WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Ф.И.О

Воздвиженский Илья Николаевич

Название диссертации

Прогнозирование усталостных свойств титановых сплавов на основе анализа закономерностей их разрушения при динамических испытаниях

Специальность

05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов»

Отрасль науки

Технические науки

Шифр совета

Д 212.110.04

Тел. ученого секретаря

417-8878

E-mail

mitom@implants.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации

19 июля 2007г. в 14.00

Место защиты диссертации

Оршанская, 3, ауд. 220А

На правах рукописи

АСПИРАНТ

Воздвиженский Илья Николаевич

Прогнозирование усталостных свойств титановых сплавов на основе анализа закономерностей их разрушения при динамических испытаниях

Специальность 05.16.01 – «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена на кафедре «Материаловедение и технология обработки материалов» «МАТИ» – Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Мамонов Андрей Михайлович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Егорова Юлия Борисовна

– кандидат технических наук

Банных Игорь Олегович

Ведущее предприятие – ОАО НИАТ, г. Москва

Защита диссертации состоится 19 июля 2007 года в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.110.04 в «МАТИ» – Российском государственном технологическом университете им. К. Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Оршанская, 3, «МАТИ»РГТУ им. К. Э. Циолковского, ауд. 220А. Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью) просим направлять по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, 3, «МАТИ»РГТУ им. К. Э. Циолковского.

Тел.: (495) 417-8878, факс: (495) 417-8978.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан 18 июня 2007 года.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Скворцова С. В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Титановые сплавы в литом состоянии имеют сравнительно низкий уровень прочностных и усталостных свойств, что обусловлено в основном их крупнопластинчатой структурой. Разработка и внедрение новых технологий обработки титановых сплавов, в частности термоводородной обработки (ТВО), обеспечили широкие возможности преобразования литой структуры без применения пластической деформации. ТВО позволяет получать широкий спектр структур в литых изделиях из титановых сплавов всех классов, причем достигаемый комплекс механических свойств может быть не хуже, чем у изделий из деформированных полуфабрикатов.

Одной из важнейших характеристик литых изделий из титановых сплавов является их сопротивление усталости. В настоящее время для его определения применяют экспериментальные методы, однако они весьма трудоемки и дорогостоящи.

В ходе исследований различных полуфабрикатов из титановых сплавов были установлены качественные и количественные закономерности влияния их микроструктуры на механические свойства. Однако было показано, что усталостные свойства деформированных полуфабрикатов титановых сплавов статистически прогнозируются по структуре лишь в частных случаях, например, для одного сплава. Для литых титановых сплавов ситуация аналогична. Опубликованные исследования взаимосвязи микроструктуры и механических свойств с морфологией изломов титановых сплавов в большинстве случаев дают только качественные оценки. В то же время, морфология поверхности разрушения при механических испытаниях, как статических, так и динамических, зависит от механизма разрушения, который определяется структурным состоянием сплава и, следовательно, имеет прямую связь с механическими свойствами. Поэтому актуальной научной и практической задачей является исследование закономерностей разрушения и установление их количественной взаимосвязи со структурой и механическими свойствами титановых сплавов. Это позволит разработать достоверные методы прогнозирования усталостных свойств по результатам менее трудоемких и дорогих испытаний.

Целью настоящей работы является установление влияния структуры на закономерности разрушения литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л при динамических испытаниях, и разработка на этой основе методики прогноза их усталостных свойств.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  1. исследовать на макро и микроуровне закономерности разрушения титановых сплавов с разным типом и параметрами структуры, сформировавшейся в результате различных видов обработки, включая термоводородную обработку;
  2. установить взаимосвязь морфологии изломов и механизма разрушения литейных титановых сплавов с их структурой и свойствами;
  3. разработать методику количественной оценки морфологии изломов литейных титановых сплавов после различных динамических испытаний;
  4. установить статистические закономерности, позволяющие прогнозировать предел выносливости титановых сплавов с различной микроструктурой по количественным характеристикам морфологии изломов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Установлено, что преобразование путем ТВО исходной крупнопластинчатой структуры литых титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л в мелкопластинчатую с сохранением -оторочки по границам -зерна приводит к увеличению доли квазифасеточного излома от 5-10% до 40% в изломе образцов после испытаний на ударную вязкость и в зоне долома образцов после испытаний на предел выносливости за счет движения трещины вдоль -оторочки.
  2. Установлено, что устранение -оторочки в результате преобразования путем ТВО исходной литой структуры сплава ВТ20Л в ультрадисперсную приводит к тому, что продвижение фронта трещины становится нечувствительным к микроструктуре. Это увеличивает долю квазифасеточного рельефа в изломе до 90%.
  3. Для всех исследованных типов и параметров структур титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л показана идентичность морфологии излома образцов для испытаний на ударную вязкость и зоны долома образцов для испытаний на предел выносливости как на макро-, так и на микроуровне.
  4. Показано, что на микроуровне разрушение литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л происходит по механизму образования и слияния микропор независимо от структуры. При этом ямка микропластической деформации может быть принята в качестве базового элемента количественного анализа микроморфологии излома титановых сплавов.
  5. Установлена статистически достоверная взаимосвязь количественных характеристик морфологии излома литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л с их пределом выносливости.

Практическая значимость работы:

  1. Разработана методика количественной оценки морфологии излома образцов для испытаний на ударную вязкость и зоны долома образцов для испытаний на предел выносливости титановых сплавов, основанная на измерении размеров ямок микропластической деформации трех типов.
  2. Разработана методика статистического прогноза предела выносливости литейных титановых сплавов с различной структурой по количественным характеристикам излома образцов для испытаний на ударную вязкость с точностью, сопоставимой с точностью стандартных испытаний на предел выносливости.
  3. Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 150601 «Материаловедение и технология новых материалов» в Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьева.

Апробация работы. Материалы работы доложены на 9 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых – новой России» (Тула, ТГУ, 2004); Международной молодежной научно-технической конференции «Гагаринские чтения» (Москва, «МАТИ»РГТУ им. К. Э. Циолковского, 2004, 2005, 2006, 2007 г.г.); Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование и обработка информации в технических системах» (Рыбинск, РГАТА им. П. А. Соловьева, 2004); XII международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, МАИ, 2006); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (Москва, «МАТИ»РГТУ им. К. Э. Циолковского, «НМТ2006»), Международной конференции «Ti-2007 в СНГ» (Украина, Ялта, апрель 2007 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 работах. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Объем диссертации, ее структура. Диссертация содержит 178 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 16 таблиц. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы из 117 наименований.

Глава 1. Состояние вопроса

В главе на основе анализа литературных данных показано, что титановые сплавы отличаются большим разнообразием микроструктур, что сильно затрудняет оценку влияния микроструктуры на механические свойства. Наиболее полно данный вопрос изучен для деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов, однако существующие методики прогноза имеют ряд ограничений. Так, свойства деформированных титановых сплавов, особенно предел выносливости, прогнозируются в отдельных частных случаях, т. е. в рамках одного типа микроструктуры или одной схемы обработки сплава. Это вызвано тем, что различные типы и элементы микроструктуры проявляют принципиально различные взаимосвязи с механизмом разрушения сплавов. Например, крупнопластинчатая структура облегчает зарождение трещины, но снижает ее скорость роста, глобулярная структура, наоборот, затрудняет зарождение, но облегчает распространение трещины.

Вопрос о прогнозе механических свойств фасонных отливок из, псевдо и малолегированных (+)титановых сплавов практически не освещен в литературе, так как традиционными способами изменить их грубую пластинчатую структуру невозможно. Фасонные отливки из-за коробления не позволяют применять к ним методы термической обработки с жесткими условиями нагрева и охлаждения. В связи с этим литейные титановые сплавы существенно уступают деформированным сплавам по уровню усталостных свойств.

Приведены данные по эффективному применению водорода в качестве временного легирующего элемента в титановых сплавах различных классов. Показаны широкие возможности управления микроструктурой литых полуфабрикатов и фасонных отливок с помощью термоводородной обработки.

Рассмотрены современные методы исследования поверхностей разрушения материалов, показана важность метода фрактографии для изучения комплекса свойств различных сплавов. Проиллюстрирована перспективность совместного применения световой и растровой электронной микроскопии для анализа изломов.

Поставлена цель работы и сформулированы конкретные задачи исследований.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Исходными материалами для настоящей работы являлись образцы литейных титановых сплавов: псевдо сплава ВТ20Л и (+)сплава ВТ23Л – после испытаний на ударную вязкость и испытаний на предел выносливости. Химический состав сплавов приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав сплавов *

Сплав

Элементы, масс. %

Ti

Al

V

Mo

Cr

Zr

Fe

C

Si

O

N

H

ВТ20Л

осн.

6,20 -

6,40

1,37 -1,50

1,18 -

1,23

1,70 - 1,80

0,07 - 0,08

0,04 - 0,06

0,04 - 0,08

0,08 -

0,15

< 0,05

< 0,008

ВТ23Л

осн.

5,92 -

6,30

4,00 -

4,10

1,76 - 1,80

1,15 -

1,20

0,05 -

0,06

0,68 -

0,73

< 0,04

< 0,05

< 0,08

< 0,03

< 0,009

* интервал по трем плавкам каждого сплава

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»