автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Особенности структурных и фазовых превращений в титановых заготовках в процессе высокоскоростного пластического деформирования

На правах рукописи

00345Ьи^1э

КРЫЛОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТИТАНОВЫХ ЗАГОТОВКАХ В ПРОЦЕССЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Специальность: 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2008 д 5 дэд 2008

003455036

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский институт Машиностроения» (ВТУЗ-ЛМЗ)

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках гранта № 05-08-65442а

Научный доктор технических наук, профессор,

руководитель: Скотникова Маргарита Александровна

Официальные доктор технических наук, профессор,

оппоненты: Рыбников Александр Иванович

Ведущая организация: Институт проблем машиноведения российской

академии наук.

Защита состоится " 16 " декабря 2008 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д212.229.19 в ГОУ ВПО Санкт-Петербургском государственном политехническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д. 29, лабораторно-аудиторный корпус, кафедра «Машины и технология обработки металлов давлением». Факс: (812) 540-01-59 е-таП: elmic@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан " 14 " ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,

Иголкин Андрей Иванович

доктор технических наук, профессор

Востров В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие научно-технического прогресса в области создания титановых изделий нового поколения требует совершенствования существующих и разработки принципиально новых научно-обоснованных, контролируемых технологических процессов, учитывающих структурные и фазовые превращения, как в материале заготовки на этапе её механической обработки, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации, что обеспечит повышение качества и надежности работы деталей машин и изделий, увеличение их срока эксплуатации, что является одной из наиболее важных народнохозяйственных проблем.

Среди современных высокопроизводительных технологических процессов все более возрастает удельный вес эффективных высокоскоростных технологических процессов, со скоростью деформации 10+4...10+6, Усек. В различных областях промышленности используется энергия взрыва и другие методы получения ударных волн для ковки, штамповки, прессования порошков, лезвийной обработки материалов.

Однако, при высокоскоростной обработке заготовок известны случаи охрупчивания поверхностей готовых изделий, например: «эрозия» лопаток паровых турбин в результате каплеударного воздействия частицами водяного пара; формирование «прижогов» в поверхностных слоях деталей при высокоскоростном шлифовании; интенсивный износ инструмента при повышении скорости механической обработки сверх определенного уровня.

Титан и его сплавы занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов. Уникальное сочетание высокой удельной прочности и вязкости разрушения, коррозионной стойкости, немагнитности и высокой температуры плавления - определили их широкое применение в машиностроении, особенно при создании лопаток паровых турбин.

Однако титан имеет и свои специфические особенности, к которым, прежде всего, относится его полиморфизм, склонность к фазовым превращениям, высокая чувствительность низкотемпературной а- модификации к концентраторам напряжений и снижение её вязко-пластических свойств при высокоскоростном нагружении. Это, вероятно, обусловлено анизотропией ГПУ- решетки титана а, следовательно, анизотропией упругих и диффузионных свойств, а также, низкой теплопроводностью. Известно, что внутренние напряжения в металлах, вызванные градиентом температуры, пропорциональны отношению коэффициента теплового расширения к теплопроводности и упругой податливости. Для М§, Ъх, Т1 эти отношения оказываются на порядок выше, чем в меди (с ГЦК) или молибдене (с ОЦК - решеткой).

К сожалению, отсутствуют систематические исследования структурных и фазовых превращений и связанного с ними перераспределения легирующих элементов при определенных высоких ударных нагрузках и контактных температурах в сплавах титана. Поэтому, работа по установлению закономерностей структурных и фазовых превращений, а также их влияния на повышение стойкости материала инструмента и надежности работы готовых изделий при высокоскоростной обработке, является, безусловно, актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в изучении закономерностей структурных и фазовых превращений под действием высокоскоростной обработки, с учетом упруго-напряженного поля, создаваемого в объеме титановых заготовок, как на этапе их механической обработки, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации, направленных на повышение стойкости материала инструмента и надежности работы готовых изделий.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• изучить и проанализировать причины потери работоспособности инструмента при повышении скорости механической обработки сверх определенного уровня;

• исследовать структурные и фазовые превращения в объёме титановых заготовок при высокоскоростной их механической обработке лезвийным инструментом с целью обеспечения возможности прогнозирования свойств поверхности и управления процессом стойкости материала режущего инструмента;

• провести эксперименты по исследованию процессов протекающих в заготовках при высокоскоростной их механической обработке при одноосном ударном нагружении;

• получить комплекс экспериментальных результатов по: оценке кратковременных механических свойств исследованных сплавов при комнатной и повышенных температурах; изучению коэффициентов пар трения; оценке линейного износа инструмента после лезвийной обработки исследованных сплавов;

• разработать компьютерную программу и произвести расчёт полей внутренних напряжений термической анизотропии, создаваемых в объеме титанового полуфабриката вдоль границ зёрен с ГПУ- кристаллической решёткой при резких температурных и деформационных изменениях.

Научная новизна.

• Показано, что при высокоскоростном нагружении двухфазных титановых сплавов, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по мере своего движения модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо- объемы.

• Показано, что после прохождения прямой волны, от тыльной стороны в материале заготовки формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, которая проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв.

• Разработана компьютерная программа и произведен расчет полей напряжений термической анизотропии, возникающих на границах зерен титана с ГПУ-решеткой при теплосменах. Наиболее "опасными", вызывающими остаточные напряжения растяжения, являются призматические границы зерен, ориентировки гексагональных осей которых приблизительно параллельны границе раздела.

• Показано, что в поверхностном слое с тыльной стороны заготовки были обнаружены структурные вихри - эпицентры формирования ротаций. Показано, что зарождение вихрей, происходит вблизи наиболее опасных для сплавов титана, вы-

зывающих растягивающие внутренние напряжения, призматических границ зерен.

• Показано, что причиной снижения износостойкости инструмента при механической обработке двухфазных титановых сплавов, является формирование в материале заготовки модулированных высокопрочных вторичных структур, что приводит к повышению защитной износостойкости обрабатываемого материала заготовки, но снижает износостойкость режущей кромки инструмента.

• В результате проведенных исследований получены новые технические решения, подтвержденные патентом РФ.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный комплекс результатов структурных и фазовых превращений и физико-механических свойств титановых сплавов после высокоскоростной обработки позволил дать рекомендации для повышения качества поверхности титановых изделий, путем создания регламентированной структуры с заданными и стабильными свойствами.

• Результаты работы были использованы на предприятиях НИИ "Энергосталь", ОАО "ЛМЗ", ООО "Орис-ММ".

• Результаты работы нашли отражение при проведении автором практических занятий по дисциплине "Физика технологических процессов в машиностроении".

Достоверность результатов обеспечивается использованием фундаментальных положений физики твёрдого тела, большим объемом экспериментов, выполненных с привлечением современных методов исследования (стандартных и специально разработанных).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 11 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на: международной конференции «Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка», ПИМаш, СПб, 2002; II международной конференции «Технологии третьего тысячелетия», ПИМаш, СПб, 2002; VII Санкт-Пегербургской ассамблее молодых учёных и специалистов «Молодые учёные - Промышленности Северо-западного региона», СПбГПУ, СПб, 2002; XIV международной конференции «Петербургские чтения по проблемам прочности», РАН, СПб, 2003; международном форуме «Технологов-машиностроителей», ПИМаш, СПб, 2004; III международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, 2004; 10°", 11ой, 12ой международных научно-технических конференциях «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», СПбГУНиПТ, СПб, 2004, 2005, 2007; 13th American Physical Society Topical Conference on «Chock Compression of Condensed Matter», Portland, Oregon ,USA, 2003; II международной школе «Физическое материаловедение», УГТУ, Тольятти, 2006; I, II международных симпозиумах «Физика и механика больших пластических деформаций», ЦНИИ КМ «Прометей», СПб, 2002 2007; The 11th World Conference on Titanium, Kyoto, Japan, 2007; First forum of young researchers. In the framework of International Forum "Education Quality - 2008", ИжГТУ, Ижевск, 2008.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 31 печатных работах, в том числе в 1 патенте. 1 работа опубликована в рецензируемом научном журнале рекомендованном ВАК. Библиографический список основных работ приведён в конце автореферата.

Диссертационная работа была поддержана и выполнена автором: - в рамках личного Гранта среди студентов и научной молодежи Санкт-Петербурга в 2003 г на тему «Структурно-фазовые превращения в металлических заготовках при высокоскоростном нагружении» (н.р. М.А. Скотникова); - в рамках личного Гранта среди аспирантов и научной молодежи Санкт-Петербурга в 2006 г на тему «Повышение эффективности высокоскоростной механической обработки титановых заготовок с учётом волновой теории пластической деформации» (н.р. М.А. Скотникова); - в рамках Гранта РФФИ на тему «Структурно-фазовые превращения в металле лопаток паровых турбин из сплавов титана после высокоскоростной обработки» № 05-0865442 (2005-2008 гг.) (н.р. М.А. Скотникова).

Структура и объем работы Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 135 наименований и приложения, изложена на 1#9 страницах, включая: 23 - таблицы, 103 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, поставлены основные задачи. Показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, даны сведения об апробации работы.

В первой главе приведён обзор теоретических и экспериментальных результатов работ, посвященных исследованию процессов высокоскоростного нагружения у нас в стране и развитию вопроса в различных странах. Проводится анализ состояния вопроса, формулируются задачи исследования с учётом волновой теории пластической деформации, физико-механических и тепловых процессов при высокоскоростном нагружении металлических заготовок, в частности титановых сплавов.

Во второй главе сделано обоснование выбора материалов и основных методов для исследования. Исследования проводились как с использованием стандартной аппаратуры, установок, компьютерных программ, так и оригинальных испытательных стендов. Проводилось комплексное исследование физико-химического, структурно-фазового состояний деформированных заготовок из двухфазных сплавов титана после высокоскоростного нагружения ударной волной со скоростью 200...600 м/сек.

Методами оптической металлографии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного, микрорентгеноспектрального анализа, испытания на микротвердость и установление их связи с механическими свойствами, а также с откольной прочностью, исследованы структурные и фазовые изменения происходящие в материале образцов из титановых сплавов ПТ-ЗВ, ОТ4, ВТ6, ВТ-23 испытанных при скоростях пластической деформации 105...106 с"1. Испытания были выполнены с использованием плоских заготовок - образцов обработанных ударной волной с помощью пневматической пушки, взрыва и лезвийного инструмента.

В третьей главе представлены результаты исследования полей напряжений термической анизотропии на границах раздела в ГПУ металлах.

В процессе высокоскоростного воздействия и теплосмен, по сечению металлических заготовок возникает повышенная склонность мегалла к деформационной и температурной неоднородности, что обусловливает появление в объеме заготовок механических и термических внутренних напряжений. В отличие от изотропных металлов с кубической сипгонией (ГЦК, ОЦК), в анизотропных ГПУ- титановых полуфабрикатах при резких теплосменах, вдоль границ зёрен могут дополнительно возникать мощные не скомпенсированные внутренние напряжения. Это происходит в связи с неодинаковым тепловым расширением зёрен в долевом и поперечном направлениях (Да) относительно их гексагональных осей. Была произведена теоретическая оценка полей внутренних напряжений термической анизотропии (оОС1/АТ) (1), возникающих на границе двух соседних а- зерен с ГПУ- решеткой, в зависимости от угла разориенти-ровки (У) их гексагональных осей (Г.О.) и угла их ориентации (Р) относительно общей границы раздела, при изменении температуры на 1 градус, рис. 1.

а_=_(а„~«1)[со5/?-со?(/?+Ч0]_

ДТ ^¡п уЗ+зт^+^+^М ^+со8,(/?+Ч0]+С2513+5н)[со8 т!/?+со;Г(/?+Ч05т:(/?+у/)]

где, ст0СТ- внутреннее напряжение, возникающее на границе двух соседних ГПУ-зерен при резком изменении температуры на АТ, °С;

осу - коэффициент линейного расширения вдоль оси "с" ГПУ- решётки;

а - коэффициент линейного расширения вдоль оси "а" ГПУ- решётки;

8,1, - коэффициенты упругой податливости.

Расчет полей напряжений производили по специально разработанной программе на ЭВМ, рис. 2. Как показали результаты, для титана и его сплавов наиболее опасными, вызывающими остаточные напряжения растяжения, являются призматические границы зерен (Ч|/=90°), ориентировки Г.О., которых приблизительно параллельны границе раздела (Р=0°). Самыми благоприятными, вызывающими остаточные напряжения сжатия являются базисные границы раздела (у=90°) с 90- градусными или близкими к ней ориентировками Г.О. ((3=90°).

В четвёртой главе представлены результаты исследования структурных и фазовых превращений в титановых заготовках после ударного погружения.

Материалом для исследования являлись плоские мишени- образцы толщиной 7 мм и диаметром 52 мм из двухфазных (а + Р) титановых сплавов ПТ-ЗВ, ОТ4, ВТ6, ВТ-23, испытанных ударником, или взрывной волной со скоростью нагружения 300...600 м/с, что соответствовало диапазону скоростей деформации 105...106 сек"1.

зи границ двух гексагональных зерен.

Рис. 2. Напряжения термической анизотропии вблизи границ зерен в титане.

Ударная волна формировалась с помощью пневматической пушки с диаметром ствола 37 мм и диаметром стального ударника 30 мм, рис. 3. Ударник по нормали налетал на покоящийся образец, при этом, как в образец, так и в ударник распространялись сжимающие волны нагрузки, которые, отразившись от свободных поверхностей образца и ударника, формировали волны разгрузки. При встрече волн разгрузки, происходило их взаимодействие, усиление растягивающих напряжений и возможно формирование в образце откольной «тарелочки», рис. 3. При нагружении со скоростью .менее 500 м/с, откол не образовывался. При скоростях нагружения более 500 м/с образец разбивался на две части: «основную» и «откольную».

В образовавшейся откольной щели ступенчатой формы можно выделить три зоны разрушения. Зона 1 — «эпицентр» ударной волны диаметром не более 15 мм, в котором формировались характерные «туннели» ориентированные вдоль направления удара. Зона 2 - кольцеобразная «периферия» ударной волны шириной не более 15 мм. Возможно, в этой зоне происходило поперечное растекание ударной волны с потерей скорости и энергии. Зона 3 - «долом», рис. 3.

Как показали фрактографические исследования, в изломе разрушенной мишени в зоне 1 формируются фрактурные мезо- объёмы округлой формы размером 100...200 мкм и 300... 400 мкм, в центральной части и на расстоянии 11 мм от центра, соответственно. Такие мезо- объёмы могли быть сформированы в результате ротационного механизма пластической деформации и разрушения вдоль их границ раздела, направление которых совпадало с направлением действия максимальных напряжений.

Измерения микротвёрдости с шагом 20 мкм, при нагрузке 20 г проводили на поперечных шлифах образцов- мишеней, в зоне 1, в «основной» и далее в «отколь ной» частях по следу движения ударной волны., в центральной части и на расстоянии 4 и 11 мм от центра. Результаты показали, что в образцах испытанных без образования откола, изменения микротвердости были не велики и колебались вблизи исходных значений. Напротив, в разрушенных образцах в материале «основной» части

наблюдалось упрочнение, а в «откольной» части, особенно в центре, имело место сильное 4-х кратное разупрочнение материала, рис. 4, а.

В «основной» части образцов, в зоне 1, рис. 5, результаты измерения микротвердости после ударного нагружения имели волнообразный характер с размером полуволн 100...200 мкм. По сравнению с центральной волной, фаза переферий-ной волны напряжений, отстоящая от центра на 4 мм, находилась в противофазе и поэтому, их напряжения оказывались скомпенсированными, сохраняя относительную стабильность внутри мезо- объёмов размером 100... 200 мкм.

Результаты пошагового рентгеноструктурного анализа в «основной» и далее в «откольной» частях образца-мишени по следу движения ударной волны представлены на рис. 4, б, в.

На входе в материале «основной» части образца, рис. 3, «волна нагрузки» приводит к распаду (3(а)- фазы и обогащению ванадием а((3)- фазы вплоть до формирования мягкой орторомбической а - фазы с параметром кристаллической решётки 3,212 А, вызывающей эффективное торможение ударной волны, рис. 4, б. Как показали результаты, рис. 4, в, в материале поверхностного слоя на входе в «основную» часть образца, (3- фаза отсутствует.

Далее ударная волна проходит через всё сечение образца и отражается от тыльной его стороны «откольной» части, формируя «волну разгрузки», рис. 3. Как показали результаты электронномикроскопических исследований, в материале поверхностного слоя с тыльной стороны происходит смена механизма пластической деформации. К трансляционному (сдвиговому) механизму однородной пластической деформации подключается её ротационная (поворотная) мода. Ротационный механизм деформации сохраняется вплоть до разрушения образца и носит локализованный характер и сопровождается тепловыделением. Об интенсивном тепловыделении в тыльной стороне мишени свидетельствуют результаты резкого снижения значений микротвёрдости, рис. 4,а и рентгеноструктурного анализа, рис. 4, б, в.

Уменьшение параметра Р(Р)- фазы до уровня 3,183 А, как известно, подтверждает её нагрев в двухфазной (а+Р)- области и обогащение Р- стабилизирующими легирующими элементами.

"основная" часть мишени

Рис. 3. Схема разрушения образца-мишени из сплава ВТ6 при скорости ударного нагружения 568 м/с. Размеры указаны в мм.

■в 3,24 га

5 3,23 ю

I 3,22

.5

а 3,21 а

1 V

га

£ 3,19 3,18

I I I 1

I

' I 1

\

I \

\

\ Исходное -

. Л....

1ч

О □

Волна нардеки =>

. РФ»

иа разгрузки

*

б)

— 1 1 1 1 1 II 1 II II 1 1 1 1 11 1 В(м> 1111

А *\> м

1с 0? -

Во аг •

Л / г V и 1 III

\ р* > <= Во лма р гегрузки

Основа 1 II 1 1 1111 I I I I

в)

150 200 250

Расстояние х ?0, мкм

Рис. 4. Результаты измерения микротвердости (а), параметра решётки (б) и количества (в) (5- фазы вдоль направления движения ударной волны мишени из сплава ВТ6 после ударного нагр ужения со скоростью 568 м/с.

На выходе в материале «откольной» части образца, «волна разгрузки» приводит к распаду мягкой Р(Р)-фазы и превращению её в хрупкую ю- фазу с параметром кристаллической решётки 3,256 А, когерентно связанную с Р(Р)- фазой, рис. 4, б. В этих местах возникают зародышевые микротрещины. Как показали многочисленные панорамы, ные на тронно-микроско-пических образцах вырезанных в объёме мишени испытанной при скорости 446 м/с., на выходе в поверхностном слое с тыльной стороны были обнаружены вихри - эпицентры формирования ротаций. Показано, что зарождение вихрей в сплавах титана, происходит вблизи наи-

получен-32 элек-

более опасных при теплосменах, вызывающих внутренние растягивающие напряжения, призматических границ зерен.

Таким образом, в сплавах титана после ударного нагружения со скоростью 300.. .600 м/с, формируется сжимающая ударная волна нагрузки, которая модулирует

структуру материала, разбивая се на мезо-объемы размером 100...400 мкм.

Внутри ме-зо-объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (уменьшение количества) прослоек пересыщенного ß- твердого раствора, рис. 4,в с образованием относительно мягкого орторомбического мартенсита а - фазы, вызывающего эффективное торможение ударной волны.

Вдоль границ мезо- объёмов формируется разориентированная сверхмелкая наноструктура с размером субзерен 0,15...0,20 мкм, которая имеет повышенную микротвердость и даст в режиме Вдоль границ мезо- объёмов формируется разориентированная сверхмелкая наноструктура с размером субзерен 0,15...0,20 мкм, которая имеет повышенную микротвердость и даст в режиме микродифракции «кольцевые» электронограммы, рис.6, а.

Как было показано в более ранних работах, чем более обогащены ß- прослойки титановых сплавов одноименными ß- стабилизирующими легирующими элементами, тем распад ß- прослоек, развивается при более низких температурах и за более длительное время. Поэтому с увеличением скорости и сокращением времени ударного нагружения, ß- прослойки более легированных сплавов ВТ23 и ВТ6 оказались более устойчивы к распаду а значит, к однородной пластической деформации и были более труднообрабатываемыми по сравнению со сплавами ПТЗВ и ОТ4, рис. 6.

Внутри соседних мезо- объёмов фазы волн напряжений противоположны по знаку, (находятся в противофазе) и таким образом, оказываются скомпенсированными, сохраняя относительную стабильность.

В пятой главе представлены результаты исследования структурных и фазовых превращений в титановых заготовках после скоростной механической обработки.

Обработка титановых сплавов ПТ-ЗВ и ВТ-23 проводилась резцом ВК8 без смазки со скоростью подачи S = 0,26 мм/оборот и глубиной резания t=3MM, в диапазоне скоростей резания 2...380 м/мин. Геометрические параметры резца составляли углы: ф=45°; (pi=15°; а=6°; у=12°. Проводились сравнительные испытания на высокопрочных сплавах на основе алюминия (сплав АМц) в диапазоне скоростей реза-

Рис. 5. Изменение микротвердости в образце-мишени из сплава ВТ6 вдоль направления движения ударной волны со скоростью нагружения 568 м/с в зоне 1 в центре и на расстоянии 4 мм от центра.

Рис. 6. Электронно-микроскопические снимки структуры после нагружения взрывной волной металла заготовки из сплава ОТ4 (а) и ВТ-23 (б), х 24000.

ния 2...380 м/мин. Геометрические параметры резца составляли углы: ф=45°; ф1=15°; а=6°; у=12°. Проводились сравнительные испытания на высокопрочных сплавах на основе алюминия (сплав АМц) в диапазоне скоростей резания до 6000 м/мин, и железа (сталь ХВГ) при скоростях 2...275 м/мин. В таблице 1 представлены их химический состав и физико-механические свойства.

Таблица 1

Химический состав и механические свойства исследованных сплавов.

Марка сплава Химический состав, вес.% ов, МПа МПа 8, % Ц А, Вт / (м-К)

АМц АЬ- 1,5Мп-О.7Ре-0,68ьО,2Си-О,1гп 110 60 33 1,9 0,53

ХВГ Ре- 1 С-1,5 \У-1 Сг-1 Мп-0,3 725 375 25 1,25 0,18

ВТ-23 "Л- 5А1-5У-2Мо-1Сг-0,5Ре 995 925 14 0,61 0,045

В направлении от алюминия к титану, имеет место значительное увеличение температуры плавления, прочности, коэффициента трения (ц), удельного электросопротивления, снижение пластичности, теплопроводности (X), коэффициента теплового расширения (а) и увеличение отношения последних величин (а/А.), пропорционального внутренним напряжениям в материалах при теплосменах. Поэтому, по сравнению с алюминиевыми, в титановых сплавах перенапряжения оказываются выше и релаксационные процессы развиваются более активно.

При лезвийной обработке металлических заготовок, на стружкообразование влияют многие факторы: физико-механические и химические свойства контактирующих материалов, геометрия резца, трение, скорость, степень и температура деформации.

Полученные зависимости влияния на прочностные свойства температуры деформирования исследованных материалов представлены на рис. 7. Видно, что по сравнению с ХВГ", в сплаве ВТ23 интенсивное разупрочнение происходит уже при температуре деформации 500...600°С.

На рис. 8 представлены экспериментальные зависимости, демонстрирующие нарастание линейного износа инструмента с увеличением скорости лезвийной обработки исследованных сплавов. При обработке стали ХВГ сериальная кривая износа имеет явную точку перегиба при скорости резания порядка 165 м/мин, после чего интенсивность износа инструмента значительно возрастает. При обработке сплавов АМц и ВТ23, износ инструмента нарастает равномерно, без перегиба, с малой и большой интенсивностью износа, соответственно. На рис. 9 изображены обрабатываемая заготовка, резец и формирующаяся стружка с отмеченными местами локализации пластической деформации (бЛок)-

При лезвийной обработке сплава титана ВТ-23 (УРЕЗ = 2...380 м/мин), локализация деформации оставляла след по всей ширине стружки с прирезцовой стороны, при этом формировалась стружка локального адиабатического сдвига с признаками разрушения в условиях сверхпластичности, рис. 10. При этом с увеличением скорости обработки резанием, износ резца резко возрастал, рис.8.

Температура испытания, С Рис. 8. Износ резца при лезвийной обработке ис-

Рис. 7. Температурные зависимости следованных сплавов ЛМц (1). ХВГ (2).

сплавов АМц ; ХВГ, ВТ-23. ВТ"23 <3> с разными скоростями.

При обработке алюминиевого сплава АМц (УРЕЗ = 8...230 м/мин) на поверхности стружки были видны следы равномерной пластической деформации без ее макроскопической локализации и образования отдельных сегментов, что обеспечивало низкий износ инструмента в широком диапазоне скоростей резания, рис.8. По известной классификации этот тип стружки относится к сливной. Локализация пластической деформации в металле заготовки из сплава АМц наступала только при большой скорости резания 6000 м/мин.

При обработке сплава на основе железа ХВГ (УРЕЗ = 8,6...275 м/мин) образовывались три вида стружки: смятия (суставчатая), элементная и локального сдвига.

которые сменяли друг друга по мере увеличении скорости лезвийной обработки. Как показали структурные исследования, при скорости обработки резанием сверх определенного уровня 165 м/мип, вдоль границ сегментов формировалась сверхмелкая наноструктура с размером субзерен 0,15...0,20 мкм и с повышенной микротвёрдостью, что могло привести к резкому возрастанию износа инструмента, рис.8.

В сплаве на основе титана ВТ-23 структура в исходном состоянии представляла собой колонии параллельных пластин а- и (3- фаз. При лезвийной обработке резанием, начиная уже со скорости 2 м/мин, имело место модулирование структуры за счёт формирования периодически повторяющихся мезо- объемов шириной 200...400 мкм, вдоль границ раздела которых формировались сверхмелкие высокопрочные наноструктуры размером 0,05...0,20 мкм. Вдоль границ раздела мезо- объемов проходила сильная локализация пластическая деформации. Формировалась стружки локального сдвига.

Измерения микротвёрдости проводились на микрошлифах приготовленных в продольной плоскости стружки в долевом и поперечном ее направлениях с шагом 20 мкм при нагрузке 20 г. в «прирезцовом» и в «свободном» крае по следу движения ударной волны инструмента, рис.11. Результаты измерения микротвердости имели волнообразный характер, с периодом 200...400 мкм равным ширине сегмента стружки, особенно при измерениях проведённых вдоль направления свободного края элементной стружки. Максимальные значения микротвердости приходились на места сочленения сегментов стружек, в которых с помощью просвечивающей электронной микроскопии было обнаружено формирование узких зон сверхмелкой наноструктуры. Здесь абсолютные значения микротвердости для сплавов ВТ-23 и ХВГ достигали, соответственно, 4381 и 6438 МПа при средней твердости стружки 3761 и 4424 МПа. В сплаве АМц при средней твердости стружки 1193 МПа, локализации пластической деформации обнаружено не было, микротвердость изменялась мало по объему стружки, рис.11. По сравнению с исходным значением уровня микротвердости, в прирезцовом крае элементной стружки наблюдали упрочнение, а вблизи свободного (тыльного) её края - разупрочнение, что свидетельствует о прохождении там более интенсивных процессов тепловыделения и релаксации, рис.11.

Рие.9. Схема образования стружки

«адиабатического» сдвига (сильная локализация деформации)

Рис. 10. Характерная фотография поверхности стружек из сплава ВТ-23 после лезвийной обработки со скоростью 120 м/мин х 400

Можно полагать, что при высокоскоростной лезвийной обработке титановых сплавов с низкой теплопроводностью при скорости резания сверх определенной, ре-

Расстояние х20, мкм Рис. 11. Результаты измерения микротвердости материала стружки из сплавов ВТ23 и АМц вдоль направления движения резца

зец при своем движении вдоль обрабатываемой заготовки, на входе в прирезцовой зоне волна нагрузки, формируемая краем инструмента и направленная под углом наклона плоскости сдвига во время стружкообразования, модулирует структуру материала, разбивая ее на мезо- объемы размером 200...400 мкм, вдоль границ которых формируется наноструктура с повышенной микротвердостыо, которая снижала износ металла заготовки, но повышали износ инструмента. Отразившись от поверхности заготовки, формируется разгрузочная волна пластической деформации, обеспечивающая подключение ротационных (поворотных) мод пластической деформации и совершая локализованные адиабатические сдвиги вдоль границ образованных мезо- объемов, что приводит к интенсивному выделению тепла вовремя отражения волны разгрузки от свободной поверхности заготовки, разупрочнению материала, особенно интенсивному вблизи поверхности заготовки (свободного края). Формируется стружка локального сдвига. Подключение новых мод пластической деформации по механизму фазовых превращений, значительно затрудняет достижение исчерпания пластичности, необходимого для разрушения материала при ударном на-гружении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано, что при высокоскоростном нагружении двухфазных (а + (3)- титановых сплавов со скоростью 300...600 м/с, в материале формируется нагружающая волна тастической деформации, которая по мере своего движения и потери скоро-

сти, модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические все более крупные самосогласованные мезо- объемы размером от 100 до 600 мкм. Если волна теряет свою скорость до уровня, при котором самосогласование охватывает все сечение мишени, разрушение не происходит.

2. Показано, что для двухфазных титановых сплавов критической скоростью нагружения, начиная с которой происходит откол заготовки, в результате отсутствия самосогласования между мезо- объемами, является скорость 500 м/с.

3. Показано, что внутри мезо- объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (растворение) прослоек пересыщенного Р- твердого раствора с образованием отно-сшельно мягкого орторомбического мартенсита а"- фазы, вызывающего эффективное торможение ударной волны. Вдоль границ мезо- объёмов формируется высокопрочная наноструктура. Внутри соседних мезо- объёмов фазы волн напряжений находятся в противофазе и таким образом, оказываются скомпенсированными, сохраняя относительную стабильность.

4. Показано, что допустимой скоростью при высокоскоростной штамповке из двухфазных титановых сплавов является скорость нагружения 400...450 м/с, под действием которой ударная волна модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо- объемы, вдоль границ которых формируется высокопрочная наноструктура повышающая износостойкость поверхности готового изделия.

5. После прохождения прямой волны, в результате самоорганизации системы, от тыльной стороны в материале формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, зависящая от релаксационной способности материала. Разгрузочная волна проходя вдоль границ мезо-объёмов, способствует подключению ротационной (поворотной) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тетовыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к выкрашиванию мезо- объемов, потере веса, и к снятию в откольной зоне внутренних напряжений.

6. Произведена теоретическая оценка полей напряжений термической анизотропии, возникающих при ударных нагрузках и теплосменах на границах двух соседних зерен с ГПУ- решеткой. Для титана наиболее опасными, вызывающими остаточные напряжения растяжения, являются призматические границы зерен, ориентировки гексагональных осей (Г.О.) которых были приблизительно параллельны границе раздела. Самыми благоприятными, вызывающими остаточные напряжения сжатия являются базисные границы раздела с 90-градусными ориентировками Г.О.

7. Показано, что на выходе в поверхностном слое с тыльной стороны были обнаружены структурные вихри - эпицентры формирования ротаций. Здесь разгрузочная волна проходя вдоль границ мезо- объёмов размером 100...600 мкм совершает периодические локализованные сдвиги и разбивает материал на микроблоки размером 4...40 мкм, вдоль границ которых происходят согласованные смещения на расстояния тем большие, чем меньше оказывается их ширина, и чем ближе к оси поворота они располагались. Показано, что зарождение вихрей, происходит

вблизи наиболее опасных для сплавов титана, вызывающих растягивающие внутренние напряжения, призматических границ зерен.

8. Показано, что причиной снижения стойкости материала режущего инструмента при механической обработке двухфазных титановых сплавов, является формирование в материале заготовки модулированных высокопрочных вторичных структур.

9. Для повышения износостойкости инструмента, необходимо создавать условия для эффективного торможения или рассеивания волны нагрузки, что достигается при меньшем угле наклона плоскости сдвига во время стружкообразования, увеличении переднего угла инструмента, повышении теплопроводности материалов обрабатываемой заготовки и инструмента, повышении скорости деформационного упрочнения материала. Необходимо увеличение диссипации подводимой механической и тепловой энергии за счёт равномерной пластической деформации без модулирования структуры, для чего необходимо ускорять распад прослоек пересыщенных ß- твёрдых растворов, использовать малолегированные сплавы титана, оптимизировать скорость и температуру деформирования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. М.А. Skotnikova, T.I. Strokina, N.A. Krylov & et. Structural and Phase Transformation in Metals at Fast-Track Cutting // Physics and Mechanics of Large Plastic Strains: Program abstracts. The First Russian-French Symposium. - St. Petersburg, 2002. - P. 63-64.

2. М.А. Скотникова, Ю.М. Зубарев, H.A. Крылов и др. Стружкообразование, как способ периодической локализации пластической деформации // «Инструмент и технологии»: статьи II Международной конференции «Технологии третьего тысячелетия». -ПИМаш, СПб. - 2002. - С. 56-62.

3. М.А. Скотникова, Т.И. Строкина, H.A. Крылов и др. Повышение эффективности лезвийной обработки металлических заготовок на основании исследования процессов в зоне стружкообразования // «Новые материалы и технологии НМТ-2002»: Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции, том. 2. - МАТИ, М. - 2002. - С. 41-42.

4. H.A. Крылов Повышение ресурса работы лезвийного инструмента при высоких скоростях механической обработки // «Молодые учёные - промышленности северозападного региона»: Тезисы докладов Политехнического симпозиума. - СПбГПУ, СПб. -2002. - С. 47.

5. М. Skotnikova, D. Kastorski, N. Krylov & et. Structural and Phase Transformation in Metals at High-Speed Cutting // «Вопросы материаловедения» № 1 (33). - 2003. - С. 214-224. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК).

6. H.A. Крылов Структурно-фазовые превращения в металлических заготовках при высокоскоростном нагружении // Восьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов. Аннотации работ по грантам конкурса 2003 г. для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга. - СПбГУ, СПб. - 2003. - С. 78.

7. М.А. Скотникова, Г.Д. Мотовилина, H.A. Крылов и др. Особенности разрушения сплава ВТ6 при ударном нагружении //«Современные проблемы прочности»: Сборник трудов VI Международного симпозиума, том 2. - НГТУ, Старая Русса. - 2003. - С. 80-85.

8. М.А. Skotnikova, N.A. Krylov, Yu.I. Mescheryakov & et. Formation of Rotation in Titanium Alloys at Shock Loading // Shock Compression of Condensed Matter - 2003: Proceedings of the Conference of the American Physical Society Topical Group on Shock Compression of the

Condensed Matter held in Portland, Oregon. - July 20-25, 2003. - P. 609-612.

9. M.A. Скотникова, H.A. Крылов Деформация и разрушение титановых сплавов при высокоскоростном нагружении // Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов»: Сборник трудов X международной научно-технической конференции. -СПбГНПТ, СПб. - 2004. - С. 26-32.

10. M.A. Skotnikova, M.A. Martynov, N.A. Krylov & et. Structural-Phase Transformation in Two-Phase Titanium Alloys at hock Loading // Bulletin of American Physical Sosiety. 14-th APS Topical Conference on Shock Compression of Condensed Matter. Baltimore, Maryland, USA, July 31 - August 5, v. 50, № 3, IP2-13. - 2005. - P. 63.

11. M.A. Скотникова, H.A. Крылов и др. Изменения микротвёрдости вдоль движения ударной волны при скоростях нагружения 400...600 м/с в материалах из сплавов титана // Сборник трудов XI международной научно-технической конференции «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов». - СПбГНПТ, СПб. - 2005. - С. 87-92.

12. М.А. Скотникова, Н.А. Крылов и др. Напряжения термической анизотропии на границах раздела в ГПУ металлах //«Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов»: Сборник трудов XI международной научно-технической конференции. -СПбГНПТ, СПб. - 2005. - С. 92-97.

13. М.А. Скотникова, Н.А. Крылов, В.В. Виноградов Учёт волновой теории пластической деформации при высокоскоростной механической обработке поверхностей заготовок // «Металлообработка», №4 (28). - 2005. - С. 12-17. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК)

14. Н.А. Крылов Повышение эффективности высокоскоростной механической обработки титановых заготовок с учётом волновой теории пластической деформации/Юдиннадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых учёных и специалистов: Аннотации работ по фантам конкурса 2006 г. для студентов и аспирантов вузов и академических институтов Санкт-Петербурга. - СПбГУ, СПб. - 2006. - С. 45.

15. М.А. Skotnikova, J.M. Zubarev, Т.А. Chizhik, N.A. Krylov, A.A. Lanina Structural-phase Transformation in Metal of Steam Turbines Blades from Titanium Alloys after HighSpeed Processing by Drops a Pair // The 11th World Conference on Titanium: Proceeding of the Conference of the Metals & Materials Society (TMS), June 3-7. - Japan, Kyoto. - 2007. - P. 797800.

16. N.A. Krylov, M.A. Skotnikova, G.D. Motovilina, & et. Transformation in Two - Phase Titanium Alloy at Shock Loading // The lllh World Conference on Titanium: Proceeding of the Conference of the Metals & Materials Society, June 3-7. - Japan, Kyoto. - 2007. - P.439-442.

17. M.A. Skotnikova, N.A. Krylov, G.D. Motovilina, A.A. Lanina & et. Transformation in Two - Phase Titanium Alloys under High-Speed Mechanical Loading // «Вопросы материаловедения» № 4(52). - 2007. - C.359-365. (Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК).

18. М.А. Скотникова, Т.И. Чижик, И.Н. Цибулина, А.А. Панина, Н.А. Крылов Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин // «Вопросы материаловедения» № 3(51). - 2007. - С.61-70.(Журнал из перечня изданий, рекомендованных ВАК).

19. Патент на полезную модель № 67261 от 02.04.2007. «Установка для исследования трения скольжения» М.И. Ильин, М.А. Скотникова, Н.А.Крылов, А.А.Ланина и др.

20. Н.А. Крылов Исследование особенностей пластической деформации при высокоскоростном нагружении // IV Межвузовская конференция молодых ученых: Сборник трудов IV Межвузовской конференции. - СПб, 2007. - С. 78-84.

21. N.A. Krylov Transformation in two-phase titanium alloy at shock loading // First forum of young researchers. In the framework of International Forum "Education Quality - 2008". -Izhevsk, 23 April, 2008. - P. 150-164

П21(03)

Подписано в печать 07.11.2008 Формат 60 х 90 1 /16

Бумага тип № 3 Печать офсетная Усл. печ. л. 1,0

Уч.- изд. л. 6,0 Тираж 100 экз. Заказ 43

Издание Санкт-Петербургского института машиностроения 195197, Санкт-Петербург, Полюстровский пр., 14 ОП ПИМаш

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО - ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПРОЦЕССАХ.

1.1. Структурно-фазовые превращения в сплавах стойких к ударному нагружению.

1.2. Волновые явления в высокоскоростных процессах.

1.3. Волновая природа пластической деформации твёрдых тел.

1.3.1 Методы регистрации и анализа полей смещения деформированных материалов.

1.3.2 Волны пластической деформации при растяжении с постоянной скоростью.

1.3.3 Пластическая деформация как автоволновой процесс в активной среде.

1.3.4 Особенности релаксационных волн пластичности с резким пределом текучести.

1.3.5. Ротационные процессы и разрушения.

1.3.6. Волны релаксации в условиях жидкометаллического охрупчивания и перспективы диагностики по волновым картинам.

1.4. Локализация пластической деформации при высокоскоростных процессах.

1.5. Локализация пластической деформации при ударном нагружении.

1.6.1. Механизмы динамической деформации материалов.

1.6.2. Поведение дислокаций.

1.7. Механика волны.

1.8. Постановка задачи.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Объекты и материалы для исследования.

2.2. Проведение высокоскоростных испытаний с помощью пневматической пушки в диапазоне скоростей нагружения 100.600 м/с.

2.3. Качественная и количественная оптическая металлография.

2.4. Просвечивающая и растровая электронная микроскопия.

2.5. Рентгеноструктурный анализ.

2.6. Микрорентгеноспектральный анализ.

2.7. Испытания на растяжение, ударный изгиб, трещиностойкость, стойкость инструмента, микротвердость.

2.8. Испытания на трение скольжения.

2.9. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ АНИЗОТРОПИИ НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА В ГПУ МЕТАЛЛАХ.

3.1 Анизотропия свойств в ГПУ металлах.

3.2. Расчёт напряжений термической анизотропии на границах раздела ГПУ- кристаллов.

3.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТИТАНОВЫХ ЗАГОТОВКАХ В ПРОЦЕССЕ УДАРНОГО НАГРУЖЕНИЯ.

4.1. Преимущество бимодальной структуры титановых сплавов по сравнению с глобулярной и пластинчатой.

4.2. Исследование топографии поверхностей разрушенных образцов с пластинчатой и глобулярно- пластинчатой структурой с помощью оптической и растровой электронной микроскопии.

4.3. Результаты измерения микротвёрдости титановых мишеней вдоль направления движения ударной волны со скоростями 300.600 м/с.

4.4. Результаты изменения среднеквадратического отклонения значений микротвёрдости по диаметру мишеней, полученные в результате измерений вдоль направления движения ударной волны.

4.5. Исследование с помощью просвечивающей электронной микроскопии структурных и фазовых превращений в лопаточных материалах из сплавов титана вдоль и поперек направления движения ударной волны со скоростью 300.600 м/с.

4.6. Исследование с помощью пошагового рентгеноструктурного анализа структурных и фазовых превращений в материалах образцов - мишеней на «входе» и «выходе» вдоль направления движения ударной волны.

4.7. Модель структурных и фазовых превращений протекающих в объёме титановой заготовки, подвергнутой воздействию ударной волны.

4.8. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В ТИТАНОВЫХ ЗАГОТОВКАХ В ПРОЦЕССЕ СКОРОСТНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

5.1 Физико-механические свойства исследованных материалов.

5.2 Морфология формирующейся стружки.

5.3. Структура металла стружки.

5.3.1. Структура металла стружки из сплава АМц.

5.3.2. Структура металла стружки из сплава ВТ23.

5.3.3. Структура металла стружки из сплава ХВГ.

5.4. Оценка микротвердости стружки вдоль и поперёк направления движения волны нагрузки.

5.5. Модель стружкообразования при скоростной механической обработки титановых заготовок.

5.6. Выводы по главе.

За последние десятилетия сплавы на основе титана заняли одно из ведущих мест среди конструкционных материалов. Уникальное сочетание высокой удельной прочности и вязкости разрушения, коррозионной стойкости, немагнитности и высокой температуры плавления - определили их широкое применение в различных областях промышленности.

Высокоскоростная деформация является современным высокопроизводительным способом обработки металлических материалов. В различных областях промышленности с успехом используется энергия взрыва и другие методы получения ударных волн для ковки, штамповки, сварки и лезвийной обработки материалов. Однако сегодня в области машиностроения остались не решенными ряд проблем по высокоскоростному взаимодействию твердых тел, например, по «эрозии» паровых лопаток в результате каплеударного воздействия водяного пара, интенсивному износу инструмента при повышении скорости лезвийной обработки сверх определенного уровня. Можно полагать, что это происходит из-за локализации пластической деформации в металле заготовки в зоне контакта с инструментом.

На практике наиболее трудно обрабатываемыми считаются титановые сплавы, особенно, двухфазные мартенситного класса, что обусловлено их специфическими особенностями, к которым, прежде всего, относится его полиморфизм, склонность к фазовым превращениям, высокая чувствительность низкотемпературной а- модификации к концентраторам напряжений и снижение её вязко-пластических свойств при высокоскоростном нагружении. Это, вероятно, обусловлено анизотропией ГПУ- решетки титана а, следовательно, анизотропией упругих и диффузионных свойств, а также, низкой теплопроводностью. Известно, что внутренние напряжения в металлах, вызванные градиентом температуры, пропорциональны отношению коэффициента теплового расширения к теплопроводности и упругой податливости. Для Mg, Zr, Ti эти отношения оказываются на порядок выше, чем в меди (с ГЦК) или молибдене (с ОЦК - решеткой).

Актуальность проблемы. Сегодня, мы стоим на пути необходимости создания титановых изделий с применением научно-обоснованных, эффективных технологических процессов, что обеспечит повышение их качества и увеличение срока эксплуатации. Среди современных высокопроизводительных технологических процессов все более возрастает удельный вес высокоскоростной деформации со скоростью 10+2.10+6 с'1. В различных областях промышленности используется энергия взрыва и другие методы получения ударных волн для ковки, штамповки, прессования порошков, сварки, резки, упрочнения материалов.

Однако, при высокоскоростной обработке заготовок известны случаи охрупчиваиия поверхностей готовых изделий, например: «эрозия» лопаток паровых турбин и паропроводов в результате каплеударного воздействия частиц водяного пара; формирование «прижогов» в поверхностных слоях деталей при высокоскоростном шлифовании; интенсивный износ инструмента при повышении скорости механической обработки сверх определенного уровня.

К сожалению, отсутствуют систематические исследования структурных и фазовых превращений и связанного с ними перераспределения легирующих элементов при определенных высоких ударных нагрузках и контактных температурах в сплавах титана. Поэтому, работа по установлению закономерностей структурных и фазовых превращений, а также их влияния на повышение стойкости материала инструмента и надежности работы готовых изделий при высокоскоростной обработке, является, безусловно, актуальной.

Цель работы заключалась в изучении закономерностей структурных и фазовых превращений под действием высокоскоростной обработки, с учетом упруго-напряженного поля, создаваемого в объеме титановых заготовок, как на этапе их механической обработки, так и в материале готового изделия на этапе его эксплуатации, направленных на повышение стойкости материала инструмента и надежности работы готовых изделий.

Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, полученные в работе и обладающие научной новизной:

• Показано, что при высокоскоростном нагружении двухфазных титановых сплавов, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по ме^с своего движения модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические самосогласованные мезо-объемы.

• Показано, что после прохождения прямой волны, от тыльной стороны в материале заготовки формируется разгрузочная волна пластического деформации и разрушения, которая, проходя вдоль границ мезо-объёмов, подключает ротационные (поворотные) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв.

• Разработана компьютерная программа и произведен расчет полей напряжений термической анизотропии, возникающих на границах зерен титана с ГПУ-решеткой при теплосме-нах. Наиболее «опасными», вызывающими остаточные напряжения растяжения, являются призматические границы зерен, ориентировки гексагональных осей которых приблизительно параллельны границе раздела.

• Показано, что в поверхностном слое с тыльной стороны заготовки были обнаружены структурные вихри - эпицентры формирования ротаций. Показано, что зарождение вихрей, происходит вблизи наиболее опасных для сплавов титана, вызывающих растягивающие внутренние напряжения, призматических границ зерен.

• Показано, что причиной снилсения износостойкости инструмента при механической обработке двухфазных титановых сплавов, является формирование в материале заготовки модулированных высокопрочных вторичных структур, что приводит к повышению защитной износостойкости обрабатываемого материала заготовки, но снижает износостойкость режущей кромки инструмента.

• В результате проведенных исследований получены новые технические решения, подтвержденные патентом РФ [133].

Практическая значимость работы заключается в том, что полученный комплекс результатов структурных и фазовых превращений и физико-механических свойств титановых сплавов после высокоскоростной обработки позволил дать рекомендации для повышения качества поверхности титановых изделий, путем создания регламентированной структуры с заданными и стабильными свойствами.

• Результаты работы были использованы на предприятиях НИИ «Энергосталь», ОАО «ЛМЗ», ООО «Орис-ММ»;

• Результаты работы нашли отражение при проведении автором практических занятий по дисциплине «Физика технологических процессов в машиностроении».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на 11 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе на: международной конференции «Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка», ПИМаш, СПб, 2002; II международной конференции «Технологии третьего тысячелетия», ПИМаш, СПб, 2002; VII Санкт-Петербургской ассамблее молодых учёных и специалистов «Молодые учёные — Промышленности Северо-западного региона», СПбГПУ, СПб, 2002; XIV международной конференции «Петербургские чтения по проблемам прочности», РАН, СПб, 2003; международном форуме «Технологов-машиностроителей», ПИМаш, СПб, 2004; III международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов», Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, 2004; 10ой, 11оП, 12ой международных научно-технических конференциях «Проблемы ресурса и безопасной эксплуатации материалов», СПбГУНиПТ, СПб, 2004, 2005, 2007; 13th American Physical Society Topical Conference on «Chock Compression of Condensed Matter», Portland, Oregon, USA, 2003; II международной школе «Физическое материаловедение», УГТУ, Тольятти, 2006; I, II международных симпозиумах «Физика и механика больших пластических деформаций», ЦНИИ КМ «Прометей», СПб, 2002, 2007; The 11th World Conference on Titanium, Kyoto, Japan, 2007; First forum of young researchers. In the framework of International Forum "Education Quality - 2008", ИжГТУ, Ижевск, 2008.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 31 печатных работах, в том числе в 1 патенте. 1 работа опубликована в рецензируемом научном журнале рекомендованных ВАК. Библиографический список основных работ приведён в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 135 наименований и приложения, изложена на 189 страницах, включая: 23 таблицы, 103 рисунка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Показано, что при высокоскоростном нагружении двухфазных (а + Р)- титановых сплавов со скоростью 300.600 м/с, в материале формируется нагружающая волна пластической деформации, которая по мере своего движения и потери скорости, модулирует структуру материала, разбивая ее на периодические все более крупные самосогласованные мезо- объемы размером от 100 до 600 мкм. Если волна теряет свою скорость до уровня, при котором самосогласование охватывает все сечение мишени, разрушение не происходит.

2. Показано, что для двухфазных титановых сплавов критической скоростью нагружения, начиная с которой происходит откол заготовки, в результате отсутсвия самосаглосовывания между мезо- объёмами, является скорость 500 м/с.

3. Показано, что внутри мезо- объёмов развивается однородная пластическая деформация по механизму фазового превращения, при котором происходит распад (растворение) прослоек пересыщенного Р- твердого раствора с образованием относительно мягкого орто-ромбического мартенсита о!'- фазы, вызывающего эффективное торможение ударной волны. Вдоль границ мезо- объёмов формируется высокопрочная наноструктура. Внутри соседних мезо- объёмов фазы волн напряжений находятся в противофазе и таким образом, оказываются скомпенсированными, сохраняя относительную стабильность.

4. Показано, что допустимой скоростью при высокоскоростной штамповке из двухфазных титановых сплавов является скорость нагружения от 400 до 450 м/с, под действием которой ударная волна модулирует структуру материала, разбивая её на переодические самосаглосованные мезо- объёмы, вдоль границ которых формируется высокопрочная наноструктура повышающая износостойкость поверхности готового изделия.

5. После прохождения прямой волны, в результате самоорганизации системы, от тыльной стороны в материале формируется разгрузочная волна пластической деформации и разрушения, зависящая от релаксационной способности материала. Разгрузочная волна проходя вдоль границ мезо-объёмов, способствует подключению ротационной (поворотной) моды пластической деформации и в условиях интенсивного тепловыделения совершает периодические локализованные адиабатические сдвиги и отрыв, приводящие к выкрашиванию мезо-объемов, потере веса, и к снятию в откольной зоне внутренних напряжений.

6. Произведена теоретическая оценка полей напряжений термической анизотропии, возникающих при ударных нагрузках и теплосменах на границах двух соседних зерен с ГПУ- решеткой. Для титана наиболее опасными, вызывающими остаточные напряжения растяжения, являются призматические границы зерен, ориентировки гексагональных осей (Г.О.) которых были приблизительно параллельны границе раздела. Самыми благоприятными, вызывающими остаточные напряжения сжатия являются базисные границы раздела с 90-градусными ориентировками Г.О.

7. Показано, что на выходе в поверхностном слое с тыльной стороны были обнаружены структурные вихри — эпицентры формирования ротаций. Здесь разгрузочная волна проходя вдоль границ мезо- объёмов размером 100.600 мкм. совершает периодические локализованные сдвиги и разбивает материал на микро- блоки размером 4.40 мкм, вдоль границ которых происходят согласованные смещения на расстояния тем большие, чем меньше оказывается их ширина, и чем ближе к оси поворота они располагались. Показано, что зарождение вихрей, происходит вблизи наиболее опасных для сплавов титана, вызывающих растягивающие внутренние напряжения, призматических границ зерен.

8. Показано, что причиной сниэюения стойкости материача режущего инструмента при механической обработке двухфазных титановых сплавов, является формирование в материале заготовки модулированных высокопрочных вторичных структур.

9. Для повышения износостойкости инструмента, необходимо создавать условия для эффективного тормоэюения или рассеивания волны нагрузки, что достигается при меньшем угле наклона плоскости сдвига во время стружкообразования, увеличении переднего угла инструмента, повышении теплопроводности материалов обрабатываемой заготовки и инструмента, повышении скорости деформационного упрочнения материала. Необходимо увеличение диссипации подводимой механической и тепловой энергии за счёт равномерной пластической деформации без модулирования структуры, для чего необходимо ускорять распад прослоек пересыщенных Р- твёрдых растворов, использовать малолегированные сплавы титана, оптимизировать скорость и температуру деформирования.

1. Фомин В.В, Мудрова А. Г. и Маринин А.А. Конструктивные особенности гребных винтов рыболовных траулеров и характер их разрушения от коррозии и эрозии // Труды «МВИ-МУ». М.: «Морской транспорт»ю - 1958. - Вып. 2. - С. 73-80.

2. Фомин В.В. Гидроэрозия металлов. М.: Машиностроение, 1977. - 287 с.

3. Каннель Г.И., Разоренов С.В., Уткин А.В. Ударно-волновые явления в конденсированных средахю М.: Янус-К2, 1999. - 408 с.

4. Крупин А.В., Калюжин С.Н, Атабеков Е.У., Соловбёв В.Я., Орлов М.И. Процессы обработки металлов взрывом: Учебное пособие для вузов. — М.: Металлургия, 1996. 336 с.

5. Фомин В.М, Гулидов А.И. и др. Высокоскоростное взаимодействие тел. Новосибирск: СОРАИ, 1999. - 600 с.

6. Панин В.Е. и др. Структурные уровни пластической деформации и разрушения Новосибирск: Наука, 1990.-251 с.

7. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. 229 с.

8. Кадич А., Эделен Д. Калибровочная теория дислокаций и дисклинаций,- М.: Мио. 1987. -88 с.

9. Панин В. Е., Гриняев Ю. В., Егорушкин В. Е. Спектр возбужденных состояний и вихревое механическое поле в деформированном кристалле // Изв. вузов. Физика. — 1987. №1 -220 с.

10. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1973. - 364 с.

11. Вест Ч. Топографическая интерферометрия. М.: Мир, 1982. - 256 с.

12. Клименко И. С. Голография сфокусированных изображений и спеклинтерферометрия. -М.: Наука, 1985.-315 с.

13. Кудрин А.Б., Полухин П.И., Чиченев Н.А. Голография и деформация металлов. М.: Металлургия, 1982. - 205 с.

14. Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спектроферометрия. М.: Мир, 1986. -328 с.

15. Панин В. Е., Зуев Л. Б., Данилов В. И., Мних Н. М. Особенности поля смещений при пластической деформации кремнистого железа // ФММ, 1988. Т. 66. — № 5 — С. 45-56.

16. Argon A. S., Shi L. Т. Development of visco-plastic deformation in metallic glasses //1 Ac-tamet, 1983.-N 4-P. 31-45.

17. Томас Т. Пластическое течение и разрушение в твердых телах.- М.: Мир, 1964. —308 с.

18. Зуев Л.В., Данилов В.И., Мальцев В.Д., Мальцева Л.Л. Пластификация нитевидных кристаллов NaCl в электрическом поле // Физика и химия обраб. материалов, 1979. № 4300 с.

19. Клявин О.В. Физика пластичности кристаллов при гелиевых температурах — М.: Наука, 1987. 254 с.

20. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости, флуктуации- М.: Мир, 1973. 253 с.

21. Романовский Ю.М., Степанова П.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в биофизике-М.: Наука, 1975. -916 с.

22. Егорушкин В.Е., Панин В.Е., Савушкин Е.В., Хон Ю.А. Сильновозбужденные состояния в кристаллах // Изв. вузов. Физика, 1987. -№ 1 С. 45-53.

23. Коттрел А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах.— М.: Металлургиздат, 1958.-267 с.

24. МакЛин Д. Механические свойства металлов —М.: Металлургия, 1965.-432 с.

25. Владимиров В.И., Романов А.Е. Дисклинации в кристаллах,- Л.: Наука, 1986. 196 с.

26. Лапскер И.А., Зудилов В.В. Исследование неоднородности пластической деформации поликристаллического сплава СизАи // Дислокационная и доменная структура и деформационное упрочнение сплавов,-Томск: ТГУ, 1984.-С. 105-110.

27. БарреттЧ.С. Структура металлов- М.: Металлургиздат, 1948. -270 с.

28. Вествуд А., Прие К., Камдар М. Хрупкое разрушение в среде жидкого металла // Разрушение- М.: Мир, 1976. 200 с.

29. Ростокер У., Мак-Коги Дж., Маркус Г. Хрупкость под действием жидких металлов М.: Изд-во иностр. лит., 1962. - 192 с.

30. Гарбар И. И. Некоторые закономерности формирования структуры металлов при трении // Трение и износ, 1981. №6 - С. 1076 - 1084.

31. Рыбин В.В. Большие пластические деформации при разрушении материалов М.: Металлургия, 1986. - 224 с.

32. Ахмадеев Н.Х. Динамическое разрушение твёрдых тел в волнах напряжений —Уфа: БФАН СССР, 1988.- 168 с.

33. Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под редакцией М. А. Мейерса и Л.Е. Мура; перевод с английского Л.М. Берштейна и др. // под общ. ред. Г.Н. Эпштейна-М.: Металлургия, 1984. 512 с.

34. Argon A.S., Stability of Plastic Deformation, Chap. 7 // In "The Inhomogeneity of Plastic Deformation", ASM, Metals Park, 1973. P. 111-124.

35. Samuels L.E., and Lamborn I.R. Failure Analysis of Armament Hardware // In "Metallography in Failure Analysis", McCall, J.L., and French, P.M., (eds.), Plenum Press, NY, 1978. P. 167-173.

36. Luong H.S. A Study of Microvoid Formation in Metal Cutting // Ph.D. Thesis, Monash University, Victoria, Australia, 1977. 20 p.

37. Luong H.S. Discontinuities and Their Effects on Work Material in Chip Formation // In "Proc. of Australian Conf. on Manufacturing Engineering", Monash University, Victoria, Australia, 1977. -P. 122-130.

38. WoodwardR.L.,and AghamRX. //MetalsForum., 1978.-P.180-185

39. Turley D.M. //Mater. Scienc. Engin., 1975. P. 19 - 79.

40. DeMorton M.E., and Woodward R.L. // Wear., 1978. P. 47 - 95.

41. Dobrovol'skaya G.V., Lebedeva I.L., Lyubaraskiy I.M. // Phyz. Met. and Metall., 1976. P. 42 -76.

42. Russell R.J. and Winchell P.G. // Met. Trans, 1972. P. 40 - 45.

43. Carslaw H.S., and Jaeger J.C. "Conduction of Heat in Solids" // Clarendon Press, Oxford, 1947. -P. 11-17.

44. Jeglic F.S., and Packwood R.H. // Metallography., 1978. P. 11- 43.

45. Lemaire J.C., and Backofen W.A. // Met. Trans, 1972. P. 477 - 480.

46. Stock T.A.C., and Wingrove A.L. Mech J.// Eng. Scienc., 1971. P. 13 - 110.

47. Rudnicki J.W., and Rice J.R., Meoh J. // Phy. Sol-ids, 1975. P. 23 - 37.

48. Olson G.B., and Azrin M. // Met. Trans., 1978. P. 713 - 720.

49. Каллиопин В. В. Механика волны при резании Минск: Наука и техника, 1969. — 204 с.

50. R. F. Recht. Catastrophic Thermoplastic Shear. // Конструирование, 1982. №3 - т. 104 - С. 69-80

51. Р. К. Wright. Predicting the Shear Plane Angle in Machining From Workmaterial Strain -Hardening Characteristics. // Конструирование, 1982. №3 - т. 104 - С. 177 - 186.

52. Петров П.П. Повышение эффективности высокоскоростного резания пластичных металлов. // Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук. СПб: СПбГТУ, 1992. - 16 с.

53. Кочина Т. Б. Высокоскоростное резание жаропрочных сплавов на никелевой основе инструментами из минералокерамик. // Автореферат на соискание учёной степени кандидата технических наук. СПб: СПбГТУ, 1992. - 16 с.

54. Ti-2003 Science and Technology // Edited by G. Lutjering, J. Albrecht, Hamburg, 2003. Vol. V-P. 2719-3418.

55. Потапов B.A., Айзеншток Г.И. Высокоскоростная обработка М.: ВНИШТЭМР, 1986. -92 с.

56. Барахтин Б.К., Савенков Г.Г. Ротационное упрочнение и деформации стали в механическом поле высокоскоростного ударника. // Сборник трудов «Сплавы с эффектом памяти формы и др. перспективные материалы», СПб: СПбГУ, 2001. Ч. №1 - С. 326 - 332.

57. Мещеряков Ю.И. и др. Некристаллографические структурные уровни локализации динамического деформирования и разрушения материалов JL: ЛФИМАШ, 1989. - 56 с.

58. Эгаптейн Г.Н. Высокоскоростная деформация и структура металлов М.: Металлургия, 1971.-197 с.

59. Бекренев А.Н., Эпштеин Г.Н. Последеформационные процессы высокоскоростного нагружения-М.: Металлургия, 1992. -360 с.

60. Насад Т.Г., Игнатьев А.А. Высокоскоростная обработка труднообрабатываемых материалов с дополнительными потоками энергии в зоне резания — Саратов: СГТУ, 2002. — 110 с.

61. Физические проблемы импульсной обработки металлов и сплавов. / Ответственный редактор А. Н. Бекренев. // Сборник научных трудов. Куйбышев, 1988. - 160 с.

62. Механизмы механической деформации металлов. / Ответственный редактор А. Н. Бекренев. // Межвузовский тематический сборник научных трудов,— Куйбышев, 1986. — 162 с.

63. Касрадзе Д. X. Исследование процесса сверхскоростного резания металлов в диапазоне скоростей 100- 1000 м/сек Тбилиси, 1972. - 152 с.

64. Копырин Г.И. Титановые сплавы в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1977. - 248 с.

65. Васин С.А., Верещана А.С., Кушнер B.C. Резание материалов М.: МГТУ им. Баумана, 2001.-448 с.

66. Коллингз Е.В. Физическое металловедение титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1988. 224 с.

67. Андреев А.А., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. -М.: Металлургия, 1979. 512 с.

68. Вильяме Дж.К., Томпсон А.В., Франдсен Дж.Д., Чезнат Дж.К. Влияние микроструктуры на скорость распространения усталостной трещины в сплаве Ti-6 AL—4V // Титан. Металловедение и технология, М.: Металлургия, 1977. Т.1 - С. 395-404.

69. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. — М.: Металлургия, 1970. — 375 с.

70. Корн Г., Корн Т., Справочник по математике для научных работников и инженеров М.: Наука, 1984. - 831 с.

71. Хенденрайх X. Основы просвечивающей электронной микроскопии. М.: Мир, 1966. — 232 с.

72. Электронная микроскопия в металловедении: Справочник // Под ред. А.В. Смирновой -М.: Металлургия, 1985. — 191 с.

73. Хириш П., Хови А., Николсон Р. Электронная микроскопия тонких кристаллов М.: Мир, 1968.-200 с.

74. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электроннограммы и их интерпретация М.: Мир, 1971. - 256 с.

75. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. О.М. Глоэра М.: Машиностроение, 1980. — 375 с.

76. Утевский JI.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении — М.: Металлургия, 1973.-583 с.

77. Практическая растровая электронная микроскопия / Пер. с англ. — под .ред. Гоулдстейна Дж., Яковица X. М.: Мир, 1978. - 656 с.

78. Sasaki G., Yokota M.Y. Fracture Mode Determinations by Scanning Electron Microscope // Metallurgical Transactions, 1975. V.8 - P. 265-268.

79. Качественный и количественный анализ фазового состава титановых сплавов: Методическая рекомендация МР18-36/СМИ-75 / Вайнблат Ю.М. и др. М.: БИЛС, 1975. - 40 с.

80. Методы контроля и исследования легких сплавов. Справочник. / Под ред. Ю.М. Вайнбла-та. М.: Металлургия, 1985. - 510 с.

81. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений JL: Энерго-атомиздат, 1985. - 248 с.

82. Ильин М.М., Поляков В.И. Установка для исследования трения скольжения влажносыпу-чих материалов. // Труды Краснодарского политехнического института, 1970. Вып. 32 - С. 186.

83. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М., "Машиностроение", 1984.-280 с.

84. Ильин М.И., Масликов В.А. и др. Установка для исследования трения скольжения твердых и сыпучих материалов. // Сборник: "Научно-техническая информация", М.: Цинтипище-пром, 1965. Вып. 17- 102 с.

85. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. М., "Машиностроение". 1981. 438 с.

86. Силин А.А. Трение и мы. М., "Наука", "Квант", 1987. Вып. 57 - 192 с.

87. Скотникова М.А. Микроструктурные напряжения термической анизотропии в титановых заготовках // Инструмент, СПб, 1996. № 5 - С. 26.

88. Предводителев А.А., Троицкий О.А. Дислокации и точечные дефекты в гексагональных металлах. М.: Атомиздат, 1973. - 200с.

89. Давиденков Н.Н., Лихачев В.А., Малыгин Г.А. Исследование необратимого теплового формоизменения Zn //ФММ, 1960. Т. 10 - Вып. 3 - С. 412-424.

90. Лихачев В.А. Микроструктурные напряжения термической анизотропии// ФТТ, 1961. — Т.З — № 6 С. 1827-1834.

91. Дубов Е.А., Черных Е.В., Баранов М.А. Применение атомистической дискретной модели для описания устойчивости гексагональной плотноупакованной решетки // Деп. в ВИНИТИ от 07.02.2003, № 249-В2003.

92. Испытание Металлов. / Под ред. Нитцше К. — М.: Металлургия, 1967 395 с.

93. Конструкционные материалы. Справочник. // Под ред. Б.Н. Арзамасова М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

94. Марочник сталей и сплавов / Под ред. А.С. Зубчешсо М.: Машиностроение России, 2003. - 782 с.

95. Лихачев В.А., Панин В.Е., Засимчук Е.Э. и др. Кооперативные процессы и локализация деформации. Киев: Наук, думка, 1989. - 320 с.

96. Финкель В.М. Физика разрушения. М.: Металлургия, 1970. - 322 с.

97. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. - 311 с.

98. Орлов Л.Г. Наблюдение распространения трещины в железе при растяжении образца в электронном микроскопе // ФММ, 1970. Т. 30 - №1 С. 186-187.

99. Микляев П.Г., Нешпор Г.С., Кудряшов В.Г. Кинетика разрушения. — М.: Металлургия, 1979.-279 с.

100. Скотникова M.A., Мартынов M.A. Практическая электронная микроскопия в машиностроении. Монография СПб: ПИМаш, 2005. - 92 с.

101. Skotnikova M.A., Voinov K.N., Martynov M.A., Ushkov S.S. About Nature of Dissipative Processes at Cutting Treatment of Titanium Blanks //Titanium-99. Science and Technology. Saint Petersburg, Russia, 1999. - Vol. 3 - P. 1668-1674.

102. Skotnikova M.A., Martynov M.A., Ushkov S. S., Kastorsxi D.A. Structural-Phase Transformation In Titanium Alloys at High-Speed Mechanical Effect // The 10th World Conference On Titanium, Hamburg, Germany, 13-18 Jule, 2003. Vol. 2-P. 831-838.

103. Васин С. А., Верещана А. С., Кушнер В. С. Резание материалов. М.: МГТУ им. Баумана, 2001.-448 с.

104. Справочник технолога машиностроителя / Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова - М.: Машиностроение, 1972. - Т. 1 - 696 с.

105. Справочник технолога машиностроителя / Под редакцией А.Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова - М.: Машиностроение, 1985. - Т. 2 - 496 с.

106. Режимы резания металлов. Справочник / Под редакцией Ю.В. Барановского М.: Машиностроение, 1972. -408 с.

107. Драгун А.П. Режущий инструмент. JL: Лениздат, 1986. - 200 с.

108. Wright Р.К. Расчет угла сдвига при резании на основании характеристик деформационного упрочнения // Конструирование, 1982. Т. 104 - № 3 - С. 177-186.

109. Петров П.П. Повышение эффективности высокоскоростного резания пластичных металлов. Автореферат на соискание степени к.т.н. СПб: СПбГТУ, 1992 - 16 с.

110. Ramalingam S., Black J. Т., Electron Microscopy Chip Formation // Metallurgical Transactions, April 1973 Vol. 4-P. 1003-1017.

111. Скотникова M.A., Паршин A.M. Диаграмма распада и режим термической обработки двухфазных сплавов титана. // Металловедение и термическая обработка металлов, 1997. — № 7-С. 31-37.

112. Крылов Н.А. Повышение ресурса работы лезвийного инструмента при высоких скоростях механической обработки // Тезисы докладов Политехнического симпозиума «Молодые учёные промышленности северо-западного региона». - СПб.: СПбГПУ, 2002. - С. 47.

113. Skotnikova М., Kastorski D., Krylov N. & et. Structural and Phase Transformation in Metals at High-Speed Cutting // Журнал «Вопросы материаловедения» 2003. № 1 (33), - С. 214224.

114. Скотникова М.А., Мотовилина Г.Д., Крылов Н.А. и др. Особенности разрушения сплава ВТ6 при ударном нагружении // Сборник трудов VI Международного симпозиума «Современные проблемы прочности». Старая Русса: НГТУ, 2003. Т. 2 - С. 80-85.

115. Скотникова М.А., Крылов Н.А., В.В. Виноградов Учёт волновой теории пластической деформации при высокоскоростной механической обработке поверхностей заготовок // Журнал «Металлообработка», СПб, №4 (28) / 2005. С. 12-17.

116. Skotnikova M.A., Krylov N.A., Motovilina G.D., Lanina A.A. & et. Transformation in Two Phase Titanium Alloys under High-Speed Mechanical Loading // Журнал «Вопросы материаловедения», 2007. - № 4(52) - С. 359-365.

117. Скотникова М.А., Чижик Т.И., Цибулина И.Н., Ланина А.А., Крылов Н.А. Использование титановых сплавов в качестве материала лопаток паровых турбин // Журнал «Вопросы материаловедения», 2007. № 3(51) - С. 61-70.

118. Ильин М.И., Скотникова М.А., Крылов Н.А., Ланина А.А. и др. «Установка для исследования трения скольжения» Патент на полезную модель № 67261 от 02.04.2007.

119. Крылов Н.А. Исследование особенностей пластической деформации при высокоскоростном нагружении. // IV Межвузовская конференция молодых ученых. Сборник трудов IV Межвузовской конференции. СПб, 2007. С. 78-84.

120. Krylov N.A. Transformation in two-phase titanium alloy at shock loading // First forum of young researchers. In the framework of International Forum "Education Quality 2008". — Izhevsk: ISTU, 23 April, 2008. - P. 150-164.