автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Диссипация энергии при горячей пластической деформации и разработка эффективных технологий обработки давлением высокопрочных конструкционных сплавов

I

На правах рукописи

ВАРГАСОВ Николай Рафаиловнч

ДИССИПАЦИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ

СПЛАВОВ

Специальности: 05.16.05 — Обработка металлов давлением;

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в филиале Санкт-Петербургского Государственного Морского технического университета — Севмашвтузе.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор

Рыбин В. В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Бетехтин В.И. доктор технических наук, профессор Добаткин C.B. доктор технических наук, профессор

Каджаспиров Г.Е.

Ведущая организация - ЦНИИМ

«

Защита состоится 8 июня 2000 г. в 45.00 час на заседание диссертационного совета Д 063.38.08 при Санкт-Петербургскол государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт Петербург, ул. Политехническая 29, химический корпус, аудитория 51.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке технического университета.

Автореферат разослан S И б) Я 2000 г.

Ученый секретарь специ д.т.н., профессор

вированного совета

я

/ Казакевич Г.С.

K62-U0

Общая характернст!!::а работы.

Актуальность работы. Создание новых глубоководных аппаратов для исследований и освоения мирового океана невозможно без разработки новых материалов и совершенствования технологии обработки уже применяющихся. Дальнейшее увеличение глубины погружения возможно с применением сплавов, предел текучести которых более 1000 МПа. Такие сплавы и стали созданы. Однако их использование связано с большими трудностями при производстве изделий сложной конфигурации. Можно выделить две проблемы. Во-первых, при изготовлении заготовок часто возникают дефекты. Во-вторых, заготовки из высокопрочных сталей и сплавов часто не соответствуют требованиям стандартов по комплексу механических свойств. Так при изготовлении некоторых полуфабрикатов из высокопрочных сталей и сплавов малоцикловая долговечность и вязкость разрушения в морской воде снижается до катастрофически низких величин, а критический размер трещины при пределе текучести 1000 МПа составляет 2 мм, что соответствует границе выявления дефектов современными методами. Обе названные проблемы, возникающие при использовании высокопрочных сплавов для изготовления деталей глубоководных аппаратов, могут быть решены путем оптимизации термомеханических параметров деформации, чтобы не допустить возникновения в обрабатываемом материале нежелательных структурных превращений, которые могли бы оказать отрицательное влияние на показатели технологичности и работоспособности материала изделий.

Традиционным подходом к оптимизации температурно-скоростных режимов горячего деформирования является выбор в качестве критериев оптимизации различных показателей предельной пластичности. Однако известно, что выбор в качестве критерия оптимизации того или иного показателя предельной пластичности не лишен известных недостатков. Во-первых, показатели предельной пластичности зависят от геометрической формы и размеров образцов. Во-вторых, предельная пластичность зависит не только от способности материала пластически деформироваться, но и от сопротивления материала локализации пластического течения. В-третьих, часто при испытаниях показатели предельной пластичности непрерывно возрастают вплоть до пред-плавильных температур и определить таким образом оптимальный диапазон температур деформации невозможно. И, наконец, на основании поведения показателей предельной пластичности практически невозможно судить о структурных превращениях, происходящих при деформации и, следовательно, трудно найти алгоритм изменения термомеханических режимов с целью получения необходимой микроструктуры. Уровень показателей предельной пластичности является лишь необходимым, но не достаточным условием, так как

в процессе ОМД требуется получить не просто нужное изменение формь заготовки, но и добиваться определенного структурного состояни материала, которое бы обеспечивало заданный комплекс механически свойств, изделия. Решить эту проблему можно на основе рассмотрения термо динамики процесса деформирования, связав ее с конкретными процессами развивающимися на атомном, микро- и мезоуровнях деформации, и выбрав ] качестве критерия оптимизации достаточно общий термодинамический пара метр, характеризующий процесс с точки зрения возможности формирования ] материале нужной структуры. Таким критерием может служить компонент! диссипации энергии, которая обусловлена динамическими изменениям1 структуры. Оптимальными режимами горячего деформирования в этом случа( являются такие температура и скорость деформирования, которые соответст вуют максимуму диссипации энергии. Такой подход к оптимизации темпера турно-скоростных условий горячего деформирования эффективен даже тогда когда в обрабатываемом материале происходят несколько диссипативны; процессов, что особенно важно при обработке промышленных сплавов имеющих сложную многофазную структуру, а во-вторых, на основе такоп подхода к оптимизации технологических режимов может быть разработан ал горитм программного управления обработкой.

Цель работы. Исследование и поиск общих закономерностей диссипа ции энергии при горячей пластической деформации и разработка на этой ос нове оптимальных технологических режимов обработки давлением высоко прочных конструкционных сплавов на основе титана, сталей и алюминиевы; бронз.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены еле дующие задачи.

1. Анализ структурных изменений при горячей пластической деформа ции и обоснование принципов выбора критерия оптимизации техно

■ логических режимов горячей обработки давлением.

2. Разработка методики экспериментальных исследований свойств металлических сплавов при температурах горячей обработки давлением в широком диапазоне скоростей деформации.

3. Исследование влияния температурно-скоростных условий дефор мирования высокопрочных конструкционных сталей и сплавов н< их сопротивление деформации и показатели пластичности.

4. Изучение взаимосвязи структурных и фазовых превращений с из менением эффективности диссипации энергии при горячей пласта ческой деформации.

5. Развитие представлений о физических процессах и действующих ме

ханизмах при сверхпластической деформации.

6. Разработка принципов оптимизации технологических режимов обработки давлением при изготовлении заготовок сложной конфигурации из высокопрочных сплавов на основе меди, титана и сталей.

Научная новнзна. Установлены закономерности диссипации энергии при горячей пластической деформации высокопрочных алюминиевых бронз, титановых сплавов и конструкционных сталей в широком интервале темпера-турно-скоростных условий деформирования. При этом установлены и уточнены закономерности изменения структуры. Показано, что эффективность диссипации энергии является наиболее объективным критерием для оптимизации технологических параметров горячего деформирования, который может быть использован для создания алгоритмов программного управления процессами горячей обработки давлением. Установлены структурные и температур!ю-скоростные условия проявления состояния сверхпластичности алюминиевых бронз и титановых сплавов. При этом выявлены закономерности структурных изменений при различных температурно-скоростных режимах деформирования, что позволило создать теоретические основы для разработки технологических процессов обработки давлением в состоянии сверхпластичности. На основании теоретических и экспериментальных результатов разработаны режимы и основные технологические параметры деформирования в состоянии сверхпластичности, что позволило получить заготовки из алюминиевых бронз с высоким комплексом механических свойств. Сформулированы и экспериментально обоснованы технологические принципы изотермического деформирования при изготовлении крупногабаритных изделий из титановых сплавов, что позволило получить бездефектные изделия сложной конфигурации с высокими механическими свойствами. Выявлены закономерности горячей хрупкости высокопрочных конструкционных сталей и на этой основе разработаны термомеханические параметры горячей гибки полособульбового профиля для кольцевых ребер жесткости прочных корпусов.

Практическая ценность. Полученные в работе теоретические и экспериментальные результаты исследований влияния температурно-скоростных условий деформирования на эффективность диссипации энергии, а также пластичность и сопротивление деформации расширяют и углубляют представления о механизмах деформации и структурообразовании при горячей обработке давлением, что создает предпосылки для дальнейшего совершенствования технологии обработки давлением.

Разработаны технологические рекомендации для проектирования новых и . совершенствования действующих технологических процессов обработки давлением при изготовлении заготовок сложной конфигурации из высокопрочных сплавов. Результаты диссертационной работы находят применение, внедряются или прошли производственное апробирование в ГУП Севмаш и на

других предприятиях Государственного центра атомного судостроения, чт подтверждено актами о фактическом использовании результатов работы. Т; ким образом, практическую ценность представляют как разработанные в ди1 сертации теоретико-прикладные вопросы, схемы и концепции, так и конкре ные технологии и термомеханические режимы обработки сплавов давлением

Высокая эффективность разработанных технологий и режимов для ol работки большой группы высокопрочных материалов, таких как алюмини вые бронзы, титановые сплавы и конструкционные легированные стали явл: ется важной предпосылкой широкого использования результатов работы f судостроительных и машиностроительных предприятиях.

Отдельные результаты диссертационной работы используются при чт нии лекций, проведении практических занятий, лабораторных работ, курсово и дипломном проектировании, проведении исследований аспирантами.

Личный вклад автора. Теоретически обоснован и разработан мете оптимизации технологических процессов горячей обработки давлением пр изготовлении заготовок сложной конфигурации из высокопрочных констру] ционных материалов. Выявлены основные закономерности структурных пр вращений при горячей деформации сплавов. Разработаны методические ост вы и экспериментальные установки для исследований поведения сплавов широком диапазоне температурно-скоростных условий нагружения. Выявл ны особенности структурообразования при горячей деформации, структурнь и термоскоростные условия сверхпластичного поведения исследуемых спл вов. Экспериментальная и расчетная части работы, а также реализация разр ботанных технологий были выполнены при участии сотрудников, аспиранте и студентов кафедры "Технология металлов и машиностроения" Севмашвту: при непосредственном участии автора.

Апробаиия работы. Основные результаты диссертационной работ доложены и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и сем] нарах: конференция АОП НТО им. академика А.Н. Крылова "Повышен! уровня технологичности машин, конструкций и систем" (Северодвинск, 1983 "Проблемы повышения качества продукции и эффективности производств; (Северодвинск, 1979), "Технологии производства - научную основу" (Севера двинск, 1987), научно-техническая конференция научно-учебного центра ф] зико-химических методов исследования (Москва, 1989), областная научн техническая конференция НТО им. академика А.Н. Крылова "Технолога производства - научную основу" (Северодвинск, 1989), Всероссийская нау но-техническая конференция "Научно-технические проблемы создаш средств подъёма и утилизации затонувших объектов" (Санкт-Петербур 1994), вторая международная конференция "Моринтех-97" (Санкт-Петербур 1997), региональная НТК "Корабелы - 300-летию Петербурга" (Санк Петербург, 1998), НПК "Научно-техническая политика и развитие новых о

раслей экономики" (Архангельск, 1998), научный семинар кафедры "Пластическая обработка металлов, порошковых и композиционных материалов" (СПГТУ, 1999). Кроме того, отдельные результаты работы отмечены дипломами на конкурсах НИР научно-технического общества им. академика А.Н. Крылова в 1977, 1978, 1981, 1993, 1998 г.г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 29 статей, 10 тезисов докладов, получено 2 авторских свидетельства, во ВНТИЦ зарегистрировано 7 отчетов по хоздоговорным и госбюджетным НИР, выполненным под научным руководством и при непосредственном участии автора.

Структура н объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, выводов, списка использованных литературных источников, включающего 201 наименование. Общий объём работы 357 страниц машинописного текста, в том числе 104 рисунка и 55 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность проблемы оптимизации технологических параметров горячего деформирования высокопрочных сталей и сплавов, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, обобщены научные результаты и положения, выносимые на защиту, а также рассмотрена возможность их практического применения.

5 Диссипация энергии при пластическом деформировании металлов и сплавов.

Важнейшей задачей современной теории и технологии обработки металлов давлением является расчет и выбор оптимальных режимов деформации в конкретных производственных процессах обработки металлов давлением. Несмотря на то, что к настоящему времени достигнуты значительные успехи в области расчетов сопротивления деформации и предельной пластичности в зависимости от таких основных факторов, как температура, степень и скорость деформации, схемы напряженного состояния и т.д. на основании экспериментальных и теоретических данных об изменении механических свойств, задача оптимизации технологических параметров пластического деформирования остается актуальной. Такое положение можно объяснить тем, что в качестве критерия оптимизации технологических параметров ОМД, как правило, используются либо показатели предельной пластичности, либо деформируемости.

Наиболее часто в качестве критериев оптимизации в различных задачах ОМД используют простые критерии пластичности: относительное удлинение и относительное сужение, определяемые при испытании образцов на растяжение; число оборотов до разрушения, определяемое при испытаниях на кручение, деформация до появления трещины, определяемая при испытании на сжатие и т.д. Более объективную характеристику дают сложные критерии пластичности и деформируемости, которые учитывают не только изменение геометрических размеров деформируемого тела, но и изменение механических свойств. К таким критериям относятся критерии Мартенса, Унксова, Рейзера и др. К универсальным критериям пластичности и деформируемости относятся критерии С.И. Губкина, В.Л. Колмогорова др., при использовании которых на основе простых лабораторных испытаний можно рассчитать предельную степень деформации в конкретных технологических процессах ОМД. Используя метод оценки пластичности предложенный В.Л. Колмогоровым, построены диаграммы пластичности при холодной деформации сталей и сплавов, которые используются для оптимизации технологических процессов ОМД.

Однако использование перечисленных критериев при оптимизации технологических процессов ОМД высокопрочных материалов связано с двумя проблемами. Во-первых, сложное влияние температуры и скорости деформации на пластичность и сопротивление деформации структурно-неоднородных высоколегированных сплавов является одной из причин того, что ни один из критериев не позволяет прогнозировать поведение обрабатываемого материала. Примерами могут быть такие эффекты, наблюдаемые' при пластической обработке, как красноломкость и сверхпластичность. Во-вторых, предельная пластичность часто не является определяющим критерием в конкретном процессе ОМД, а важно в процессе пластической обработки получить определен-н)то структуру деформируемого материала, которая обеспечивала бы заданный комплекс свойств изделий.

Решение проблемы оптимизации параметров технологических процессов горячей обработки давлением не может ограничиваться полуэмпирическими подходами, построенными на анализе экспериментальных данных и на обобщении опыта производства. Развитие теории и практики ОМД идет в направлении создания методов достаточно полного описания поведения материала при пластическом формоизменении. Одним из современных методов математического моделирования и оптимизации технологических процессов, учитывающий важнейшие технологические факторы: температуру, степень и скорость деформации, является метод, основанный на принципах современной термодинамики необратимых процессов.

Действующие в материале напряжения совершают работу пластической деформации, приращение которой в единице объёма определяется по формуле:

с1А = ач ■ (1£ч , (1)

где ст^ и — компоненты тензоров напряжений и деформаций.

Приращение работы пластической деформации расходуется на увеличение энергии с1\У дефектов, возникающих в процессе пластической деформации, их собственной энергии (1Г, изменение энергии сШ в результате наведенных пластической деформацией фазовых превращений и на выделение тепла

ар.

Мощность подводимой к единице объема механической энергии можно найти так:

Л® с1УУ аг йи йО

оь—- =-+ — + — + ^ (2)

с1т с1т с1т с1г с1т

Выражение (2) является уравнением сохранения энергии, связывающее между собой мощность подводимой энергии со скоростью изменения внутренней энергии и скоростью выделения тепла. В уравнении (2) член

Оу—- = _£)(<5у) называют диссипативной функцией, которая представляет

с1т

собой скорость рассеяния энергии, удовлетворяющей условию Б(£у) > 0.

Исходя из физической природы горячей пластической деформации, диссипативную функцию можно разделить на две составляющие:

« ~ СНУФ С1Гф с10Ф и=--1---1—

с1т с1т с1т ^

т С1\Уак с1Гак (И]ак (Юак 1 = -+ - +-

<3г с1т с1т (Зт

Составляющая О включает в себя ту часть рассеяния подводимой к материалу энергии, которая затрачивается на формоизменение, а составляющая .1 расходуется на структурные превращения, которые обеспечивают аккомодационные процессы. Если составляющая О связана с непосредственным формоизменением, то I - только с процессами, способствующими протеканию пластической деформации и, не изменяя значение <2у, определяет величину и изменение Оу . Чем большую часть от полной мощности подводимой механической энергии составляет ], тем активнее идет аккомодационная подстройка, тем меньше уровень напряжений.

При заданных температурно-скоростных условиях деформирования энергия, затраченная в единицу времени на пластическую деформацию, может быть представлена в виде суммы двух интегралов:

сг-£=$ас1£-\1£с1б=С+3 (4)

где: СТ — напряжение течения; £ — скорость деформации.

Связь между напряжением и скоростью деформации может быть записана в виде:

(7 = А-£т (5)

где: т - показатель скоростной чувствительности напряжения течения.

Тогда при заданной температуре деформации:

Т аг . , СГ-Е-ГП „ &•£

У = \е-(1(т =-; (7 =-. (6)

о пг+1 т+1

Составляющая диссипации I достигает максимума при т=1, когда материал ведет себя как идеально вязкая среда:

Т

и шах —--(7)

2

Эффективность диссипации энергии , связанная с динамическими изменениями структуры может быть найдена как отношение .1 к .1так:

_ J 2т

Ч =-=--(8)

3 тах 111 +1

Показатель эффективности диссипации энергии г) представляет собой способность материала рассеивать энергию при заданных температурно-скоростных условиях деформирования. Если же в процессе горячей деформации одновременно действуют несколько диссипативных процессов, то по величине эффективности диссипации энергии можно определить температурно-скоростные условия их совместного действия. В то же время часто в сплавах, имеющих сложную многофазную структуру, процессы диссипации могут происходить одновременно и взаимодействуя друг с другом. Поэтому найденный уровень эффективности диссипации будет представлять общий результат этого взаимодействия. Такие структурные превращения как динамический возврат, динамическая рекристаллизация, растворение и выделение фаз, сфе-родизация или рост зёрен, стимулируемые напряжениями фазовые превращения, протекающие в процессе деформации, сопровождаются изменением эффективности диссипации энергии. В любом случае при пластической обработке давлением оптимальными температурно-скоростными условиями деформирования являются те, которые обеспечивают максимальный уровень диссипации энергии. Таким образом, эффективность диссипации энергии отвечает всем необходимым признакам критерия оптимизации процесса обработки давлением: однозначностью, относительностью и универсальностью, а зави-

симости величины эффективности диссипации энергии от температурно-скоростных условий деформирования могут быть использованы для оптимизации технологических режимов обработки давлением.

ъ

Методические основы исследований диссипации энсргнн при горячей пластической деформации.

Обычно поведение материала при горячем пластическим деформированием характеризуется динамическим равновесием процессов упрочнения и разупрочнения. В самом общем виде изменение внутренних напряжений da увеличивается из-за возрастания пластической деформации на величину hde и уменьшается из-за термического разупрочнения на величину kdr.

der = hds -kdr, (9)

где: h - коэффициент деформационного упрочнения; к - скорость разупрочняющих процессов. Уравнение (9) широко используется для анализа деформируемых систем и известно как формула Орована. В реологии такое поведение деформируемого материала моделируют с использованием упруго-вязкопластичной среды, структурная формула которой имеет вид:

<т = Я-[5(//-Л0], (10)

где:Н, N и S - реологические элементы Гука, Ньютона и Сен-Венана; - и | -обозначения последовательного и параллельного соединения элементов.

Физическая интерпретация модели (10) сводится к следующему. При зысоких скоростях и низких гомологических температурах материал ведет се-5я как упругопластическая упрочняющаяся среда; при высоких гомологиче-:ких температурах и низких скоростях деформации накапливающиеся внутренние напряжения релаксируют со скоростью, которая определяется вязко-:тью материала и в пределе наблюдается полная диссипация энергии внутренних напряжений, а материал ведет себя как вязкопластичная среда. При лромежуточных температурно-скоростных условиях деформирования величи-ia действующих напряжений контролируется конкурирующими процессами пскумуляции и диссипации энергии.

Для испытаний на одноосное растяжение и сжатие в широком интерва-ie температурно-скоростных условий нагружения использовали комплекс жепериментальных установок. Статические испытания на растяжение и сжатие при скорости деформации 10"4 ■*■ 10"' с"1 проводили на установке UEN30 Shimadzu) и модернизированной для горячих испытаний универсальной разрывной машине УМ 5. Использовали стандартные пятикратные образцы диаметром 6 мм. Для проведения динамических испытаний на одноосное растя-кение и сжатие использовали специально изготовленный вертикальный копер

с максимальной энергией удара 80 Дж. Испытание на сжатие проводилось на образцах диаметром 10 мм, высотой 15 мм. Для сохранения цилиндричности образца во время проведения испытаний торцовые поверхности образца изготовляли коническими с углом 90-а, где а - угол трения. Регистрацию усилия, действующего на образец, и величину деформации проводили тензометриче-ским методом с записью диаграммы нагружения на двухкоординатном самописце ПДС-021 при статических испытаниях и двухлучевом осцилографе с памятью при динамических испытаниях.

Для описания диаграмм истинных напряжений наиболее пригодной как по простоте, так и по точности совпадения с экспериментальными результатами оказалась степенная функция:

<T = R£", (11)

где: п - показатель деформационного упрочнения.

Показатель скоростной чувствительности напряжения течения определяли используя известную степенную зависимость напряжения от скорости деформации при заданной степени деформации:

СТ = к-£т, (12)

где: m - показатель скоростной чувствительности, который определяется по формуле:

Alger

т = —— (13)

A\gè

Эффективность диссипации энергии г| при различных температурно-скоростных условиях деформирования рассчитывали по формуле

2т

Методика расчета эффективности диссипации энергии в зависимости от температуры и скорости деформации состояла в формировании матрицы значений истинных напряжений, их логарифмов, расчета m и r|, а затем-- расчета промежуточных значений эффективности диссипации методом сплайн-интерполяции. Результаты расчета могут быть представлены в любом удобном для пользователя виде: табличном либо графическом. Наиболее наглядным является представление результатов расчета г| в виде пространственных карт и карт постоянных уровней эффективности диссипации. Расчеты т] и построение карт проводили с использованием программы Mathcad 6,0+.

Для изучения структуры и механизмов деформации при высокотемпературной пластической деформации использовали установку ИМАШ20-78, которая позволяет осуществлять деформацию образцов растяжением и сжатием в вакууме при температурах до 1200°С и скорости нагружения от 0.01 до 1600 мм/час. Микроструктуру, выявляющуюся при тепловом травлении и де-

формации, снимали на видеокамеру и записывали на видеомагнитофоне с последующей передачей изображения в память компьютера Pentium-100 для количественного анализа изображения. Использование такой методики позволило с большей точностью производить расчеты среднего размера зерна в продольном и поперечном направлениях, рассчитывать фазовый состав и оценивать вклад зернограничного проскальзывания в общую деформацию.

С целью идентификации включений и выделений, возникающих при горячей пластической деформации использовали световой и растровый электронный микроскопы, а так же рентгеновский микроанализатор MBS-70 и ОЖЕ - спектрометр PHI - 660.

Таким образом, использование комплекса методик и методов исследования влияния температурно-скоростных условий деформирования на эффективность диссипации энергии, а также методик и средств исследования структурных изменений, позволили получить необходимую информацию для сопоставления результатов расчета г| и диссипативных процессов, происходящих при пластической деформации.

Диссипация энергии при горячен пластической деформации титановых сплавов.

При температурах горячего деформирования титановых сплавов сопротивление деформации и пластичность существенно зависит от температурно-скоростных условий деформирования и микроструктуры. Кроме того, горячая деформация титановых сплавов характеризуется неоднородностью и неравномерностью, что также является следствием большой чувствительности сплавов к уемпературно-скоростным условиям деформирования. Неблагоприятные условия деформации часто приводят либо к разрушению заготовок при деформации, либо к тому, что комплекс механических свойств не соответствует требованиям технических условий. Поэтому задача оптимизации термомеханических параметров деформирования титановых сплавов была и остается актуальной.

Для проведения исследований использовали сплавы различного химического состава: ПТЗВ (Ti-Al-V), 5ВА (Ti-V-Mo), 23А (Al-V-Mo-Cr). Состояние поставки - горячекатаные листы. При охлаждении листов после горячей прокатки в результате полиморфного превращения в сплавах формируется пластинчатая структура, которая практически не изменяется при последующей термообработке.

Выбор названных сплавов для проведения исследований обусловлен тем, что они имеют различную величину зерна и фазовый состав в исходном состоянии. Если сплав ПТ-ЗВ содержит только 4-6 % |3-фазы, а средний диа-

метр зерна a-фазы равен 11 мм, то в сплаве 23А содержание Р-фазы составляет 30% при средней величине зерна 2,1-3,0 мкм. В сплаве 5ВА количество Р-фазы 10%, а средний диаметр зерна 8 мкм.

Таким образом, использование сплавов с различным содержанием Р-стабилизаторов, и следовательно, с различным соотношением а- и р-фаз и различной величиной зерна позволило установить влияние микроструктуры на уровень эффективности диссипации энергии при пластической деформации сплавов.

Анализ диаграмм истинных напряжений показал, что их вид существенно зависит от структуры и температурно-скоростных условий деформирования. Если для диаграмм истинных напряжений сплавов 5ВА и 23А характерным является наличие пика напряжений при степени деформации 0,1-0,2, после чего наступает установившаяся стадия, то диаграммы истинных напряжений сплава ПТ-ЗВ можно разделить на две группы в зависимости от температурно-скоростных условий деформирования. При низких температурах и высоких скоростях деформирования напряжение течения непрерывно повышается с увеличением деформации. При высоких температурах и скоростях деформации напряжение течения достигает пика при степенях деформации 0,05-0,1, а затем понижается, достигая определенного постоянного значения. Другой важной особенностью диаграмм истинных напряжений сплавов 5В и 23А является то, что при определенных температурно-скоростных условиях деформирования наблюдается периодическое изменение напряжения течения на установившемся участке диаграммы, которое свидетельствует о чередовании процессов упрочнения и разупрочнения. Анализ результатов исследования влияния температурно-скоростных условий деформирования на напряжение течения и пластичность показал, что как напряжение течения, так и относительное удлинение существенно зависят от структуры и температурно-скоростных условий деформирования. В исследованных температурно-скоростных условиях сплав 23 имеет наименьшее, а сплав ПТ-ЗВ — наибольшее напряжение течения. Температурные и скоростные зависимости относительного удлинения характеризуются выраженным максимумом в интервале температур 850-900 "С и скоростях деформации 10'3-10"2 с"1. Относительное удлинение при испытаниях сплава 23А при температуре 850°С и скорости деформации 1,4-1 О*'1 с"1 достигает 450-500%. В сплаве 5ВА максимальное относительное удлинение составило 150-180%. Сплав ПТ-ЗВ характеризуется невысоким относительным удлинением и слабой (по сравнению со сплавами 23А и 5ВА) зависимостью относительного удлинения от температуры и скорости деформации. Характер зависимости относительного удлинения от температуры и скорости деформации сплава 23А является типичным для сверхпластичного поведения. Зависимости эффективности диссипации энергии от температурно-скоростных условий деформирования всех сплавов характери-

зуются наличием ярко выраженного максимума. На рис. 1 в качестве примера представлены зависимости эффективности диссипации энергии от температуры и скорости деформации сплава ПТ-ЗВ.

1,°С

Рис. 1. Эффективность диссипации энергии при различных температурно-скоростных условиях деформации сплава ПТ-ЗВ.

Основные закономерности изменения эффективности диссипации энергии состоят в следующем. При температурах деформации 750-800 °С эффективность диссипации относительно низкая и плавно понижается с увеличением скорости деформации; в области температур 950-1000 °С эффективность диссипации повышается с увеличением скорости деформации; при температурах 850-950 "С наблюдается максимум эффективности диссипации, абсолютная величина которого составила 0,46-0,5 для сплава ПТ-ЗВ, 0,5-0,54 для сплава 5ВА и 0,6-0,64 для сплава 23А. С увеличением степени деформации эффективность диссипации повышается.

Наиболее характерными структурными превращениями при деформации сплавов являются изменение размеров и формы зерен, а также изменение в процессе деформации фазового состава. Результаты исследований изменения структуры сплавов в процессе нагрева и деформации показали, что, если размер зерен а-фазы уменьшается, то размер зерен Р-фазы несколько увеличивается. При этом рост зерен при деформации протекает интенсивнее, чем во время выдержки при температуре испытания. Важным фактом, установленным при изучении изменений микроструктуры сплавов при деформации, является трансформация исходной пластинчатой структуры в зернистую, которая наиболее интенсивно происходит при деформации в двухфазной области, где возможны, по крайней мере, два сценария эволюции микроструктуры. Когда температурно-скоростные условия таковы, что а- и р-фазы равнопрочны, скольжение в обеих фазах происходит одновременно и сплав ведет себя как однофазный. Однако чаще сопротивление деформации фаз различно, например, ста>а|\. В этом случае, образующиеся на межфазных границах скопления дислокаций, могут инициировать зарождение дислокаций на другой стороне границы и, таким образом, осуществить локализованный сдвиг в зернах более прочной фазы. При этом в месте сдвига возможно образование на границах ступенек либо пор. Механизмом, затрудняющим их образование, является локальная миграция межфазных границ, происходящая в результате фазового превращения. По мере протекания выше названных процессов происходит разделение зерен одной из фаз на мелкие составляющие, а за счет диффузионных процессов - их сфероидизация и рост. В этом состоит одна из особенностей динамической рекристаллизации титановых сплавов при деформации их в двухфазной области. Образующиеся при дроблении фрагменты пластин являются зародышами рекристаллизации, которые могут интенсивно расти.

В зависимости от степени деформации можно выделить, по крайней мере, три характерных периода. При степени деформации менее 0,1 происходит скольжение в менее прочной фазе и накопление дислокационных зарядов на межфазных границах, что приводит к упрочнению и увеличению общего уровня действующих напряжений. При е = 0,1-0,6 происходит фрагментация пластин и формирование мелкозернистой структуры, что сопровождается

снижением а на 10-20%. И, наконец, при s > 0,6 в процессе деформации происходит рост зерна и, как следствие, увеличение а.

Таким образом, в процессе горячей пластической деформации титановых сплавов происходят два главных рассеивающих энергию процесса - это динамическая рекристаллизация и фазовое а —> (5 превращение. Максимум на температурно-скоростной зависимости эффективности диссипации энергии показывает условия, при которых энергия, рассеивающаяся в результате динамической рекристаллизации, равна энергии, рассеивающейся через процесс фазового превращения. Слева от этого максимума доминируют процессы рекристаллизации, а справа доминирует фазовое превращение. С увеличением температуры при переходе в однофазную область единственным диссипатив-ным процессом является собирательная рекристаллизация. Поэтому температуру полного полиморфного превращения в титановых сплавах можно рассматривать как верхний предел для возможности реализации высокого уровня эффективности диссипации энергии. Соответственно нижний предел температурной области высоких значений г| определяется температурой начала динамической рекристаллизации. Так, в сплаве ПТ-ЗВ температура начала динамической рекристаллизации составляет 850°С, а температура полного полиморфного превращения равна 960°С. Именно в этом интервале температур наблюдается пик эффективности диссипации энергии. В сплаве 5ВА, в котором температура полного полиморфного превращения выше, максимум эффективности диссипации смещен в сторону более высоких температур. В двухфазном сплаве 23А, в котором температура начала рекристаллизации равна 820°С, а температура полного полиморфного превращения 920°С, пик эффективности диссипации находится в области температур 840-860°С.

Эффективность диссппацнн энергии при горячен пластической деформации конструкционных сталей

Четвертая глава посвящена исследованию и анализу результатов влияния температурно-скоростных условий деформирования на показатели пластичности и эффективность диссипации энергии высокопрочных конструкционных сталейАК-35Ш и АК-33. Испытания сталей проводили с использованием образцов, изготовленных из заготовок полособульбового профиля в двух исходных состояниях: горячекатаном и нормализованном. Образцы для испытаний вырезали из полки полособульбового профиля в направлении прокатки. Для повышения достоверности результатов проводили испытания трех различных плавок. Анализ результатов влияния температурно-скоростных условий деформирования на механические свойства сталей показал, что зависимости относительного удлинения и относительного сужения от температуры

имеют немонотонный характер. На зависимости относительного удлинения от температуры можно выделить три характерных участка: первый — от 650 до 760°С, где относительное удлинение возрастает, второй - от 800 до900°С, где наблюдается заметное снижение пластичности и третий — от 900 до 1060°С, где относительное удлинение возрастает. Зависимость относительного сужения от температуры характеризуется минимумом при температуре 850950 °С. Результаты исследования стали в предварительно нормализованном при температуре 1040°С состоянии показали, что характер изменения механических свойств при увеличении температуры остается прежним. Наблюдается существенное снижение пластичности в области температур 800-950 °С. Однако общий уровень показателей пластичности возрастает.

На рис.2 представлена зависимость эффективности диссипации энергии от температурно-скоростных условий деформирования стали АК-35ш при степени деформации 0,1.

Результаты расчетов эффективности диссипации энергии позволили установить следующие основные закономерности поведения стали. Во-первых, наблюдается существенное изменение вида карт при изменении степени деформации от 0,05 до 0,2. Если при степени деформации 0,05 уровень эффективности диссипации весьма низок (~0,16), а максимум наблюдается при скорости деформации 5* 10"*с"1 и температуре 780°С, то с увеличением степени деформации до 0,1 -0,2 общий уровень т| возрастает и появляется отчетливый минимум при температурах 860-900°С. Во-вторых, в области низких температур деформации, 700-800°С, эффективность диссипации монотонно возрастает с уменьшением скорости деформации. В-третьих, при низких скоростях деформации (Ю^-Ю'^с'1) при температуре 880°С эффективность диссипации минимальна

С целью интерпретации результатов расчета эффективности диссипации энергии проводились исследования микроструктуры образцов в трех характерных температурно-скоростных областях, где происходят различные по своей физической сущности диссипативные процессы. Установлено, что в межкритическом интервале температур одновременно происходят два дисси-пативных процесса. Во-первых, в вытянутых зернах феррита наблюдается развитая субзеренная структура, характерная для завершающей стадии динамической полигонизации. Во-вторых, в межкритическом интервале температур происходит аустенитно-ферритное фазовое превращение из-за смещения температуры фазового равновесия под действием напряжений. Расчеты возможного изменения температур фазового равновесия показали, что критическая точка Ас1 может смещаться под действием растягивающих напряжений на 25-30° в сторону более высоких температур. Таким образом, повышенный уровень эффективности диссипации энергии в интервале температур 700-800°С и низких скоростях деформации можно объяснить протеканием двух

1, °с

Рис. 2. Эффективность диссипации энергии при различных температурно-скоростных условиях деформирования стали АК-35Ш.

диссипативных процессов, фазового превращения и динамической полигони-зации. Увеличение скорости деформации в этом интервале температур приводит к снижению эффективности диссипации из-за уменьшения вклада в диссипацию диффузионного фазового превращения.

Повышение температуры деформации до температуры рекристаллизации и выше приводит к увеличению уровня эффективности диссипации при степенях деформации 0,1 и не изменяет величину г) при степени деформации 0,05. Это подтверждает хорошо известный факт: для начала динамической рекристаллизации требуется создание определенной дислокационной структуры. Второй особенностью динамической рекристаллизации сталей является то, что зародыши рекристаллизации возникают у границ зерен аустенита, где необходимая для начала рекристаллизации деформация достигается быстрее, чем в объемах зерен.

В промежуточной области температур деформации 800-900°С, то есть при температурах выше критической точки Асз, но ниже температуры начала динамической рекристаллизации уровень эффективности диссипации минимален. Исследования механизмов деформации и микроструктуры показали, что в этом диапазоне температур основным механизмом деформации является зернограничное проскальзывание, сопровождающееся активным образованием пор на границах зерен из-за слабой активности внуризеренных аккомодационных процессов. Одной из возможных причин ослабления прочности границ в этом интервале температур является повышенная концентрация в границах серы. Микрозондовый анализ поверхности разрушения образцов показал, что концентрация серы в границах, где возникают поры и микротрещины, в 25-30 раз превышает среднее.

Таким образом, снижение эффективности диссипации в области температур 800-900°С можно объяснить тем, что мощный диссипативный процесс -фазовое превращение, действующий в межкритическом интервале температур, уже не работает, а второй - динамическая рекристаллизация еще не работает. И, наконец, общий низкий уровень диссипации энергии при деформации сталей можно объяснить тем, что из-за присутствия в границах зерен аустенита легкоплавкой оксисульфидной эвтектики основным механизмом деформации является зернограничное проскальзывание, что приводит к локализации диссипативных процессов в приграничных объемах, а при слабой активности последних, к образованию в границах пор и микротрещин.

Диссипация энергии при пластической и свсрхпластнческон деформации алюминиевой бронзы

Пятая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям влияния температурно-скоростных условий на эффективность диссипации энергии при пластической и сверхпластической деформации двухфазной алюминиевой бронзы различного химического состава. Исследования проводили на четырех плавках с различным содержанием алюминия и марганца в пределах марочного состава бронзы марки БРАЖНМц 9-4-4-1. Анализ микроструктуры поковок из бронзы различного химического состава, которые прошли различные виды термообработки, показал, что в плавках с максимальным содержанием марганца и алюминия (плавка 1) после ковки и отжига при температуре 900°С формируется мелкозернистая структура (с13<10 мкм)с примерно одинаковым содержанием а-фазы и эвтектоида. Другие плавки бронзы ха-• растеризовались более крупным зерном и большим содержанием а-фазы.

На основании результатов исследований влияния температурно-скоростных условий деформирования на показатели пластичности установлено, что при деформации образцов бронзы (плавка 1) при температуре 850°С и начальной скорости деформации 2*10"3 с"' наблюдаются все признаки сверхпластичности : относительное удлинение превышает 600%, а показатель скоростной чувствительности напряжения течения т=0.54. При тех же темпера-турно-скоростных условиях деформирования образцов из бронзы с минимальным содержанием алюминия и марганца (плавка 2) относительное удлинение не превышало 100%, а показатель т=0.24, что свидетельствует об отсутствии признаков сверхпластичности. Другой характерной особенностью плавки 1 является то, что сверхпластичность при температуре 850°С проявляется в очень широком диапазоне скоростей деформации. Так, при скорости деформации 10"'с'1 относительное удлинение равно 260% при показателе ш=0.3. Расчетные значения эффективности диссипации энергии при пластической деформации плавки 1 представлены на рис.3 в виде трехмерной диаграммы и в виде карты постоянных уровней эффективности диссипации. Анализ результатов расчетов эффективности диссипации энергии при исследованных температурно-скоростных условиях деформирования показывает, что бронза плавки 1 характеризуется более высокой эффективностью диссипации энергии практически при всех исследованных температурно-скоростных условиях. Причем при температуре 850°С и скорости деформации 2*10"' - 5*10° с"1 наблюдается максимум эффективности диссипации.

Рис.3. Зависимость показателя эффективности диссипации энергии от температурно-скоростных условий деформирования бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1.

Исследования микроструктуры деформированной и недеформирован-ной частей образцов показали, что процесс деформации бронз сопровождается изменением среднего диаметра зерна и фазового состава. Это позволило сделать вывод о том, что при деформации происходят, по крайней мере, два дис-сипативных процесса: фазовое а—превращение и динамическая рекристаллизация. Важной особенностью динамической рекристаллизации бронзы является то, что она происходит на фоне активного зернограничного проскальзывания. Оценка вклада зернограничного проскальзывания показала, что доля

ЗГП зависит от температурно-скоростных условий деформирования и исходного фазового состава сплава. Так, вклад ЗГП в общую деформацию бронзы плавки 1 оказался 24, 52 и 46% при температурах 750, 850 и 950°С соответственно. При тех же температурно-скоростных условиях деформирования плавки 2 вклад ЗГП составил в 3-4 раза меньше. Связь ЗГП и рекристаллизации можно объяснить следующим образом. Межзеренное проскальзывание происходит не по гладким поверхностям, а по содержащим выступы и ступеньки. Каждый такой «дефект» межзеренных границ вызывает неоднородность деформации и накопление дислокационных зарядов. Напряжение от них направлено навстречу приложенным, что вызывает локальное упрочнение. Рекристаллизация, начинающаяся в этих участках, является тем диссипативным процессом, который приводит к уменьшению мощности дислокационных зарядов. Поэтому при малых скоростях деформации ( 10'3-10'2 с'1), когда большая часть внутренних напряжений релаксирует в результате динамической рекристаллизации, вклад ЗГП в общую деформацию может достигать 50-60%. В других температурно-скоростных условиях деформации (низкие температуры и высокие скорости) снятие внутренних напряжений в границах осуществляется в результате динамического возврата.

Промышленная реализация использования эффективности диссипации энергии для оптимизации технологических режимов обработки давлением сталей и сплавов

В заключительных шестой, седьмой и восьмой главах представлены технологические решения использования эффективности диссипации в качестве критерия для оптимизации температурно-скоростных режимов пластической деформации титановых сплавов, конструкционных сталей и алюминиевой бронзы.

Так, в шестой главе представлены результаты исследования влияния температурно-скоростных режимов деформирования на механические свойства титановых сплавов и технологического процесса изотермической штамповки изделий типа «днище» из титанового сплава ПТ-ЗВ.

Исследованиями влияния температурно-скоростных условий деформирования на комплекс механических свойств сплавов установлена существенная зависимость практически всех показателей механических свойств от температуры и скорости деформирования. Чтобы установить зависимость изменения механических свойств от коэффициента эффективности диссипации энергии использовали регрессионный анализ. Установлено, что в пределах изменения эффективности диссипации от 0,1 до 0,5 экспериментальные данные зависимости показателей механических свойств от эффективности диссипации энергии хорошо описываются линейной зависимостью, а наилучший

комплекс механических свойств имеют образцы после деформации в темпе-ратурно-скоростных условиях максимума эффективности диссипации энергии. Такое улучшение комплекса механических свойств объясняется трансформацией пластинчатой структуры в зернистую. Причем процесс трансформации пластинчатой структуры, начавшийся при деформации в оптимальных температурно-скоростных условиях, может завершаться при последующем отжиге.

В качестве примера конкретной реализации возможности совершенствования технологии ОМД на основе использования эффективности диссипации энергии в качестве критерия оптимизации температурно-скоростных режимов деформирования рассмотрен процесс штамповки изделий «днище» из листовых заготовок, изготовление которых сопряжено с образованием множественных трещин на наружной поверхности. Для создания изотермических условий деформирования использовали шоопированные стальные технологические прокладки, которые играют роль экранов, предохраняющих титановую заготовку от охлаждения при переносе от печи к прессу и контакте ее с матрицей. Технико-экономический эффект от применения разработанной технологии заключается в том, что в результате применения технологических прокладок достигаются практически изотермические условия штамповки, что, в свою очередь, позволяет осуществлять деформацию при температурно-скоростных условиях максимально высокой эффективности диссипации энергии.

В' седьмой главе приведены результаты оптимизации температурно-скоростных режимов гибки заготовок из полособульбового профиля. Опыт производства заготовок для кольцевых ребер жесткости из полособульбового профиля стали АК-35Ш показал, что их комплекс механических свойств часто не соответствует требованиям технических условий. Так, при изготовлении наружных ребер жесткости высотой более 500 мм порядка 40% заготовок характеризуются низкими значениями ударной вязкости и показателей пластичности при отсутствии запаса по пределу текучести и временному сопротивлению. Повторная термообработка, как правило, не позволяет улучшить комплекс механических свойств. Последовательность технологических операций изготовления заготовок для кольцевых ребер жесткости из полособульбового профиля следующая: горячая прокатка полособульбового профиля из слитков электрошлакового переплава, нормализация проката при температуре 1030-1060°С, горячая гибка-прокатка с нагревом токами высокой частоты при температуре 920-980иС, закалка с печного нагрева и высокий отпуск, правка при комнатной температуре.

Исследованиями влияния температурно-скоростных условий на эффективность диссипации энергии стали было установлено, что максимум эффективности диссипации при скорости деформации, реализуемой при гибке про-

филя, находится при температурах 740-780°С. Поэтому, с целью установления зависимости между уровнем эффективности диссипации энергии и комплексом механических свойств готовых изделий проведена опытная гибка по-лособульбового профиля при различных температурах - 760, 960 и 1060°С -заготовок трех различных плавок, которые после гибки подвергали стандартной термообработке - термоулучшению. Результаты механических испытаний заготовок после гибки при различных температурах и термообработки на КП90 показали, что наилучший комплекс свойств имеют заготовки после гибки в межкритическом интервале температур, т. е. при температуре 760°С независимо от химического состава плавок. Увеличение температуры гибки по отношению к оптимальной приводит к уменьшению уровня показателей пластичности, ударной вязкости и динамической вязкости разрушения.

В восьмой главе представлены результаты исследований влияния температурно-скоростных условий деформирования на комплекс механических свойств поковок из алюминиевой бронзы. Как было показано в главе 5, в алюминиевых бронзах определенного химического состава наблюдаются все признаки сверхпластичности: низкое напряжение течения, большое относительное удлинение и высокий уровень эффективности диссипации энергии. Поэтому возникают необходимые условия для оптимизации термоскоростных режимов обработки давлением алюминиевых бронз с целью улучшения основных показателей готовых изделий: размерной точности, качества поверхности и комплекса механических свойств. В работе представлены результаты исследований процесса изотермической штамповки выдавливанием заготовок для соединительных деталей трубопроводов высокого давления. Оптимизацию температурно-скоростных условий штамповки осуществляли на основе зависимостей эффективности диссипации энергии от температуры и скорости деформации. Для изучения влияния термомеханических параметров деформирования на комплекс механических свойств поковок из алюминиевой бронзы различного химического состава использовали поковки штампованные при различных температурах, которые затем подвергали стандартным видам термической обработки, отжигу и закалке с отпуском. Установлено, что после окончания высокотемпературной деформации структура может быть различной в зависимости от температуры, степени и скорости деформации. Во-первых, структура может соответствовать состоянию горячего наклепа. На диаграмме эффективности диссипации это соответствует температурно-скоростным условиям, при которых эффективность диссипации близка к нулю. Во-вторых, формирующаяся при деформации структура может соответствовать началу образования субструктуры в результате динамического возврата. Эта. ситуация соответствует температурно-скоростным условиям, когда эффективность диссипации равна «0,1. В-третьих, при уровне эффективности диссипации я 0,2 в результате динамической полигонизации образуется ус-

тойчивая субструктура. В-четвертых, температурно-скоростные условия мо-г>т быть таковы, что в процессе деформации будет происходить динамическая рекристаллизация. В этом случае, уровень эффективности равен « 0,3. В результате проведенных механических испытаний поковок установлено, что между эффективностью диссипации энергии и комплексом механических свойств поковок из алюминиевой бронзы существует устойчивая функциональная связь, а карты эффективности диссипации энергии можно рекомендовать для нахождения оптимальных режимов термомеханической обработки.

Основные выводы.

1.На основании обобщений, выполненных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований, показано, что подходы термодинамики дают возможность сформулировать новый критерий, позволяющий оптимизировать выбор температурно-скоростного режима пластической деформации конструкционных сталей и сплавов. Таким критерием является доля мощности диссипации энергии .1, которая обусловлена динамическими структурными и фазовыми превращениями.

2. Для определения коэффициента эффективности диссипации энергии использованы реологические модели упруговязкопластичной среды, на основании которых разработаны методики экспериментальных исследований влияния температурно-скоростных условий деформирования на сопротивление деформации и показатели пластичности, методики расчета коэффициента эффективности диссипации энергии и построения пространственных карт эффективности и карт постоянных уровней диссипации энергии в зависимости от важнейших технологических параметров горячей обработки давлением: температуры и скорости деформации.

3. Установлены взаимосвязи коэффициента эффективности диссипации энергии с температурно-скоростными условиями деформирования, исходной структурой сплавов, динамическими и структурными превращениями и механизмами деформации, происходящими при горячей пластической деформации.

4. Показано, что коэффициент эффективности диссипации может быть использован в качестве критерия оптимизации технологических параметров обработки давлением высокопрочных сталей и сплавов.'

5. Установлены основные закономерности проявления сверхпластичности в псевдооднофазных и двухфазных титановых сплавах, взаимосвязь механизмов сверхпластической деформации сплавов с уровнем диссипации энергии и структурными превращениями в широком диапазоне температурно-скоростных режимов деформирования.

6. В результате исследований структурных изменений, происходящих при деформации сплавов, установлено, что в температурно-скоростных условиях пика эффективности происходит, по крайней мере, два главных рассеивающих энергии процесса - это динамическая рекристаллизация и фазовое превращение. Пик эффективности диссипации показывает условия, при которых энергия, рассеивающаяся через процесс динамической рекристаллизации, равна энергии, рассеивающейся через фазовое превращение.

7. На основании расчетов коэффициента эффективности диссипации энергии и исследований механизмов пластической деформации стали АК-35Ш установлены причины горячей хрупкости стали и определены оптимальные температурно-скоростные условия деформирования стали.

8. Исследованиями влияния температурно-скоростных условий деформирования стали АК-35Ш на эффективность диссипации энергии установлено, что уровень эффективности диссипации в исследованных температурно-скоростных условиях определяется различными по природе диссипативными процессами. Если в области температур 700-^800°С основными диссипативными процессами являются фазовое превращение и динамическая полигони-зация феррита, то при температуре выше 900°С диссипация энергии, в основном, осуществляется в результате динамической рекристаллизации.

9. На основе полученных экспериментальных результатов влияние структуры и температурно-скоростных условий деформирования установлены основные закономерности сверхпластической деформации алюминиевых бронз. Показано, что в алюминиевой бронзе БрАЖНМц 9-4-4-1 наблюдаются максимумы пластичности при температуре 850°С и двух различных скоростях деформации: первый максимум при скорости деформации 10"3с"', второй при 0,8-10"'с1.

10. Показано, что эффективность диссипации энергии, также как показатели пластичности бронзы, зависит от температурно-скоростных условий деформирования и исходной структуры. Анализ структуры бронз до и после деформации показал, что эффективность диссипации энергии контролируется процессами динамической рекристаллизации и фазовым превращением. Максимум эффективности диссипации соответствует одновременному сбалансированному протеканию этих процессов.

11. На основании результатов исследования влияния температурно-скоростных условий деформирования на механические свойства титановых сплавов установлено, что между коэффициентом эффективности диссипации г| и показателями механических свойств существует строгая функциональная зависимость, по крайне мере, в пределах изменения г) от 0,1 до 0,6.

12. Разработан и опробован в производственных условиях технологический процесс штамповки широкой номенклатуры изделий типа «днище» из

титановых сплавов. Использование карт эффективности диссипации энергии позволило оптимизировать температурно-скоростные режимы штамповки.

13. Экспериментальные исследования влияния температурно-скоростных условий деформирования на эффективность диссипации позволили определить оптимальные режимы гибки - прокатки заготовок для кольцевых ребер жесткости из полособульбового профиля стали АК-35Ш, позволяющие существенно улучшить их комплекс механических свойств.

14. На основе исследований поведения алюминиевых бронз при различных температурно-скоростных условиях, установлены и оптимизированы технологические режимы процесса изотермической штамповки выдавливанием заготовок для соединительных деталей трубопроводов. На основании результатов механических испытаний заготовок установлено, что карты эффективности диссипации можно использовать для нахождения оптимальных режимов высокотемпературной термомеханической обработки алюминиевых бронз.

15. Теоретические и экспериментально-прикладные результаты проведенных исследований прошли и проходят апробирование на одном из предприятий Государственного центра атомного судостроения, а разработанные методики экспериментальных исследований эффективности диссипации энергии при пластической деформации сталей и сплавов используются в учебном процессе при проведении названных исследований студентами и аспирантами.

Основное содержание диссертации изложено в следующих

работах:

1. Варгасов Н.Р. Деформирование двухфазной алюминиевой бронзы в условиях сверхпластичности // Кузнечно-штамповочное производство. - 1982. -№ 12. - с. 2-3.

2. Варгасов Н.Р., Соколова Л.Т., Мансуров В.В. Специальная // Информационный бюллетень п/д Г-4572. - 1978. - № 28. - с.5-6.

3. Варгасов Н.Р. Сверхпластическая деформация бронзы БрАЖНМц 94-4-1 // Физика и химия обработки материалов. - 1982. -№ 6. - с.100-103.

4. Варгасов Н.Р., Титов Н.Я., Мансуров В.В. К вопросу термоциклической обработки сварных соединений // Сварочное производство. - 1979. - № 1,-с.З.

5. Варгасов Н.Р. Исследование влияния термомеханической обработки на механические свойства бронзы // Научн.-техн. сб. V НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова. - 1981. - с.3-10.

6. Варгасов Н.Р. Исследование сверхпластичности бронзы // Научн.-техн. сб. V НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова. -1981.-е. 10-15.

7. Варгасов Н. Р. Деформация двухфазной алюминиевой бронзы БрАЖНМц 9-4-4-1 с исходной мелкозернистой структурой // Научн.-техн. сб. V НТК ЛОП НТО им. АН. Крылова. -1981.-е. 15-25.

8. Варгасов Н.Р., Романов А.Д. Реологическая модель алюминиевой бронзы в состоянии сверхпластичности // Вопросы технологии, эффективности и надежности: сб. статей - ч. II - ОНТИ ПО СМП - 1984. - с. 27-28.

9. Варгасов Н.Р., Шушлянин А.Е. Исследование влияния температуры деформации на пластичность сталей // Вопросы технологии, эффективности и надежности: сб. статей - ч. II ОНТИ ПО СМП - 1984. - с. 29-30.

10. Варгасов Н.Р., Хлудов А.А. Исследование пластичности двухфазной латуни JTC 59-1 с различной исходной структурой // Вопросы технологии, эффективности и надежности: сб. статей — ч. II ОНТИ ПО СМП - 1984. - с. 31-34.

11. Романов А.Д., Титов Н.Я., Варгасов Н.Р., Клеровский А.В. Методика определения реологических свойств сварочных материалов // Сварочное производство. - 1985. — № 7. - с. 36-37.

12. Варгасов Н.Р., Соколова JI.T., Кондрашова А.А. Исследование эффекта сверхпластичности в двухфазных сплавах: Тез. докл. VIII НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1985.

13. Варгасов Н.Р., Соколова Л. Т., Ветошкин О.Н. Использование эффекта сверхпластичности алюминиевой бронзы в технологии обработки давлением: тез. докл. VIII НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1985 с.

14. Варгасов Н.Р. Деформируемость и механические свойства сверхпластичной алюминиевой бронзы // Технология судостроения. - 1987. - № 5. - с. 34-36.

15. Варгасов Н.Р. Исследование способа штамповки деталей из спецсплава: тез. докл. IX НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова — Северодвинск, 1987 -с.4.

16. Варгасов Н.Р., Вдовиченко А.Ю., Климов А.Г., Кузьмин М.А. Исследование деформации алюминиевой бронзы при высоких скоростях деформирования: тез. докл. IX НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1987 -С.5.

17. Варгасов Н.Р., Романов А.Д. Реологическое описание поведения материалов в состоянии сверхпластичности: тез. докл. IX НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1987 - с.9.

18. Варгасов Н.Р., Мюллер О.Д., Малыгин В.И. Температурная зависимость механических характеристик инструментальных материалов в САПР инструмента: тез. докл. II НТК Научно-учебного центра физико-химических , методов исследования УДН - М., 1989 - с. 208.

19. Варгасов Н.Р., Соколова JI.T. Исследование влияния температур-но-скоростных условий деформирования на пластичность сплавов на основе меди: тез. докл. X НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1989 - с. 1.

20. Варгасов Н.Р., Лобанов Н.В. Влияние способа нагрева и температуры на пластичность титановых сплавов: тез. докл. X НТК АОП НТО им. А.Н. Крылова - Северодвинск, 1989 - с. 12.

21. Варгасов Н.Р., Максимов Д.В., Хлудов A.A. Деформирование латуни ЛС 59-1 в состоянии сверхпластичности // Технология судостроения. -1990.-№8.-с.56-58.

22. Исследование пластичности специальных нержавеющих сталей: Отчет по НИР (заключ.) / Севмашвтуз; руководитель Н. Р. Варгасов. - CA - 1. № TP Х-28542; Инв. № Г59646. - Северодвинск, 1985 - 30 с.

23. Варгасов Н.Р. Пластическая деформация алюминиевой бронзы в состоянии сверхпластичности: Дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. - Л., 1983 - 170 с.

24. Разработка технологического процесса изготовления деталей в условиях сверхпластичности: Отчет по НИР / Севмашвтуз; руководитель Н. Р. Варгасов - СА-1 № ГР Х-28542; Инв № 59647 - Северодвинск, 1984 - с. 30.

25. Варгасов Н.Р. Горячая штамповка деталей из титановых сплавов с использованием технологических прокладок // Информационно-технический сборник. Вып. 2. - Северодвинск, 1994 — с. 7-8.

26. Варгасов Н.Р. Использование эффекта сверхпластичности при изготовлении эллиптических и сферических изделий // Технология судостроения. - 1989.-№ 1,-с. 46-47.

27. Варгасов Н.Р. Совершенствование технологии ОМД на основе использования эффекта сверхпластичности // Технология судостроения. — 1990. -№ 1. - с. 27-28.

28. Мюллер О.Д., Варгасов Н.Р., Попов И.П. Разработка экологически чистого устройства для поперечной резки прочного корпуса при утилизации АПЛ: тез. докл. Всероссийской НТК Научно-технические проблемы создания средств подъема и утилизации затонувших объектов - Санкт-Петербург, 1994 -с. 76.

29. Варгасов Н.Р., Лобанов Н.В. Влияние способа нагрева и температуры на пластичность титановых сплавов // Научн.-техн. сб. Вопросы технологии, эффективности и надежности. Вып. 13. - Северодвинск, 1995 - с. 96-98.

30. Варгасов Н.Р., Соколова Л.Т. Исследование влияния температурно-скоростных условий деформирования на пластичность сплавов на основе меди // Научн.-техн. сб. Вопросы технологии, эффективности и надежности. Вып. 13. - Северодвинск, 1995 - с. 99-101.

31. Варгасов Н.Р., Пась O.A., Сидоров П.Н. Совершенствование технологии горячей штамповки заготовок из титановых сплавов // Судостроение. - 1995,-№ 10.-с. 25-26.

32. Варгасов Н.Р., Пестов H.A., Овчинникова А.И., Орлик A.C. Влияние температуры деформации на показатели пластичности стали АК-35Ш // Научн.-техн. сб. Вопросы технологии, эффективности производства и надежности. Вып. 14. - Северодвинск, 1996 - с. 9-12.

33. Варгасов Н.Р. Проектирование и производство заготовок: учебное пособие. - Северодвинск: Севмашвтуз, 1996. — 49 с.

34. Варгасов Н.Р., Леванов A.B., Пестов H.A., Романов А.Д. К вопросу об оптимизации технологических параметров горячей пластической деформации титанового сплава 5ВА // Сб. научн. тр. Вып. 1. - Северодвинск, 1996 - с. 62-67.

35. А. С. 1810274 СССР МКИ В24 В39/00 Способ упрочнения режущего инструмента / Варгасов Н. Р., Малыгин В. И. - № 4898087 / 27; заявл. 22.01.91; Опубл. 23.04.93 Бюл. № 15.

36. А. С. 1646119 СССР МКИ В21 Д22 / 20 Способ изготовления изделий из труднодеформируемых титановых сплавов / Брюханов Ю. В., Варгасов Н. Р., Лебедев В. А., Пась О. А., Сидоров П. Н., Ушков С. С. - № 4611024 / 27; Заявл. 02.12.88-ДСП.

37. Варгасов Н. Р., Пестов Н. А., Соколов В. Ф. Совершенствование технологии производства кольцевых ребер жесткости: Тез. докл. Региональной НТК Корабелы 300-ию Петербурга - Санкт-Петербург, 1998 - с. 72-73.

38. Варгасов Н. Р., Леванов А. В., Пестов Н. А., Рыбин В. В. Оптимизация технологических параметров горячей пластической деформации титановых сплавов // Труды Н-ой Международной конференции Моринтех-97 -Санкт-Петербург, 1997 - с. 110-113.

39. Варгасов Н. Р., Пестов Н. А. Оприроде хрупкости стали АК-35Ш // Научн.-техн. сб. Вопросы технологии, эффективности производства и надежности. Вып. 5. - Северодвинск, 1997 - с. 40-44.

40. Варгасов Н. Р., Романов А. Д., Осипов М. Б., Пестов Н. А. Упрочнение и разупрочнение при деформации сверхпластичных сплавов // Научн.-техн. сб. Вопросы технологии, эффективности производства и надежности. Вып. 15. - Северодвинск, 1997 - с. 44-46.

41. Варгасов Н. Р., Леванов А. В., Пестов Н. А. Метод оптимизации технологических параметров горячей пластической деформации сталей и сплавов: Тез. докл. НПК Научно-техническая политика и развитие новых отраслей экономики - Архангельск, 1998 — с. 143.

42. Варгасов Н. Р., Романов А. Д., Леванов А. В. Моделирование процесса горячей обработки давлением титана с учетом динамических структур-

ных превращений: Тез. докл. НПК Научно-техническая политика и развитие новых отраслей экономики - Архангельск, 1998 - стр. 147-149.

43. Варгасов Н. Р., Пестов Н. А., Соколов В. Ф. Оптимизация технологических параметров горячей гибки балок из полособульбового профиля // Судостроение. - 1999. — № 3. - с. 40-42.

44. Варгасов Н. Р., Рыбин В. В. Оптимизация температурно-скоростных режимов пластической деформации по критерию диссипации механической энергии // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1999. - № 9. - с. 52-56.

45. Варгасов Н. Р., Рыбин В. В. Аккумуляция и диссипация энергии при горячей пластической деформации титанового сплава // Вопросы материаловедения. - 1999-вып. 1(18) - с. 63-69. ;. .

46. Варгасов Н. Р., Рыбин В. В. Диссипация энергии при сверхпластической деформации алюминиевой бронзы - Вопросы материаловедения - 1999 -вып. 1(18)-с. 70-76.

Подписано в печать 17.04.00

Заказ 9Ш Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Севмашвтуза — филиале Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 164500, г. Северодвинск, Архангельская обл., ул. Воронина, 6.