автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и применение рентгеновских методов анализа текстурированных и дисперсионно упрочненных материалов на основе титана, никеля и магния для оценки прочности и долговечности конструкций

РГ8

ОД

Институт металлургии им. А.А.Байхова РАН

БЕЦОФЕН СЕРГЕЙ ЯКОВЛЕВИЧ

УДК 669.295-.669-176

"РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТЕКСТУРИРОВАННЫХ И ДИСПЕРСИОННО УПРОЧНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА, НИКЕЛЯ И МАГНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

05.16.01- Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат

диссератции на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте металлургии им. А.А.Байкова РАН

Официальные оппоненты: проф., доктор технических наук

С.Б.МАСЛЕНКОВ проф., доктор физико-математических наук

A.Н.ИВАНОВ доктор технических наук

B.Т.АЛЫМОВ

Ведущая организация: ЦИАМ

Защита состоится "¿У" 1995 г. в час.

на заседании Специализированного Совета Д 003.15.03 при Институте металлургии им.А.А.Байкова РАН по адресу: 117334,Москва,Ленинский пр., 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Автореферат разослан " 14 " иЯЗьБр^ 1995 г.

Ученый Секретарь Специализированного Совета доктор технических наук

В.М.БЛИНОВ

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Прогресс современной техники в значительной степени определяется эффективностью использования новых и традиционных материалов,а также обеспечением надежных методов оценки и контроля прочности и долговечности критических элементов конструкций из этих материалов. Традиционные методы оценки кратковременной и длительной прочности основаны на результатах испытания образцов в условиях, имитирующих реальные условия работы конструкции по таким параметрам, как напряженное состояние, температура, ударное, статическое или знакопеременное нагружение. Однако для таких материалов, как текстурированные сплавы с ГПУ решеткой (на основе титана, циркония, бериллия, магния), жаропрочные сплавы и ионно-плазменные защитные покрытия, испытания образцов не могут гарантировать безопасные условия работы конструкции в силу следующих причин.

Конструкционная прочность текстурированных сплавов с ГПУ решеткой и выраженной анизотропией прочностных свойств может быть как ниже (до 20%), так и выше (до 100%) прочности образцов. Однако до сих пор расчеты прочности ГПУ сплавов проводят по различным изотропным критериям прочности по аналогии со сплавами с ОЦК и ГЦК решетками, что приводит к заниженным или завышенным расчетным значениям допустимых нагрузок и соответственно завышенной массе конструкции или преждевременному ее разрушению.

Установление гарантированного ресурса работы критических элементов конструкций является одним из важнейших критериев безопасной эксплуатации авиационных двигателей и наземных энергетических установок. Основной причиной ошибок в прогнозирован™ ресурса является неадекватность условий нагружения и соответственно механизма накопления повреждении при испытании образцов и при эксплуатации реальных конструкций. Различия в условиях нагружения в основном сводятся к влиянию сложнонапряженного состояния, наличию блочной структуры циклов нагружения, а также наложению статических и циклических нагрузок. В этой связи разработка методов нерадрушающего контроля остаточного ресурса является наиболее эффективным решением проблемы оценки долговечности конструкций й это направление активно развивается. Рентгеновские методы неразрушающего контроля ресурса, такие как текстурный метод, метод ширины дифракционной липни и метод со-сканирования являются наиболее перспективными в этом плане.

Износо- и коррозионностойкие ионно-плазменные покрытия из нитридов, карбидов, карбонитридов титана, циркония, гафния широко используются в технике в частности в соединительных узлах гидроприводов самолетов. Однако применение ионно-плазменных покрытий для защиты и упрочнения поверхности элементов ответственных конструкций авиакосмической техники сдерживается низким уровнем воспроизводимости технологии из-за множества' трудноконтролируемых параметров. Проблема усугубляется тем, что для тонких (до 10 мкм) покрытий возможности оценки служебных свойств ограничены. Кристаллографическая текстура, величина и знак остаточных макронапряжений, а также толщина покрытий могут явиться определяющими параметрами

функциональных свойств покрытий. Поэтому развитие рентгеновских методов характер изации структурного состояния и неразрушахощего контроля качества покрытий может позволить расширить области применения покрытий и повысить их качество.

Цель работы. Повышение эффективности методов оценки конструкционной прочности и долговечности текстурированных сплавов с ГПУ решеткой, жаропрочных никелевых сплавов, а также материалов с покрытиями на основе рентгеновских методов определения текстуры, остаточных макро- и микронапряжений, а также метода «-сканирования. Для решения этой задачи оказалось необходимым:

(1) усовершенствовать соответствующие рентгеновские методики, аппаратуру и методы интерпретации результатов измерений;

(2) исследовать механизм деформации и накопления повреждений в сплавах титана, магния и никелевом жаропрочном сплаве на моно- и поликристаллах;

(3) развить микромеханические методы расчета прочности текстурированных ГПУ поликристаллов в условиях сложнонапряженного состояния, методы оценки долговечности жаропрочных сплавов в условиях ползучести, а также неразрушагощие методы оценки качества материалов с покрытиями.

(4) разработать Технологические схемы получения текстурированных полуфабрикатов из а-егшавов титана на основе изучения текстурообразопания при прокатке, листовой и объемной штамповке;

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На монокристаллах сплавов Ti-Al-Sn определены действующие механизмы деформации и значения критических напряжений сдвига в зависимости от ориентации и температуры испытания в интервале 4,2 - 293 К. Для сплавов с ГПУ решеткой разработан расчетно-экспериментальный метод оценки величин критических напряжений сдвига для действующих систем скольжения и двойникования на основе экспериментов на поликристаллических объектах.

2. Для текстурированных поликристаллов разработан микромеханический критерий текучести, позволяющий вычислять поверхности текучести в пространстве напряжений на основе известных значений критических напряжений сдвига и текстуры материала. Критерий использован для оценки особенностей пластической анизотропии сплавов на основе Ti и Mg: построены контуры текучести для сплавов Ti-5Al-2,5Sn, Ti-Al-V, Mg-Y, Mg-Al-Zn, а также для интерметаллида TiAl (у-фаза) с Lio решеткой, показано, что анизотропия механических свойств и эффект текстурного упрочнения может варьироваться при изменении состава в пределах, сопоставимых с эффектом текстуры, показано, что для сплава Ti-Al-V можно получить 30% "ориентационное" упрочнение в бестекстурном состоянии, выявлены хрупкие ориентировки интерметаллида TiAl.

3. На основе микромеханического подхода развит тензорно-полиномиальный критерий прочности для текстурированных материалов, включающий экспериментальное определение главных компонент тензора прочности из испытаний на сжатие и растяжение и расчет компонент взаимодействия с помощью

б

микромсханического критерия, что позволило снизить трудоемкость экспериментальной процедуры.

4. Для Ni жаропрочного сплава обнаружен эффект фрагментации субзерен при эксплуатации дисков ТРД, а также при кратковременных и длительных испытаниях; развиты методы количественной интерпретации кривых со-сканиронаиия для поликристаллов, включающие определение величины нерегулярности рентгеновского спектра и среднего угла разориентировкн субзерен, а также оценку распределения субзерен по размерам. Разработан неразрушающий метод определения количества у'-фазы.

5. Развиты методы харахтернзации структурного состояния и свойств ионно-плазменных покрытий:

- разработана методика прецезионного определения толщины покрытий vn основе рентгеновского флюоресцентного метода без использования стандартов, что значительно повышает точность метода;

применительно к методу sin2iy для тонких сштьнотекстурированных покрыта! рассчитан вклад упругой анизотропии и текстуры, определены оптимальные условия рентгеновского эксперимента, обнаружен эффект неоднородного распределения напряжений в зернах с различной ориентировкой и выявлены способы управления этим эффектом с помощью варирования технологии;

- установлены параметры напыления, позволяющие получить текстуры (111) и (110) в TiN покрытиях и текстуры (1010), (1120) и (1011) в Ti покрытиях;

- для многослойных ТОШЧ покрытий установлены ориентациоиные соотношения между слоями (111 )тач/ДООО 1 >п и условия реализации этого соотношения в покрытиях.

Практическая ценность. Значительная часть полученных в работе результатов используется в НИИ и на предприятиях различных отраслей промышленности.

1. На предприятии НПО "Энергия" результаты работы использованы при разработке технологии прокатки, листовой и объемной штамповки полусфер для изготовления топливных емкостей космических систем, при этом конструкционная прочность этих емкостей повышена за счет текстуры на 20% для изделий из сплава ВТ5-1 и на 40% для изделий из сплава ПТЗВкт. Разработанный нами и изготовленный Л НПО" Буревестник" дифрактометр для анализа текстуры конструкций (ДРАКОН) в сочетании с микромеханическйм критерием прочности позволили учитывать эффект текстурного упрочнения при расчетах на прочность и снизить массу изделий.

2. Методика определения толщины покрытий рентгеновским флюоресцентным методом и соответствующая аппаратура используется для контроля толщины различных покрытий в НИАТ, Институте сильноточной электроники (г.Томск), Куйбышевском авиационном предприятии, Скадовском заводе полупроводниковых приборов и на некоторых других предприятиях. Методы рентгеновской характеризации структуры многослойных покрытий использованы НИАТ при разработке и контроле технологии нанесения покрытий на ниппельные соединения топливных трубопроводов для авиационных предприятий им.Сухого, им.Антонова, ВАПО.

3. Разработан метод оценки остаточной долговечности дисков 2 ступени турбины 40-04-292 из сплава ЭИ698-ВД двигателей Д-30КУ,Д-30КП, Д-30КУ-154 на основе неразрушающего рентгеновского определения накопления повреждаемости материала дисков после наработки, оцениваемого по степени фрагментации субструктуры и углам разориентировзш блоков с помощью съемки в режиме ю-сканирования. Методика принята для освоения в серийном прошводстве па предприятии АО"Рыбинские моторы".

Научные положение, выносимые на защиту.

1. Усовершенствованные рентгеновские методы определения структурных и функциональных характеристик конструкционных матералов авиакосмической техники, включающие:

метод определения остаточных напряжений текстурированных поликристаллов с учетом упругой анизотропии;

- безэталонный рептгенофшооресцентный метод определения толщины тонких покрытий;

- способ оценки распределения субзерен по размерам на основе рентгенограмм со-сканирования;

- неразрушающий рентгеновский метод измерения количества у'-фазы в никелевых жаропрочных сплавах;

- метод определения истинной микротвердости тонких покрытий с учетом их толщины и наличия мягкой подложки.

2. Комплекс теоретических и экспериментальных работ, направленных на развитие методов оценки пластической анизотропии текстурированных поликристаллов с ГПУ решеткой:

- экспериментальное определение механизма деформации на монокристаллах тройного Т1 сплава в интервале температур 4,2-293°К;

- метод определения критических напряжений сдвига на текстурированных поликристаллах;

- микромехалический критерий текучести текстурированных ГПУ поликристаллов;

выявленные особенности пластической анизотропии промышленных сплавов на основе М§ и "П;

- развитие тензорно-полиномиального критерия прочности применительно к текстурированным поликристаллам.

3. Установленные закономерности формирования текстуры при изготовлении 11 полуфабрикатов н технологии получения текстурно упрочненных сферических оболочек из И сплавов.

4. Методы управления структурным состоянием моно- и многослойных ионно-плазмеиных покрытий за счет варьирования параметрами напыления.

5. Рентгеновские методы исследования и контроля накопления повреждений при испытании образцов и работе элементов конструкций из Т1 и N1 сплавов; неразрушающий метод определения остаточного ресурса критических элементов ГТД из № жаропрочных сплавов.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 2-ой Всесоюзной конференции "Стали и сплавы криогенной техники"(Харьков, 1983г.), Всесоюзных конференциях по текстурам и ркристаллизации в металлах и сплавах (Красноярск -1980г., Горький-1983г., Уфа-1987г., Свердловск - 1991г.), Всесоюзной конференции по прикладной рентгенографии металлов (Ленипград-

1986г.), * Всесоюзном семинаре по количественным методам текстурного анализа (Свердловск-1939), Всесоюзных совещаниях по высокотемпературной и газовой коррозии и ее влиянии на физико-механические свойства титана и его сплавов (Львов-1933, 1985, 1987, 1989 гг.), Всесоюзных совещаниях "Экологически чистые ионно-вакуумные технологии ( Москва -1991, 1993, 1995 гг.), 6-Международной титановой конференция (Канны - 1988 г.), 3-Международном симпозиуме "Тенденции и новые применения тонких пленок" (Страсбург -1991 г.), 13-Международном семинаре в Плаизее (Рготте,Австрия - 1993 г.)

Публикации. Материал диссертации опубликован в 46 печатных работах, в том числе в двух монографиях: "Теория образования текстур в металлах и сплавах" (1979г.) в соавторстве с Я.Д.Вишн«ковым, А.А.Бабарэко, С.А.Владнмироиым, И.В.Эгиз, В.Ю.Новиковым, С.А.Куртасовым и "Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов" (1995 г.) в соавторстве с БА.Колачевым, Л.А.Буниным, В.А.Володиным, имеется 2 авторских свидетельства и положительное решение о выдаче патента.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Объем диссертации сотавляет 257 страниц, содержит 161 страницу текста, 25 таблиц и 88 рисунков. Список литературы включает 181 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во пасдснии обоснована актуальность темы, научная новизна и практическая значимость результатов работы, сформулированы цели исследования.

В первой главе представлены результаты методических разработок. Текстурный метод проанализирован с точки зрения использования его для расчета прочностных свойств. Важным практическим результатом развития математических методов описания текстуры является обеспечение расчетов анизотропии физических свойств текстурнрованных поликристаллов. Однако при расчетах анизотропии механических свойств возникает проблема, связанная с отсутствием общей зависимости свойств кристаллитов от ориентации, которая имеет место для физических свойств. Нами предложен подход к решению этой проблемы на основе микромеханического критерия текучести, преимуществом которого является то, что для его реализации достаточно одной ОПФ в случае аксиальной текстуры и двух ОПФ для произвольной текстуры, что позволяет реализовать неразрушающий метод измерения текстуры от массивных конструкций. Разработанный дафрактометр ДРАКОН предназначен для анализа текстуры в оболочках.

Метод ю-сканирования успешно применяется при исследовании деформированных монокристаллов, а также крупнозернистых поликристаллов, когда с помощью коллнмированного рентгеновского пучка удается получить дифракционную картину от индивидуальных зерен. Использование этого метода для исследования процессов ' накопления повреждений в N1 жаропрочных сплавах с размером зерна у-фазы < 100 мкм потребовало развития методов интерпретации соответствующих ш-рентгенограмм, рис. 1. Средний угол разориентировки субзерен у-фазы определяется из уравнения: (рм)ср.= Ц 3;)/3; параметр

нерегулярности рентгеновского спектра (Н),также характеризующий уровень фрагментации субструктуры, из уравнения:

11=150 п=130

Н=(Е | ¡¡+1 - 1||/Лю)/Е Ь ¡=0 1=0

Рис.1. Схема определения параметров структуры из га-рентгенограмм.

Размеры зерен(субзерен) могут быть определены с помощью подсчета числа дискретных "уколов" на рентгенограмме и для случая ю-ренггенограмм из уравнения: с!=[(У р с!р Дю)/ 4тт]ш , где V

-облучаемый объем, р - фактор повторяемости, ¿Р -вертикальная расходимость пучка, Дю-интервал измерения. Однако, это уравнение корректно только в том идеализированном случае, когда каждый элемент структуры дает обособленный максимум на рентгенограмме и размеры всех этих элементов одинаковы. Для реальных структур требуется другой подход. Если распределение зерен (субзерен) по размерам представить в виде дискретных групп, объединяющих зерна одинакового размера, и каждую группу охарактеризовать двумя числами - размером зерна, 4 и долей зерен размером 4 : БЛД , определяемой площадью рефлексов, имеющих значения интегральной интенсивности в заданном интервале А8,,тогда средний размер зерна для Ьой группы зерен равен:

4 = <] ф/ЕБО»* , где с1о=(У р сф Дю)/ , Отношение 8|/Е81 для исходного материала, имеющего средний размер субзерен выше 30 мкм, по существу, дает количество у'-фазы и может быть использовано в качестве простого, неразрушающего метода определения количества у'-фазы для N1 сплавов в исходном материале: Гт- = Б 1иех/3. Тогда распределение субзерен по размерам может быть вычислено из уравнения:

Разработанная методика аттестации субзеренной структуры в виде распределения по размерам, а также метод определения количества у'-фазы на основании анализа га-кривых могут использоваться не только для №, но и для других сплавов.

Метод эт2 эффективен для определения остаточных макронапряжений для материалов, испытывающих неоднородное поле напряжений, таких как сварные соединения, композиты и покрытия. Однако для сильнотекстурированных ионно-плазменных

покрытий необходимо учесть влияние текстуры и упругой анизотропии при расчетах напряжений. Соотношения между рентгеновской деформацией и напряжениями в лабораторной системе координат выведены с помощью преобразования компонент тензора 4 ранга констант податливости из кристаллографической системы координат:

З'зззз =S,i(r4u+743:+T433)+(2S¡2+-S44)(>'23iy232+-i'23iy23j+y2327233) S,33iFSM(y23tY2nV32Y2i2+^33r2n)+St2(72iiA2Vi2Y23i+Tf2iíyiM+r2i2r2iJ+ У213Y232+у2 иу2 ЗЗ)+544(ГИУЗГ/1ЗУзз+У1!Г12УЗ1УЗ2+Г12ГЗ2УЗЗУ1З) S,3322=S||(y2 ЗГ/2 21+У2 327222+Гзз/2з)+3|2(угз1-/222+/з1У223+У232У221+у2ЗзЛз

222+У232У223)+S44 ("/кУЗЗ У22У23+УззУ31У23У21+У31У32У21У22> S'33I2=S,1(7231У!1У21+У232У12У22+У2ЗЗУ13У23)+812(У231У12У22+Л1У13У23+У232У11 У21 +'Г ЗЗУ11У21+У232У13У23+У2ЗЗУ12У22)+844(Уз2УЗЗУ12У23+УЗЗУЗ1У1ЗУ21+УЗ1УЗ2У1 1У22) 8'З313=8П(Л1У11+У332У12+У3ЗЗУ1З) + 5|2(У231У12У32+У231У13УЗЗ+У232УИУ31 + у232 У13 Уз^'ЛлУ;;Уз1+-АзУ12 y32)+S44(y32y233yi2+y33y23iyi3+y3i7232yii) S^23=5l|(yI3iy21+y332y22'i-y333y23)+Sl2(y23iy22y32+y23iy23y33+y232y2!y31 +У2ЗЗУ21У31+У2ЗЗУ22У32-|-у232У23Узз)+344(у2ЗЗУ32У22->-у231УЗЗУ23++уг32У31У21)

Расчеты зависимости ег от sin2 для металлов с максимальной отрицательной анизотропией, Nb, и максимальной положительной

анизотропией, Fe, показали,рис.2, что для рефлексов (111), (!00) л (110) зависимость линейна, также как и для изотропного приближения, в то время как для рефлекса (422) эта зависимость отклоняется от линейной, причем злак этого отклонения зависит от знака анизотропии. Полученные результаты могут быть

использованы при выборе оптимальных условий съемки, а также для оценки характера анизотропии материалов, для которых неизвестны монокристальные константы; так для покрытий из TiN

характер отклонения от линейной зависимости соответствует положительной анизотропии, аналогичной Ре.

(штриховые линии) и в анизотропном приближении (сплошные линии)

Разработан безэталонный метод определения абсолютной толщины покрытия, который может бить использован для аттестации эталонов, а также как основа разработки конструкции

безэталошгых толщиномеров, с повышенной точностью измерения. Съемка производится под углом падения первичного пучка, а=70-80° , для двух положений детектора, определяемых углами у1( у2 , выбираемых в интервале 40-80°. Толщина покрытия определяется из соотношения:

ц2с1/(1 - exp (-ni d/sina)= ln[( r7i/ Г^)Лп( I,i /)] /(secy2 - sccyi) где: (ii и Ц2 - коэффициенты поглощения первичного и вторичного пучков в материале покрытия, I'ri, Г^ и ITi , -интенсивности рассеяния под углами yi, уг подложки и образца с покрытием. . t

Для тонких покрытий, твердость которых на порядок превосходит твердость подложки, измеренная величина микротвердости определяется истинной микротвердостью покрытия, а также микротвердостыо подложки, толщиной покрытия и величиной приложенной нагрузки (глубиной проникновения индентора). Истинная величина микротвердости покрытий может быть рассчитана с помощью соотношения:

Ни=А + Bi/d + (Bt - Вг )/(Т - Т2 /4d) где: A, Bi и Вг - константы, которые получают из измерений диаметра отпечатка индентора (d) при использовании различных нагрузок (50-200 Гс), при этом получают линейные зависимости измеренной микротвердости от обратной величины d , Hi=A+ Bi/d для подложки(в отсутствии покрытия) и Нг=А + Вг/d для покрытия на той же подложке; Т - толщина покрытия. Измерения микротвердости покрытий при различных значениях нагрузки позволяют определить толщину покрытия, при этом следует использовать эталонные зависимости толщины от параметра "Вг" в уравнении Нг=А + Вг/d.

Во - второй главе рассмотрены теоретические и экспериментальные результаты исследования механизма деформации ГПУ металлов и сплавов; показано, что современное состояние теории не позволяет делать надежные оценки критических напряжений для действующих систем сдвига; экспериментальные результаты по определению критических напряжений сдвига для Ti и его сплавов получены для ограниченного числа двойных сплавов и не могут быть использованы для промышленных сплавов, состоящих не менее, чем из трех компонентов; нет сведений о tk при низких температурах. Различные аспекты поведения кристаллитов при деформации проанализированы с помощью контуров текучести (КТ). В соответствии с обобщенным законом Шмида напряжения сдвига можно разложить по всем компонентам o¡j в кристаллографически^ системе координат: tk(m)=liu(m) 1ь* (т)сгт<х) + 1пу (т) ц (m) Cl<y)- это условие текучести представляет уравнение прямых в пространстве напряжений и является геометрическим местом точек начала текучести для любого пути нагружения, соответствующего отношению главных напряжений. КТ построены для различных ориентаций ГПУ кристаллов для 24 систем сдвига {1010} <1120> (3 системы), (0001) <1120> (3 системы), двойникование {1012}<10П> (6 систем) и скольжение <с+а> (12 систем). Показано сильное влияние на вид КТ различий в tt, значения которых должны быть определены экспериментально. Проанализировано влияние вида КТ на стесненность деформации кристаллов различных ориентировок с точки зрения различий в напряжениях, необходимых для однородной и неоднородной деформации. Па этой основе 'рассмотрены КТ для интерметаллида TiAl с упорядоченной Lio структурой для систем скольжения {111}[110], {111}[011], {111}[Ю1]и двойникования {111} <112>. Характер КТ для ориентировки (110)

является наиболее неблагоприятным с точки зрения осуществления однородной деформации, тле. для большинства путей нагружения величина До = а0шюр.- оНюднор» Онюднор.^ несоответственно такая ориентировка должна быть хрупкой.

Экспериментально исследован механизм деформации сплава системы Л-АЬЭп при 4,2-293°К. Определены активные системы сдвига, значения ть для этих систем, оценена анизотропия пределов текучести при растяжении и сжатии вдоль осей "с" и "а", рис.3.

Рис.3. Температурная зависимость предела текучести монокристаллов сплава ТьА1-8п : 1 - двойнгасование {1011} + скольжение <с+а>; 2 - скольжение {1010}; 3 - двойникование {1012} + скольжение {1010}.

В третьей главе на основе результатов анализа механизма деформации ГПУ монокристаллов развиваются методы описания

анизотропии прочностных свойств текстурированных ГПУ поликристаллов. Развит метод идентификации действующих механизмов деформации и определения т, из экспериментов на текстурированных поликристаллах сплавов на основе титана и магния. Предложенный расчетно-экспериментальный метод основан на использовании количественных текстурных данных и параметров анизотропии прочностных свойств. Процедура определения х* на поликристаллах включает:

1. Определение действующих механизмов деформации с помощью испытания сильно текстурированных образцов с предварительно отполированными гранями.

2. Построение КТ для различных вариантов значений Тк и выявление параметров анизотропии, из которых с учетом типа текстуры можно определить относительные значения скалывающих напряжений.

3.Расчет значений а, на основе экспериментально определенных параметров анизотропии и вычисленных из текстурных данных факторов Шмида.

Методика использована для анализа анизотропии сплава системы Т1-А1-У и магниевых сплавов. Для сплава системы Тт-А1-У обнаружена аномальная анизотропия прочностных свойств, характеризующаяся равенством напряжений течения при растяжении вдоль оси "с" и "а", при этом напряжения течения при сжатии вдоль оси "с" значительно выше, чем вдоль оси "а". Анализ следов сдвига показал, что этот эффект обусловлен особенностями механизма деформации сплава, для которого двойникование {1012}<1011> является первичной системой сдвига при растяжении вдоль оси "с" и сжатии вдоль оси "а"( Тк(Ю12)дв.< тК(1ою)«.). Кроме того, более высокое значение хк для базисного скольжения сплава

Т1-А1-У по сравнению со сплавом "П-А^п обуславливает более высокую прочность при сжатий вдоль оси "с" и соответственно более высокое текстурное упрочнение при двухосном растяжении листов с базисной текстурой. Эти результаты демонстрируют сильное влияние легирования на анизотропию прочностных свойств, табл.1.

Таблица 1. Относительные значения критических напряжений сдвига для сплавов ВТ5-1 и ПТЗВ.

Сплав Температура, «К ■ Cti-Ti / TjioiO}

Ti-Al-Sn (ВТ5-1) 293 a|=t<c+a>CK. / tji010)=3,3 a2=t(oooi}cK. / X{ioioi=l,7 аз=Х{Ю12}дв. / tfioioi=2,4 О4=Х(|011)дв. / Т(Ю10)=3,3

Ti-Al-V (ПТЗВ) 293 Ctl—-Т<с+а>ск. / t{ioiO}=3,0 a2=t{oooi}cK. / tf 10101=2,3 аз=Х(юп}го. / tnoioi=l,0 . .

Исследовали анизотропию механических свойств

прессованных прутков промышленных магниевых сплавов на основе систем Mg - У (ИМВ 6, ВМД 10), Mg - Li (ИМВ 2), Mg - A1 (МА5) и Mg - Zr (MA14), а также сплавов систем: Mg-Y-Zn, Mg-Y-Zn-Cd-Zr и Mg-Y-Ce. По типу анизотропии все сплавы можно условно разделить на три группы: 1) сплавы, имеющие сильную анизотропию пределов текучести вдоль и поперек прутка (Кслз) и выраженный SD - эффект (МА5, МА14); 2) сплавы, обладающие меньшей анизотропией Каи по сравнению с предыдущей группой и ..¡ вовсе не проявляющие SD - эффект (ИМВ6, ВМД-10); 3) сплавы, не проявляющие анизотропии прочностных свойств (ИМВ-2, сплав Mg 7,7%,V - 0,4% Се). Аномальная анизотропия текучести сплавов Mg-Y (отсутствие SD эффекта) обусловлена особенностями механизма

деформации этого сплава, а именно активностью призматического скольжения при растяжении сплава Мя-У в направлении оси "а" ГПУ решетки (тК{юю}ск.< Тк(1012}дв.).

Расчеты контуров < текучести ГПУ поликристаллов необходимы дня оценки предельного состояния оболочных конструкций в условиях сложнонапряженного состояния по сравнению с прочностью в условиях осевого нагружения, значение которой легко получить экспериментально.Такой подход эквивалентен расчету анизотропии прочности ГПУ поликристаллов. В частности, величина эффекта текстурного упрочнения сосуда внутреннего давления с базисной текстурой стенки, будет определяться различием прочности при сжатии в направлении оси "с" ГПУ решетки ( при данной текстуре это направление совпадает с радиусом сосуда) и прочностью на растяжение в направлениях, лежащих в плоскости базиса ("а"). Разработан простой способ построения контура текучести в соответствии с моделью однородных напряжений для ГПУ сплавов. Для текстуры с аксиальной симметрией для построения контура текучести достаточно одной обратной полюсной фигуры (ОПФ).При съемке ОПФ для направления аксиальной оси Ъ полюсная плотность каждого рефлекса (Ыи1) на полюсной фигуре соответствует вероятности совпадения нормалей к (Ш1) с осью Ъ. В случае аксиальной относительно Ъ текстуры распределение ориентаций в плоскости, перпендикулярной Ъ , равновероятно и их доля пропорциональна полюсной плотности рефлекса (Ш1) на ОПФ для Ъ. Возьмем ортогональную систему координат, связанную с образцом (лабораторная система координат): например, г=РН (радиальное направление сферической оболочки), тогда X -тангенциальное направление. Совместим с лабораторной системой

кристаллографическую систему координат, так что [1010] || Ъ, [0001] || X и [1210] || У. Тогда для .любой ориентации Я в плоскости ХУ, определяемой углом у, получим: <Тк=ТкХт>/Фя<т), где: Ф^™) - фактор Шмида для ш-ой системы сдвига при одноосном нагружении в направлении II; ТкМ - критическое приведенное напряжение сдвига для т-ой системы. Прочность в любом направлении а1у может быть получена усреднением по всем ориентациям в плоскости ху:

Т1 У2 л

ожуЬ ТО яГ1[1 (а,/ Фу{1)Цу +1 (а2/ Ф^уйуЛ ......-(- \ (ат/ Фг(»>)><1у]

О П Гш-1

Для вычисления ст*у для остальных ориентации j на ОПФ, отличных от [1010], произведем поворот кристаллографической системы координат на угол, а относительно оси X и на угол р относительно оси У. Фактор Шмида в плоскости ХУ для всех ориентации в функции угла у будет иметь вид: Фт=(п'Н.') (Ь'Я.'), где п и Ь -векторы нормали к плоскости сдвига и направления сдвига в новой системе координат: И-х'соБу+у'эту. Прочность в любом направлении в плоскости ХУ получим усреднением по .всем ориентировкам на ОПФ с учетом их статистического веса:

)1 л

Стху/ Тк°= А] Р] Цош/ Фт(т))ГО1П' Ду 3=1 т=о

Полный контур текучести для материала с аксиальной текстурой может быть получен с помощью обобщенного закона Шмида для двухосного напряженного состояния: ахт/ т* От/ ГФл+В Фу), где Су1/ охТ =В Для каждого напряжешюго состояния В= Оу/ ст,. производится усреднение сначала по углам у, а затем по всем п -ориентациям на ОПФ, при этом для каждой ориентации перебирают все 1=24 системы сдвига и выбирают ту систему, для

которой отношение от/ (Фх+В Фу.) минимально. Общее вьфажение для отношения прочности при двухосном напряженном состоянии (ода.), определяемом путем нагружения при В= ау1 ах. , к прочности при одноосном нагружении в плоскости ХУ (аху):

п я пи

К0=адВУаху=1А]РзМху)Х[о^/(Фг(т)+ВФу+гЛ(т')]Лу/ ЕА]Р]1(ат/Фг(ш)) тМу

Х=\ 7-0 Г-0

Рис.4. Контуры текучести для сплава ВТ5-1кт (штриховые линии) и ПТЗВкт (сплошные линии), рассчитанные из ОПФ, соответствующих различным текстурам материала.

На рис. 4 приведены результаты расчетов контуров текучести дгвГ'двух титановых сплавов (ВТ5-1КТ и ПТЗВкт), имеющих разные типы текстуры. Для рплава ПТЗВкт эффект текстурного упрочнения повышается от »30% для бестекстурного материала до

«<100% для сильнотекстурированпого материала. Необычен сам факт анизотропии в бестекстурном материале, который легко объясняется особенностями механизма деформации сплава, а именно относительной легкостью деформации при растяжении вдоль направления [0001] по сравнению со сжатием в этом направлении, в то время как ориентировки, близкие к призматическим полюсам, имеют одинаковую прочность при растяжении и сжатии.

Микромеханические критерии прочности и текучести эффективно дополняют существующие макроскопические критерии. Преимуществом последних является то, что они основаны на результатах механических испытаний, однако, в случае анизотропных материалов экспериментальная процедура определения компонентов тензора прочности включает испытания в условиях сложнонапряженного состояния. Трудоемкость таких испытаний, а в случае текстурированных материалов также и принципиальная невозможность воспроизведения анизотропии (текстуры) исследуемого материала в образцах для испытаний, требует развития объединенных критериев, сочетающих макро- и микроскопический подходы. В работе развит тензорно-полиномиальный критерий прочности применительно к текстурированным материалам, включающий экспериментальное определение диагональных компонентов тензора прочности из одноосных испытаний и вычисление компонент взаимодействия с помощью микромеханического критершь Использование объединенного критерия прочности позволяет до проведения испытании оценить характер анизотропии материала и выбрать оптимальную схему испытаний. Показано, что для некоторых текстурированных материалов доя определения тензора прочности достаточно двух одноосных испытаний. Микромеханический

подход позволяет также оценить эффективность различных макроскопических критериев, применяя их к бестекстурному, но анизотропному материалу. При этом преобразование компонент тензора прочности при повороте системы координат не должно приводить к изменению значений тензорных компонент и относительное значение этих изменений служит показателем применимости данного макроскопического критерия.

В четвертой главе рассмотрены методы исследования и моделирования процессов накопления повреждений и прогнозирования ресурса элементов конструкций. Основной причиной ошибок в прогнозировании ресурса является то, что процесс накопления повреждений при ползучести зависит как от внешних условий испытания, так и от изменений микроструктуры. При атом для подавляющего большинства случаев стандартные испытания на длительную прочность и ползучесть не обеспечивают адекватность условий нагружения и механизма накопления повреждений при испытании образцов и в реальных условиях эксплуатации элементов конструкций,что явилось причиной развития структурных методов.Эффективность применения структурных методов контроля остаточного ресурса зависит от того, насколько чувствителен данный метод к микроструктурным изменениям, сопровождающим процесс накопления повреждений. При выборе метода контроля необходимо учитывать характеристики материала' ( тип кристаллической решетки, исходную микроструктуру), условия нагружения (напряженное состояние, температуру, тип нагружения - статическое или усталостное) и возможный механизм накопления повреждений ( фазовая нестабильность, изменение ориентации, фрагментация субзерен). С учетом этого наиболее предпочтительными являются

такие рентгеновские методы, как текстурный метод, метод ширины дифракционной линии и метод о -сканирования (метод качания). Текстурный метод эффективен для материала с выраженной исходной текстурой или для материала, который деформируется двойникованием (например сплавы с ГПУ решеткой), сопровождающимся значительными изменениями ориентации зерен при малых деформациях. Метод ширины дифракционной линии может использоваться для материала с неискаженной в исходном состоянии решеткой для температур нагружения ниже температуры релаксации искажений решетки. Метод со -сканирования может быть использован для монокристаллов, а также поликристаллов с большим исходным зерном или с малыми углами разориентировки субзерен.

Использование любого рентгеновского метода для прогноза остаточного ресурса сводится к нахождению экспериментальной зависимости соответствующего рентгеновского параметра от времени нагружения контролируемого объекта. Эта зависимость может быть получена с помощью испытания образцов при условиях соответствующих работе элемента конструкции или непосредственно в процессе нагружения элемента конструкции. Последний способ предпочтительнее. Анализ применимости рентгеновских методов для неразрушающего контроля ресурса материалов авиакосмической техники показал, что для сплавов титана наиболее эффективен текстурный метод и метод ширины дифракционной линии. Чувствительность текстурного метода определяется интенсивностью текстуры исходного материала, степенью разброса текстуры в изделии и действующим механизмом деформации. Показано, что при кратковременных и длительных испытаниях сосудов давления из сплавов ВТ5-1 и ПТЗВ имеет место

переориентировка базисной текстуры исходного материала в текстуру {1120} в результате действия {1123} деойникования. Эффективность метода ширины зависит от структурного состояния исходного материала и вида напряженного состояния. Чувствительность метода выше для случая одноосного напряженного состояния (рг/о^О и оо ) по сравнению с двухосным напряженным состоянием (а2/а;=0,5 и 1 ). Для № жаропрочных сплавов, работающих при повышенных температурах, на любой стадии испытания не происходит заметных изменений текстуры и ширины линии. Однако при этом происходят существенные изменения характера кривых св-сканирования, свидетельствующие о протекании процессов фрагментации субзеренной структуры, сопровождающей процесс переползания дислокаций. Помимо процесса переползания, фрагментация субструктуры в № сплавах может контролироваться другими механизмами, обусловленными взаимодействием скользящих дислокаций с неперерезаемыми частицами у"-фазы. Экспериментально наблюдали изменение угла разориентации субзерен от 0,3-0,4° в исходном состоянии до 2-3° после разрушения образцов на длительную прочность и компонентов ГТД при 600-750°С, рис.5. Впервые получены экспериментальные результаты, демонстрирующие фактический механизм накопления повреждений при ползучести № жаропрочных сплавов. Показано влияние вида испытания, уровня нагрузки и температуры испытания на структуру сплавов. Выявлена конкуренция процессов релаксации и деформационного упрочнения в зависимости от величины напряжения и температуры испытания. При малых нагрузках на начальных стадиях испытания превалируют процессы релаксации. Высокая чувствительность метода (»-сканирования к особенностям процессов накопления

повреждений при ползучести делает этот метод перспективным не только /им решения прикладных задач неразрушающего определения работоспособности критических элементов конструкций, но и как экспериментальной основы методов моделирования процессов ползучести.

а

«

1

и

и

1 II

( III 1

< 1 !

!| I > ) 1 1 ¡1, >

} ! * 1 , Л л (

-4-1-1_

I* .о

Н м

.4 I СI/, л Л)

¡1 <1 и « /пи

И I О , I

И ) ¡ / ( 1 ' * к

Рис.5. Рештенограммы го-сканирования для материала дисков: (а) - исходное состояние; (б) - наработка 870 час; (в) - наработка 4500 час.

В пятой главе представлены результаты использования результатов работы в промышленности. Рассмотрены вопросы гекстурообразования в титановых сплавах при технологических операциях, связанных с 'производством сосудов внутреннего давления: прокатка, листовая и объемная штамповка, обоснованы технологические схемы получения текстурноупрочненных сосудов внутреннего давления, представлены результаты испытаний. Также рассмотрены результаты промышленного освоения метода ■«разрушающего контроля ресурса дисков 2 ступени турбины ГТД

да № жаропрочного сплава, а также прикладные аспекта использования в промышленности материалов с защитными покрытиями.

Для а-сплавов титана, широко используемых в современных летательных аппаратах, эффективным способом повышения эксплуатационных характеристик элементов конструкций является создание в них заданной анизотропии механических свойств. Было показано, что кристаллографическая анизотропия является ответственной как за повышение (до 30%), так и за снижение (до 20%) конструкционной прочности сферических сосудов внутреннего давления топливных систем космических аппаратов по сравнению с прочностью одноосных образцов - так называемый эффект текстурного упрочнения и разупрочнения. Сферические оболочки из сплавов титана для топливных систем космических аппаратов получают с помощью сварки двух полусфер, получаемых штамповкой из листовой заготовки объемной штамповкой из кованной заготовки. Поэтому для разработки технологии получения текстурированных оболочек необходимо исследовать процессы текстурообразования на всех стадиях технологической истории материала оболочечной конструкции, включающей горячую и холодную прокатку, листовую штамповку, а также объемную штамповку. Прокатка в 3-области приводит к призматической текстуре р-а превращения , холодная деформация осуществляется призматическим, базисным и <с*а> скольжением, а также двоишисованисм {1012} при сжатии вдоль "а" и растяжения

вдоль "с" и двойннкованием {1123} при сжатии вдоль "с". Прямая прокатка приводит к формированию текстуры базисного типа, однако^ после прокатки с суммарной степенью деформации 30% наблюдается заметный компонент текстуры превращения (1120). В

отличие от прямой прокатки, перекрестная прокатка дает текстуру базисного типа уже при деформации »15% и дальнейшая деформация приводит к почти полному исчезновению призматических компонент текстуры. Значительно большая эффективность поперечной прокатки обусловлена тем, что текстура горячей прокатки (1120)[П00] устойчива при прямой холодной прокатке, т.к. она благоприятно ориентирована для плоской деформации призматическим скольжением^ в результате чего происходят повороты решетки относительно ПН// [0001]^ и призматическая текстура устойчива до больших степеней деформации. При изменении направления прокатки на 90° исходная текстура по отношению к новому направлению прокатки преобразуется в (1120)[0001], для которого деформация не может осуществляться призматическим скольжением, но которая благоприятна для {1012}<1011> двойнихования, приводящего к переориентации в близкие к базисным компоненты текстуры . За счет этого при перекрестной прокатке деформации >15% образуется выраженная текстура базисного типа.

Исследование текстуры штампованных полусфер позволяет оценить эффект текстурного упрочнения сферических оболочек

кроме тогс^ даст возможность объяснить мсыштзм повышения

способности к глубокой вытяжке листов с базисной текстурой. Показано, что существенные изменения текстуры происходят только в зоне , соответствующей месту перехода от фланца к стенке штамповки. В удаленных от фланца зонах и в донной части штамповки текстура почти не отличается от исходной. Для глубокой вытяжки потенциальным местом разрушения является переходная зона между дном и стенкой штамповки. Поэтому повышение способности к глубокой вытяжке связано с упрочнением

места разрушения, что достигается увеличением пути нагружения на контуре текучести, соответствующего плоской деформации за счет уменьшения пути нагружения для напряженного состояния, соответствующего чистому сдвигу во фланце. Результаты исследования текстуры показали, что в листах с базисной текстурой реализуется именно такой механизм деформации при глубокой вытяжке, когда деформация происходит на выходе из матрицы ( в верхней части стенки штамповки), что эквивалентно переходу от нестационарной вытяжки, соответствующей листовой штамповке, к стационарной вытяжке.

Наиболее экономичным методом изготовления полусфер для оболочечных конструкций является объемная Штамповка, позволяющая уменьшить потери металла на механическую обработку, однако серийная штамповка в (Ь -области приводит к формированию выраженного призматического компонента текстуры превращения и как следствие к текстурному разупрочнению сосудов внутреннего давления. Снижение температуры штамповки до (а+р) области приводит к улучшению структуры и текстуры материала штамповок как следствие^ к существенному повышению конструкционной прочности шарбаллонов. В табл.2 приведены результаты гидравлических испытаний шаробаллонов, полученных листовой и объемной штамповкой. Для шаробаллонов из сплава ПТЗВктл при аналогичной текстуре с шаробаллонами из сплава ПТЗВ, величина текстурного упрочнения значительно выше. Исследования механизма деформации показали, что этот эффект обусловлен облегчением {1123} двойникования для сплава ПТЗВ с повышенным содержанием легирующих элементов.

, Таблица 2. Результаты исныташи оболочек из сплавов ВТ5-1,

! ПТЗВСП-4А1-1,4V) и ПТЗВкт('П-4,ЗЛ1-1,8V).

Сплав Техно логия Т-ра исп. °К а*, МПа МПа оу / СГВ Механизм деформации

ПТЗВкт А 293 760 1045 1,37 <с+а> скольжение + следы двойник. {1123}

ПТЗВкт А 77 1300 1680 1,29 <с+а> скольжение + следы двойник.{1123}

ПТЗВкт А 20 1400 22SO 1,63 <£Ка> скольжение + следы двойюш. {1123}

птзв А 20 1510 1390 1 "одгГ двойник. {1123}

птзв А 293 886 1020 1,15 двойник. {1123}

ПТЗВ А 293 873 1020 1,17 двойник. {1123}

ВТ5-1 Б 293 910 810 0,89 {1010} скольжение

ВТ5-1 Б 50 1400 1275 0,91 {1010} скольжение

ВТ5-1 В 293 915 940 1,03 {0001} скольжение

ВТ5-1 В 50 1530 1530 1,0 {0001} скольжение

А - листовая штамповка, Б - объемная ji-штамповка, В

объемная (а+Р)-штамповка

Исследовали влияние энергетических параметров напьшения и давления реакционного газа на формирование текстуры, остаточных напряжений, скорость осаждения и параметры решетки моно- и многослойных покрытий TiN, TiC , Ti на стали и твердые сплавы. Показано, что варьирование параметрами напьшения позволяет получить текстуры от {110} до {111} в TiN покрытиях и {1010}, {1120} и {1011} в Ti монослойных покрытиях. В многослойных TiN/Ti покрытиях реализуется ориентационное соотношение: {111}пм//{0001}т1 в случае полукогерентной границы раздела слоев TiN и Ti. В случае диффузной поверхности раздела ориентировка слоев Ti соответствует {1010} и {1120}.Найдены параметры процесса напыления, позволяющие получать различные ориентировки Ti слоев в многослойных покрытиях TiN, TiC , Ti па

сталях и твердых сплавах. Это дает возможность варьировать величину и знак остаточных напряжений в чередующихся слоях TiN/Ti покрытий, а также других многослойных покрытий с компонентами типа TiB2, AI2O3, AIN и SiC, которые также как и Ti имеют анизотропию коэффициентов линейного расширения (ас£а&). Обнаружено аномальное поведение параметров решетки для TiN покрытий, когда вычисленные из различных межплоскостных расстояний параметры решетки имели существенные различия. Этот эффект- обусловлен различным уровнем остаточных напряжений в зернах различных ориентировок.

В 1992- 1993 гг. совместно с НПО "Энергия", ВИАМ и ЦИАМ разработан метод оценки остаточной долговечности дисков газотурбинных двигателей па основе неразрушающего рентгеновского контроля структурного состояния материала. Показано, что метод чувствителен : испытаниям в условиях кратковременного разрушения, длительного статического нагружения, испытаниям на остаточную долговечность и на малоцикловую усталость. Основу метода составляет экспериментальное определение накопления повреждаемости материала дисков после наработки, оцениваемого по степени фрагментации субструктуры и углам разориентировки блоков с помощью съемки рентгеновского спектра в режиме ш-сканирования. Разработана методика расчета рентгенограмм и предложены количественные параметры оценки структурного состояния в виде относительного коэффициента нерегулярности рентгеновского спектра H и среднего угла разориентировки субзерен, рт> в качестве браковочных признаков при установлении возможности дальнейшей эксплуатации дисков.Разработанная методика рекомендована и принята для освоения в серийном

производстве на АО "Рыбинские моторы". Обнаружено отличие в механизмах формирования деформированного состояния дисков и образцов при всех режимах испытания на длительную прочность, что требует поиска условий испытания, адекватно отражающего механизм деформации и разрушения диска.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. С использованием единого структурного подхода изучены закономерности формирования преимущественных ориенгаций, а также разориенгировок зерен и субзерен, влияние этих параметров на поведение материала при различных тем^-ратурах и вшта напряженного состояния. В результате теоретических обобщений экспериментальных исследований текстурированннх сплавов нр основе Т1 и N покрытий, а также дисперсионно упрочненых № сплавов предложены рентгеновские методы оценки структурного состояния материала и критерии, определяющие их прочность и ресурс работы в реальных конструкциях.

2. На основе экспериментального исследования процессов текстурообразования при горячей и холодной прокатке, листовой и объемной штамповках предложены и реализованы технологические схемы обемной (а+р)-штамповки сплава ВТ5-1кт и холодной перекрестной прокатки и листовой штамповки сплава ПТЗВкт для получения текстурированных оболочек с повышенными значениями конструкционной прочности.

3. Определены относительные значения критических напряжений сдвига для сплавов титана и магния на моно- и

поликристаллических объектах с использованием экспериментальных и расчетных методов. Разработан метод определения критических напряжений сдвига на основе экспериментов на текстурированных поликристаллах.

4. Разработан микромеханический критерий текучести для текстурированных поликристаллов, позволяющий вычислять поверхности текучести в пространстве напряжений на основе известных значений критических напряжений сдвига и текстуры материала с помощью усреднения напряжений текучести для зерен всех ориентировок для различных видов напряженного состояния. Критерий использован для оценки пластической анизотропии ГПУ сплавов на основе Ti и Mg, а также интерметаллида TiAl (у-фаза) с Lio решеткой.

5. На основе микромеханического подхода развит тензорно-полнномиальный критерий прочности для текстурированных поликристаллов, включающий экспериментальное определение главных компонент тензора прочности из одноосных испытаний и расчет компонент взаимодействия с помощью микромеханического критерия. Предложенный критерий апробирован для расчета поверхностей разрушения Ti сплава.

6. Для моно- и многослойных ионно-плазменных покрытий установлены закономерности формирования текстуры и остаточных напряжений в зависимости от параметров напыления. Применительно к тонким,' сильнотекстурированным покрытиям усовершенствована процедура интерпретации результатов измерения макронапряжений рентгеновским sin2 у методом.Усовершенствоваиы методы измерения толщины и мшфотвердости тонких покрытий.

7. Для Ni жаропрочных сплавов установлены закономерности процессов накопления повреждений при повышенных температурах в условиях работы компонентов ГТД, а также испытаний на кратковременную и длительную прочность^ и на этой основе разработан и внедрен в серийное производство неразрушающий метод оценки остаточного ресурса дисков турбины ГТД. Развиты метода.1 интерпретации ю-рентгенограмм поликристалла, включающие неразрушающуто оценку распределения субзерен у-фазы в Ni сплавах по размерам и определение количества у'-фазы.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

(1) Бецофен С.Я., Бунин JI.A., Рубина Е.Б., Новиков Н.В. Исследование механизма деформации и анизотропии механических свойств сгтлава ВТ5-1.// В книге "Кристаллическая структура к свойства металлических сплавов" изд.Наука, Москва, 1978, с.176-185.

(2) Бецофен С.Я., Хорев А.И., Бабарэко A.A., Красножон А.И. Влияние термообработки на текстуру и механические свойства цилиндров из сплава ВТ14// Технология легких сплавов. 1978, N3, с. 43-47.

(3) Бунин Л .А., Бабарэко A.A., Бецофен С.Я. Структурная нестабильность некоторых титановых сплавов и их сварных соединений при длительном статическом нагруженни.// Изв.АН СССР, Металлы, 1978, N1, с. 43-47.

(4) Агеев Н.В., Бабарэко A.A., Рубина Е.Б.,Бецофен C.5L, Бунин J1.A. Характеристики пластической деформации и разрушения сплавов Ti-Al-Sn и Ti-Al-V при низких температурах.// Физика металлов и металловедение, 1979,48, выи.З, с. 594-601.

(5) Павлов И.М., Ушаков Е.В., Бецофеи СЛ., Чопоров В.Ф.,Копьев И.М., Бусалов Ю.Е., Елкин Ф.М. Исследование механических свойств и текстуры листов и фольг из магниеволитиевых сплавов ИМВ2-1 и ВМД-5У/ В сб. Пластическая обработка металлов и сплавов, М.: Наука, 1979,162-170.

(6) Бабарэко A.A., Бецофен СЛ., Ильин A.A., Бунин Л.А., Сухорукова Л.И. Влияние ВТМО на текстуру и свойства штамповок из (a+ß) сплава титана ВТЗ-1.// Изв.АН СССР, Металлы, 1979, N3, с.147-155.

(7) Бецофен С.Я., Бунин Л,А., Ильин А.И., Сухорукова Л.И. Влияние текстуры на анизотропию ударной вязкости сплавов титана// Изв.АН СССР, Металлы, 1979, N4,154-159.

(8) Вишняков Я.Д., Бабарэко A.A., Владимиров С.А., Эгиз И.В., Куртасов С.А., Бецофен СЛ., Новиков В.Ю. Теория образования текстур в металлах и сплавах. М. Наука, 1979.343 с.

(9) Бецофен СЛ., Эгиз И.В., Хесин Ю.Д., Белова О.С., Бабарэко A.A. Анализ природы анизотропии и дисперсии механических свойств текстурированных поликристаллических сплавов титана// Материалы 3-ей всесоюзной конф. по текстурам и рекристаллизации. Красноярск,1982, с. 209-216.

(10) Бецофен СЛ., Рубина Е.Б. Построение кристаллографических контуров текучести ГП сплавов гитана с идеальными ориентировками по данным исследования монокристаллов.// Тезисы докладов 3-ей всесоюзной конф. по текстурам и рекристаллизации. Красноярск, 1980, с.404-405.

(11) Кокнаев Р.Г., Бецофен СЛ., Водолазский В.Ф., Смирнова Т.Р., Сорокалетова М.Е. Изучение текстуры и анизотропии механических свойств в листах из титановых сплавов// Тезисы докладов 3-сй

всесоюзной конф. по текстурам и рекристаллизации. Красноярск, 1980, с. 342-343.

(12) Хорев А.И., Бабарэко A.A., Красножон А.И., Бецофен С.Я. Влияние структуры, субструктуры и кристаллографической текстуры на механические . свойства титановых сплавов.// Металловедение и термическая обработка металлов, 1982, N7, с.

(13) Бецофен С .Я., Бунин JI.A., Рубина Е.Б. Оценка конструкционной прочности текстурированных сплавов титана при нормальных и криогенных температурах.// Тезисы докладов 2 Всесоюзной конференции "Стали и сплавы криогенной техники", Харьков, 1983, с.28-29.

(14)Бунин Л.А.,Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Дьячков В.Д. О связи прочности титановых конструкций со свойствами деформированных полуфабрикатов.// Цветные металлы, 1983, N6, с. 95-98.

(15) Хорев А.И., Красножон А.И., Бабарэко A.A., Бецофен С.Я. Способ упрочнения титановых сплавов. // Авторское свидетельство N 989898, заявка N 3223592 .

(16) Бецофен С.Я., Рохлин Л.Л. Анизотропия механических свойств, текстура и механизм деформации прессованных прутков магниевого сплава ИМВ6// Цветные металлы. 1984, N2, с. 82-84.

(17) Новиков И.И., Мордухович A.M., Бецофен С.Я., Кувшинов Г.С. Способ термической обработки титановых сплавов.// Авторское свидетельство N 1124045 от 15 июня 1984г.

(18) Новиков И.И., Мордухович A.M., Бецофен С.Я., Кувшинов Г.С. О возможности получения бестекстурного мелкозернистого титанового сплава методом межфазной циклической обработки.// Физика металлов и металловедение, 1985, 59,в.4, с. 828.

(19) Гохман А.Р., Брюханов A.A., Бецофен СЛ. Вероятностный метод восстановления ФРО из обратных полюсных фигур гексагонально-орторомбических поликристаллов.// Тезисы докладов 5-ой Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах, Уфа, 1987, с.238-239.

(20) Бецофен С.Я. Связь анизотропии предела текучести с механизмом деформации сплавов систем Mg-Y и Mg-Al-Zn. // Изв. АН СССР. Металлы, 1987, N5, с. 180-185.

(21) Адамеску P.A., Бецофен С.Я. Свойства анизотропных поликристаллических материалов.// Тезисы докладов пятой Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в металлах и сплавах", Уфа, 1987, с.17-18.

(22) Betsofen S.Ya., Shamray V.F., Rubina E.B. Texture principles of yielding anisotropy of alpha titanium alloys// Sixth World Conference on Titanium. Cannes, 1988, p.21.

(23) Бецофен СЛ., Масляев C.A., Пименов В.Н., Рубина Е.Б. Особенности кристаллизации эвтектики в сплавах Al-Cu. // Физ. и химия обраб.материалов, 1988, N3, с.43-47.

(24) Пименов В.Н., Масляев С.А., Бецофен СЛ. Кристаллизация медных растворов, расплавленных импульсным лазерным излучением.// Физ. и химия обраб.материалов, 1989, N4, с.24-29.

(25) Бецофен СЛ., Седов В.И. Влияние кристаллографической ориентации трещины на строение изломов текстурированного сплава ВТб. // Проблемы прочности, 1990, N1, с. 123. Деп.ВИНИТИ 06.06.89 N3734-889.

(26) Бецофен СЛ., Рубина Е.Б. О текучести текстурированных сплавов с ГПУ решеткой.// Изв. АН СССР. Металлы, 1989, N 6, с. 152-160.

(27) Рубина Е.Б., Бецофен С.Я. Механизм гшастической.деформацпи титанового альфа-сплава титан-адгоминий-ванадийУ/ Физика металлов и металловедение, 1990, N4,191-198.

(28) Бецофен С.Я., Петров JI.M., Лазарев Э.М., Коротков Н.А. Структура и свойства ионно-плазменных TiN покрытий.// Изв. АН СССР. Металлы, 1990, N3, с. 158-165.

(29) Бецофен С.Я., Петров Л.А. Особенности рентгеновского измерения остаточных напряжений в TiN тонких покрытиях.// Изв. АН СССР. Металлы, 1991, N1, с. 179-185.

(30) Лазарев Э.М., Петров Л.М., Бецофен С.Я., Коротков Н.А. Структура, состав и термическая стабильность никель-фосфорных покрытий.// Изв. АН СССР. Металлы, 1991, N5,128-132.

(31) Betsofen S.Ya., Petrov L.M., The influence of the parameters of the ion-plating process on structure of TiN coatings. Proceedings of 3rd International Symposium on Trends and New Applications in Thin Films,November 1991, Strasbourg, France, pp.l31-134.

(32) Betsofen S. Ya., Specificity of residual stress measurements in TiN coatings. Proceedings of 3rd International Symposium on Trends and New Applications in Thin Films, November 1991, Strasbourg, France, pp. 153-157.

(33) Бецофен С.51., Рубина Е.Б. Методы, расчета прочности текстурированных сплавов с ГПУ . решеткой при сложнонапряженном состоянии.// Тезисы докладов 6 Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизация в металлах и сплавах", Свердловск, 1991 г.,с. 114.

(34) Betsofen S.Ya. Enhancement of the structural strength and reliability of shell-type structures of anisotropic materials by the methods of experimental mechanics. // International IMECO/GESA Symposium

on Risk Minimization by Experimental Mechanics. 1992, Dusseldorf,Session S5,N4.

(35) Масляев C.A., Неверов В.И., Пименов B.H., Платов Ю.М., Бецофен СЛ Сасиновская И.П. Воздействие импульсного лазерного излучения на сплавы ванадий-титанУ/ Физика и химия обработки материалов. 1992,N5,C.38-45.

(36) Betsofen S.Ya. Nondestructive x-ray methods of quality control for thin ceramic coatings. Proceedings of 13 th International Plansee Seminar,Eds. H.Bildstein and R.Eck, Metallwerk Plansee, Reutte (1993), vol.3, (C21),pp.222-235.

(37) Бецофен СЛ. Исследование характеристик тонких керамических покрытий с помощью измерения микротвердобти.// Изв. РАН, Металлы, 1993, N2,181-186.

(38) Лякишев Н.П., Шамрай В.Ф., Бецофен С.Я., Липихин ЮЛ. Текстура и анизотропия свойств горячекатанных листов из сталей СтЗсп и 09Г2С. // Изв. РАН, Металлы, 1993, N1,122-126

(39) Егоров Е.Б., Бецофен СЛ., Мещеряков В.Н. Фазовый состав и текстура титанового сплава после термомеханической обработки., Физика и химия обработки материалов, 1993, N2,130-134.

(40) Масляев С.А., Неверов В.И., Пименов В.Н., Платов Ю.М., Бецофен СЛ Сасиновская И.П. Особенности повреждаемости сплавов ванадий-титан при воздействии импульсного лазерного излучения в вакууме.// Физика и химия обработки материалов. 1993, N2, с.42-48.

(41) Масляев С.А., Неверов В.И., Пименов В.Н., Платов Ю.М., Бецофен СЛ Сасиновская И.П. Структурно-фазовые превращения в титановых сплавах системы титан-ванадий после воздействия импульсного лазерного излучения.// Физика и химия обработай материалов. 1993,N6,c.l3-20.

(42) Лазарев Э.М., Бецофен С.Я. Фазовый состав, структура, текстура н остаточные напряжения в покрытиях из нитрида и карбида титана на твердых сплавах и сталях. //Физика и химия обработки материалов. 1993, N6, с,60-65.

(43) Бецофен С.Я., Рубина Е.Б. Текстурное упрочнение в титановых сплавах: влияние критических напряжений в разных системах скольжения и двойникования. Известия РАН, Металлы, 1994, N4, с.114-121.

(44) Бунин JI.A., Бецофен С.Я., Севастсенко В.Ф., Васильев С.В., Быкин О.А., Плотников А.Д.,Садовников Ю.Б. Шамрай В.Ф.,Голубев А.А. Рентгеновский метод оценки остаточного ресурса конструкционных элементов из никелевых шлаков, //Положительное решение по заявке N94002785/25 (002887) Класс G01N23/20 от 9 августа 1994г.

(45) Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1995, 442 с.

(46) S.Ya.Betsofen. Nondestructive X-ray Methods of Quality Control for Thin Ceramic Coatings// Refractory Metals & Hard Materials , 12, (1995).

Подписано к печати 12.10.95 Тираж 100 экз.

Заказ Бесплатно

Ротапринт "Бланкиздат" 105087, Москва, Кирпичная ул. 41.