Исследование влияния структурной неоднородности на свойства штампосварных конструкций из титановых сплавов

• Автор: Якимов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 150 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Аналитическая оценка влияния технологических операций изготовления конструкций из псевдо-а-титановых сплавов на их структуру и свойства
1.1. Основные факторы технологических операций изготовления титановых штамповок, влияющие на их структуру и свойства
1.2. Направления улучшения структуры и свойств штамповок
1.3. Выбор и обоснование цели и задачи исследований
Глава 2. Разработка и исследование метода определения температуры полиморфного а—>-(3-превращения (Тпп) в псевдо-а-титановых сплавах
2.1. Анализ влияния режимов нагрева и легирующих элементов на Тпп псевдо-а-титановых сплавов и их структурные изменения
2.2. Методы определения Т
2.3. Выбор, обоснование и исследование расчетного метода
определения температуры полиморфного превращения
Глава 3. Металлографические исследования эволюции зеренной и внутризеренной структуры заготовок из псевдо-а-титанового сплава при технологических нагревах под штамповку и термообработку
3.1. Анализ механических свойств полуфабрикатов из псевдо-а-
титанового сплава для оценки их предельных значений
3.2. Исследование влияния температуры нагрева под
окончательную штамповку псевдо-а-титанового сплава ВТ
на механические свойства
3.3. Технология изготовления штамповки
Глава 4. Исследование кинетики процесса формоизменения
заготовок из псевдо-а-титанового сплава в процессе технологического нагрева под штамповку
4.1. Технологический процесс нагрева заготовок из псевдо-а-
титановых сплавов под листовую штамповку
4.2. Кинетика процесса формоизменения заготовки при
электроконтактном нагреве под штамповку
Глава 5. Исследование структуры и физико-механических свойств металла сварного шва и зоны термического влияния псевдо-а-титановых сплавов в зависимости от тепловых режимов технологических операций изготовления деталей
5.1. Анализ физико-механических свойств в штампосварных
конструкциях
5.2. Исследование влияния термической обработки в интервале
температур а-^Р-предпревращения на свойства сварных
титановых конструкций
6. Общие выводы
7. Библиографический список использованной литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Исходя из требований к эффективности, экономичности и надежности современных ЛА, связанных с уменьшением материалоемкости, увеличением удельной прочности и жесткости конструкций наиболее перспективными конструкционными материалами для них являются титановые сплавы. Титан и его сплавы обладают весьма ценными свойствами: небольшой плотностью, высокой прочностью, высокой коррозионной стойкостью. Изготовление конструкций из титановых сплавов требует разработки ресурсосберегающих технологических процессов из-за их низкой теплопроводности, высокой химической активности, ограниченных возможностей холодной деформации и пониженной обрабатываемости резанием по сравнению со стальными конструкциями. Наиболее перспективным направлением является изготовление титановых конструкций штампосварными из прогрессивных точных заготовок (профили, листы, штамповки).
Опыт изготовления точных штамповок из титановых сплавов выявил ряд недостатков, основными из которых являются: а) неоформление геометрии деталей при штамповке с температур, близких к границе перехода из [5- к (а+Р)-области; б) нестабильность механических свойств и низкий уровень пластических характеристик.
Большинство сварных соединений из них по механическим свойствам укладываются в допустимые пределы для основного металла, но значительная часть (3...6 %) сварных соединений по пределу прочности на 10... 12 % меньше прочности основного металла.
Заслуживают внимания исследования изменения свойств металла титановых сплавов его фазовой перекристаллизации, обусловленной скоростью охлаждения, как в процессе литья, так и в процессе пластической деформации.
Имеет место явление субкритической сверхпластичности при температурах вблизи (ниже) температуры фазовых превращений и при определенной исходной структуре. Причина повышенной при этом «пластичности» - результат явления «предпревращения», при нагревании перед фазовым превращением или плавлением происходит значительное изменение свойств без изменения структуры, например, модуль нормальной упругости снижается в 2...3 раза.
Однако попытки комплексного решения проблемы улучшения свойств штампосварных титановых конструкций предпринимаются редко. При решении этой проблемы необходимы исследования свойств штампосварных кон-

нению с а-сплавами технологическая пластичность). Наглядным примером этому служит наиболее популярный промышленный сплав типа 6-4, соответствующий нашей марке ВТ6.
Другим преимуществом ванадия как легирующего элемента в титановых сплавах является отсутствие в системе ТьУ эвтектоидных реакций и ме-таллидных фаз. Этим практически исключается возникновение хрупкости при любых ошибках в проведении технологических процессов, связанных с нагревами.
С точки зрения литейных свойств достоинством сплавов титан-ванадий является очень узкий интервал кристаллизации, доказательством чему служит успешное применение сплава ВТ6 для фасонного литья (рис. 2.4).
Цирконий, как и гафний, является ближайшим аналогом титана, имеет близкую температуру плавления и также обладает полиморфизмом, а - и 13-модификации титана образуют непрерывные ряды твердых растворов с соответствующими модификациями циркония. При любой концентрации циркония р-фаза не фиксируется закалкой, а претерпевает мартенситное превращение в а-фазу [51 ...60].
По сравнению с другими легирующими добавками цирконий является для титана довольно слабым упрочнителем. Однако при повышенных температурах упрочняющее действие циркония проявляется сильнее. По этой причине цирконий нередко входит в состав жаропрочных титановых сплавов. Окалиностойкость титана при добавке циркония почти не изменяется при температурах нагрева до 600 °С, но при 700 °С и выше резко падает.
Ввиду сравнительно малого влияния на температуру аллотропического превращения титана цирконий принято относить к группе так называемых нейтральных упрочнителей (рис. 2.5).
В отличие от находящихся в пятой группе периодической системы ванадия, ниобия и тантала молибден находится в шестой группе и при общем внешнем сходстве его диаграмма состояния с титаном имеет существенные отличия от первых трех. Растворимость молибдена в а-титане не превышает 1%, а р-стабшшзирующий эффект является максимальным. Для фиксации сплошной Р-структуры путем закалки достаточно иметь 11% Мо. Добавка молибдена эффективно повышает прочность сплавов при комнатной и высоких температурах, а, кроме того, повышает термическую стабильность сплавов, содержащих хром и железо. Прочность сплавов титана с молибденом может быть значительно повышена путем закалки и старения (рис. 2.6) [61 ...75].