по алюминию и молибдену на предел прочности, относительное удлинение, поперечное сужение и ударную вязкость, не зависят от видов деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов. На основе проведенных исследований уточнены коэффициенты упрочнения для прочностных эквивалентов по алюминию (60±5 МПа/% ) и молибдену (50±5 МПа/%).
-
Показано, что для штампованных поковок сплава ВТЗ-1 после изотермического отжига доля вариации механических свойств, обусловленная колебаниями химического состава, составляет -40%, а влиянием типа и параметров структуры - -20%. Для количественной оценки предела прочности в уравнение регрессии введена поправка, которая зависит от типа и параметров структуры.
Практическая значимость работы:
1. Получены уравнения регрессии, позволяющие прогнозировать
кратковременные механические свойства отожженных прутков и поковок из
титановых сплавов в зависимости от содержания легирующих элементов и
примесей, выраженного через эквиваленты по алюминию и молибдену.
2. Разработана методика оценки обрабатываемости резанием
деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов в зависимости от
* здесь и далее указаны % по массе.
химического состава и физико-механических свойств. Методика позволяет определять режимы термической обработки и режимы резания, обеспечивающие повышение эффективности механической обработки титановых сплавов.
Результаты работы использованы ЗАО «Имплант МТ» при назначении режимов термической обработки и режимов резания при изготовлении изделий медицинского назначения, что подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на
10 научно-технических конференциях, в том числе: на XXXVI - XXXIX
Международных молодежных научных конференциях «Гагаринские чтения»
(Москва, МАТИ, 2010-13), на 65-ой Международной научно-технической
конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного
автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» (Москва, МГТУ МАМИ, 2009), на Всероссийских конференциях молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, МВТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, 2011), на Международной научно-технической конференции «Автомобили и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров» (Москва, МГТУ МАМИ, 2010), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2010» (МАТИ, 2010), на ХХХХ юбилейной Международной научно-практической конференции «Неделя науки СПбГПУ» (С-Петербург, 2011).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 21 работе, в том числе в 4 ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Объем диссертации, ее структура. Диссертация изложена на 114
страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 80 таблиц. Работа
состоит из введения, 5 глав, выводов по работе, списка литературы из
наименований и приложений. 6
