Кинетика структурных изменений в конструкционных титановых сплавах при их деформации с использованием импульсного электрического тока

• Автор: Купов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 199 с. : ил

Аннотация
В настоящей диссертации оценивается кинетика структурных изменений в титановых сплавах ВТ20 и ОТ4 при их деформации с применением импульсного электрического тока с целью выяснения возможности элек-тростимулированного холодного формообразования деталей, а также идентификации физических явлений, сопровождающих этот процесс.
Цель работы - определить механизм структурных изменений в конструкционных титановых сплавах, происходящих при их электропластиче-ской деформации и разработать рекомендации по оптимизации электроим-пульсной обработки сплавов ВТ20 и ОТ4.

Задачи, решаемые в работе:

1. Провести анализ известных публикаций в научно-технической литературе соответствующей тематики по вопросам практического применения электропластического эффекта (ЭПЭ) и его теоретического обоснования.
2. Модернизировать и дооснастить базовую испытательную установку ИМАШ АЛА-ТОО для обеспечения экспериментальных исследований ЭПЭ с широким спектром контролируемых параметров.
3. Исследовать явление ЭПЭ на модельных образцах из конструкционных титановых сплавов ВТ20 и ОТ4 при их электроимпульсной обработке (ЭИО).

4. Определить влияние ЭИО на следующие контролируемые параметры:

- величину и стадии ЭПЭ по изменениям мгновенных значений механических характеристик образцов;
- изменения микроструктуры сплавов с помощью метода акустической эмиссии (АЭ), как инструмента контроля кинетики тонких структурных процессов;
- изменения характерных механических свойств образцов, подвергавшихся ЭИО, таких как предел упругости, прочность, пластичность и т.п.

Научная новизна работы:
1. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что импульсы электрического тока вызывают переход дислокаций с высоких энергетических уровней на более низкие энергетические уровни, вследствие чего изменяются физико-механические свойства металла.
2. Экспериментально показано, что увеличение плотности электрического тока приводит к уменьшению сопротивления металлов деформированию.
Практическая значимость диссертации:
1. Создан испытательный комплекс для изучения физикомеханических процессов, сопровождающих ЭИО, в лабораторных условиях с применением метода АЭ.
2. Экспериментально получены критерии оптимизации режимов ЭИО титановых сплавов ВТ20 и ОТ4.
3. Разработаны технологические рекомендации по использованию ЭИО при формообразовании деталей из титановых сплавов давлением.
Реализация результатов работы заключается во внедрении на Комсомольском - на - Амуре авиационном производственном объединении технологических рекомендаций по использованию ЭИО.
Апробация работы проводилась на следующих научно- технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: Международная научная конференция «Синергетика 2000. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях», Комсомольск-на-Амуре, 2000г.; Всероссийская научно-техническая конференция «Материалы и технологии XXI века», Пенза, 2001г.; 1-я Евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур», Москва, 2002г.; 5-ое Собрание материаловедов России, Краснодар, 2001г.; Международная конференция «Слоистые композиционные материалы - 2001», Волгоград, 2001г.; The Sixth Sino-Russian International Symposium on New Materials and Technologies, Beijing, China, October 2001; III Международная конференция “Мик-

ромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений” (MPFP) на базе 41 Международного семинара “Актуальные проблемы прочности”, Тамбов, 2003г.; International Workshop «Mesomechanics: Fundamentals And Applications», Tomsk, Russia, August 2003; VII Российско-Китайский Симпозиум «Новые материалы и технологии», Агой, 2003г.
Публикации результатов диссертационной работы осуществлены в 11 научных статьях и докладах.
Работа содержит 155 листов текста, 80 рисунков, 7 таблиц, 140 библиографических источников, 27 приложений, всего 197 страниц.
Введение обосновывает актуальность темы диссертационной работы.
В первой главе приведён обзор научно-технической литературы по исследованию влияния ЭИО на физико-механические свойства металлов на сегодняшний день, по методам исследования процессов, происходящих при ЭИО; по методам исследования эффектов от ЭИО.
Во второй главе дана общая характеристика и область применения рассматриваемых в рамках работы титановых сплавов, приведены существующие способы интенсификации формоизменения заготовок из конструкционных металлов и сплавов, намечены задачи исследования.
В третьей главе описывается экспериментальная установка, оборудование и оснастка для проведения исследований.
В четвёртой главе описаны условия и параметры проведения экспериментов и полученные результаты исследования, приводится анализ результатов экспериментов и выводы по проделанной работе.

частота элекгромагнитного поля, Гц
Рисунок 3.7. Зависимость глубины проникновения электрического тока в титановых сплавах ВТ20 и ОТ4 от частоты переменного тока.
проводника было минимальным, необходимо увеличить глубину проникновения тока 5. Это достигается уменьшением частоты импульса тока, согласно полученным расчетам (рисунок 3.7). Однако при этом увеличивается время его действия, что приводит к увеличению нагрева проводника. Оптимальное соотношение между интегральной температурой исследуемого образца и глубиной проникновения тока определено опытным путем.
Наиболее простой способ формирования импульсов тока - это использование промышленной сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц. Преимущества такого способа получения импульсов тока -достаточно точное (с погрешностью отклонения формы импульса от синусоидальной полуволны ±5%) количественное определение сообщаемой образцу электрической энергии (7 [7], возможность регулировать ее с помощью автотрансформатора. Схема формирования электрических импульсов частотой 50Гц приведена на рисунке 3.8.
Силовой трансформатор марки ОСУ-20/0,5 позволяет получать в нагрузке токи до 2кА при соответствующем соединении секций вторичной