автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка режимов объемного и поверхностного упрочнения полуфабрикатов из высокопрочного титанового сплава

Работа выполнена на кафедре термообработки и физики металлов Уральского государственного технического ункворситета-УПИ г. Екатеринбург.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ПОПОВ A.A.

Официальные оппоненты - доктор технических.наук,

профессор ШИШАКОВ A.C.; кандидат технических наук, ст.н.с. БЕЛ0ГЛА30В В.А.

Ведущее предприятие - АО ТурбомоторныЗ ьавод, г. Екатеринбург.

Защита диссертации состоится "17" А н&е 1994 г. в 15 часов на заседании специализированного совета К 063.14.02 по присуждению учбшх степеней кандидата технических наук металлургического факультета Уральского государственного технического университета(третий учебный корпус,аудитория мг-4ги.

Ваз отзыв в одном экземпляре, скрепленный печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, УГТУ-УПИ, учЭному секретарю института, телефон 448574.

Автореферат разослан "J2." ^t<-AcyM1993 г.

Учбный секретарь специализированного совета К 063.14.02, доцент, к.т.н. . 1 Логинов D.H.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Облегчение веса конструкций в современном самолбто- и ракетостроении достигается в значительной степени за сч0т использования сплавов на основе титана в качестве основного материала для изготовления большинства деталей. Увеличение грузоподъемности и размеров создаваемых летательных аппаратов требует для изготовления силовых элементов конструкций применения крупногабаритных полуфабрикатов. В этой связи значительный интерес представляет разработка принципов упрочнения крупногабаритных деталей из двухфазных а '+ р-сплавов, имеющих высокую удельную прочность и обеспечивающих большой выигрыш в,весе. Решение данной задачи во многом определяется конкретными технологическими режимами термической и термомеханической обработки, правильный выбор которых невозмокен без знания общих закономерностей протекания фазовых превращений. В настоящее время практически отсутствуют исследования по изучению процессов рекристаллизации в крупногабаритных полуфабрикатах из а + р - титановых сплавов в зависимости от температуры деформации и скорости последеформационного охлаждения.

Работа в условиях высоких удельных нагрузок предъявляет, повышенные требования к свойствам поверхности деталей. Невысокая эрозионная стойкость,низков сопротивление схватывания и истиранию при работе в парах трения, склонность к фреттинг-корро-зии существенно ограничивают область применения титановых сплавов. Устранение этих недостатков достигается, как правило, поверхностным легированием деталей, при этом наибольший интерес представляет разработанный в последнее время метод лазерного

азотирования. Однако данный технологический процесс исследован неполно,отсутствует детальный анализ фазовых и структурных превращений, происходящих как при самом лазерном азотировании, так и во время эксплуатации готовых изделий. Недостаточно изучены технологические рекимы повторного оплавления и старения.

Поэтому целью настоящей работы явилось комплексное исследование процессов структурообразования, происходящих в полуфабрикатах различных сечений из высокопрочного сплава .ВТ23 при горячей пластической деформации и последующих операциях объбмног и поверхностной упрочняющей обработки.В этой связи были поставлены и решены следующие основные задачи:

- исследование влияния температуры деформации и скорости по. еледеформационного охлаждения на структуру и свойств;

крупногабаритных полуфабрикатов, .

- изучение роста фаз,обусловленных процессом перераспределения легирующих элементов при отжиге в двухфазной а 4 р-области,

- разработка способов повышения вязкостных свойств без за метного уменьшения прочности на заключительных операция термической обработки,

- изучение изменения структуры и фазового состава по глубин зон оплавления и термического влияния при различных техно логических параметрах процесса лазерного азотирования и и трансформация при поверхностном деформировании и старении Научная новизна

Установлены закономерности формирования збренной структур крупногабаритных полуфабрикатов из сплава ВТ23 в зависимости с условий деформации и охлаждения.

Подтверждено отрицательное влияние зернограничной а-фазы на характер разрушения двухфазных титановых сплавов. Научно обоснованы метода устранения или нарушения сплошности мезсзЗрен-ной а-оторочки.

Обнаружено сегрегирование алюминия у межфазных а/р-границ, что способствует предпочтительному растворению центральных участков пластин первичной а-фазы при нагреве в двухфазную область.

Разработан способ термообработки, позволяющий трансформировать колониальное распределение пластин первичной а -фазы в хаотическое и тем самым способствовать повышению комплекса механических свойств изделия.

Изучен характер процессов изменения структуры и их последовательность, происходящих при дополнительном нагреве на температуру, превышающую температуру старения.

Установлено , что для повышения комлекса механических свойств и уменьшения их дисперсии по сечению крупногабаритных полуфабрикатов,закалку последних необходимо осуществлять в средах с температурой, несколько превышающей температуру начала мартенситного превращения.

Изучено влияние различных режимов лазерного азотирования, последующих поверхностного пластического деформирования и старения на фазовый состав и структуру обработанного слоя. Выявлено наличие нижней зоны оплавления, образующейся в результате тепловыделения при кристаллизации нитрида титана, и высокотемпературной а-фазы, обогащенной азотом в азотированном слое.

Установлено,что при пластическом деформировании поверхности изделия в азотированной зоне набдодается р->т -превращение, ) в нижней зоне оплавления и в зоне термического влияния проис-

ходит р-> а"-> а'(р) -переход, что сопровождается повшением твбрдости обработанного слоя.

Практическое значение

Предложена комплексная технология обработки крупногабаритных полуфабрикатов, позволяющая поднять уровень прочности до 1200 МПа с минимальными разнозернистостью и дисперсией механических свойств по сечению полуфабриката.

Разработаны новые технологические режимы: предварительная термическая обработка для полуфабрикатов с исходным колониальным строением альфа-фазы и дополнительный кратковременный нагрев на температуру,превыатвдую температуру старения,приводящие к повышению комплекса механических свойств.

Даны рекомендации по оптимизации режимов поверхностного упрочнения с помощью лазерного азотирования.

Разработанные режимы обработки затащены тремя авторскими свидетельствами, переданы и внедрены на одном из предприятий авиационной промышленности со специальным экономическим эффектом.

Апробация работы. Материалы диссертации долокены на VI Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллизацпя в металлах и сплавах" (г. Сзердловск, 1991), на Всесоюзном симпозиуме "Повышение износостойкости деталей машин обработкой высококоецэнт-ркрованными источниками энергии" ( г.-Звенигород, 1985), на XI Уральской школе металловедов-термистов (г. Свердловск, 1939), на зональном научно - практическом семинаре "Лазеры в народном хозяйстве" (г. Челябинск, 1990), на зональной конференции "Современные методы исследования в металловедении"(г.Ижевск, 1985).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.

ОбъЗм работа, диссертация состоит из введения, 6 глав, вызолов, библиографического списка кз 130 наименования и приложо-

содерзят 220 страниц машинописного текста, 79 иллюстрация ,1 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновано актуальность теш и изложены основ-äüi) вопроси, рассмотренные в диссертации.

Глава 1. .VETОДУ ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО УНРОЧНЕШЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ (аналитический обзор)

В литературном обзоре проанализированы литературные данные по вопросам горячей деформации и рекристаллизации, влияния различных режимов термообработки на структуру, ФязовыЯ состав и механические свойства полуфабрикатов из а + ß -титановых сплавов. Рассмотрены закономерности изменения структуры поверхностных словв при лазерной обработке.На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования.

■ Глава 2. МАТЕРИАЛ И MSTOZEStH ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования были выбраны промышленные полуфабриката из сплава В723: плиты толтаноЯ 100 мм.горячепрес-сованные трубы с внешним диаметром 160 мм и толсиной стенки 22 мм.

При выполнении диссертационной работы был осупэствлЗн комплексный подход к исследованию материала: металлографический

анализ (Neophot-2), испытания механических свойств, рентгеновский фазовый анализ (ДРОН-ЗМ), растровая и просвечивакаая электронная микроскопия (JSM- 35 ,Tesla BS-500), микрорентгеноспект-ральный анализ (СатеЬах), дифференциальный термический анализ (Du Pont-990),4TO дало возможность получить достоверные и взаимодополняющие экспериментальные данные.

Глава 3. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВТМО НА СТРУКТУРУ И

СВОЙСТВА КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛУОА5РИКАТОВ

Настоящая глава посвящена изучению влияния режимов ВТМО на структуру и свойства а + (3 -сплава ВТ23 с целью выяснения возможности улучшения качества поковок и обеспечения мннималь-ной дисперсии их механических свойств.

Заготовки размером 100x200x300 мм, вырезанные из массивной плиты, для измельчения зерна перековывали в тот же размер при температурах: 920; 1070:1150; 1250°С. Деформацию осуществляла' ковкой на 3 -тонном молоте осадкой на 50% и протяжкой со сменой граней. При этсм суммарная степень деформации составляла 100$. После ковки .часть заготовок охлаждали в воде .часть на воздухе.

После деформации збрна р -фазы в поковке, ка основании данных металлографического анализа,были разделены на три группы:

1 - нерекристаллизованкке (исходные);

2 - образовавшиеся при первичной рекристаллизации;

3 - возникшие при собирательной^рекристаллизации. "

Даже большие степени деформации не позволяют избавиться от крупных збрен.1 группы в поверхностных слоях поковки, они пре-

имущественно имеют равноосную форму с характерными выделениями а~фази, зарождение которых происходило на деформационных дефектах. По морю продвижения к центру возрастает объемная доля -зЗ-рен 2 -Я группы.

Установлено,что вышеописанная ситуация обеспечивается двумя основными факторами: а) подстугсшакием приповерхностных сло-6в, как во время переноса, так и при ковке холодными рабочими поверхностями-молота, .в результате чего выделяется вторая фаза, препятствующая деформации; б) разогревом из-за неравномерности деформационного течения материала, когда различные поверхности поковки последовательно попадают в "мертвую зону" и в зону ослабленного материала. Очевидно повышение Тдеф ослабляет влияние зткх факторов, что приводи? к уменьшению приюверхноотяой зоны исходных збрен (рис. 1,а).

Показано,что собирательная рекристаллизация при схлаждении на воздухе имеет минимум развития.при температуре деформация 1150°С. Это обусловлено конкурирующим действием деформационного разогрева центра поковки к непосредственно температурой нагрева под деформацию. •

Уввяяевиа скорости охдеадения с температуры 'деформация ( охлаждение в зоде ) позволяет подавить процессы собирательной »кристаллизации и зафиксировать состояние,возникшее после пер-зичнсй рекристаллизации. Собирательная рекристаллизация отмечалась только в образцах с температурой деформации 1250°С.

Обнаружено, что скорость последеформациояного охлаждения ¡э оказывает заметного влияния на размер первично-рекристалли-ювакного зерна (рис. 1,6) и соответственно кривая Впр - Тдеф ри охлаждении в воде образует ту т зависимость , что и при

|

Г

1

\ Ct.

\

V

N V

1

600

wo

200

£ /

/

У f

я» 'ooo tm то 900 tjqq noo то i£C

Рис. Влияние температуры деформации на размер зоны нерек^истаипизованных зёрен (а) и на размер пералчйо-регфасталдгзозгнных зЗрен (б)

охлаждений но воздухе.

Также в работе рассмотрена закономерности распада ъисоко температурной ß -фазы по сэчешл хкжонкг при посугедэфорызпизн ном охлааденга в завгсгмостг от тевсэратурк деформации г хграк тера дислокационной структуры.

Ез основании провздЗЕка ЕССледовнЕг2 выявлена.что атл по лучения достаточно мэлкога зэрнэ при нагменыз-зй разнэзврггстас tz оптимальной текпэратурсй Епгрэвз под дг-форнацгк .является Та =1150°С с последефэргетгзннызг охлаждением в воде.

Глава 4. iiCOESOBiiSS Е35Е2Н ОТЕКЛА НА СТК«ТС»ТШ2 К «¿ЗОЗНЕ БЗтГОЭ* В ТСТАНОЗаХ CSISiESS

Изучение пооаэссоз аэрапасяред?.гэагя даггр;«ил аг-у-Етс пли отЕгге титановых сплавов. В данном разделе Скяа греддргнл; попытка саюдэлфовагь процесс роста фазы на деЯузизнных napsi

доставленных из сплавов различного фазового состава. Материалом гля исследования служили: нелегированный титан - ВТ1 -О, двойные зплявы титана с молибденом, ванадием, хромом и алшинием и промышленные сплавы ВТ15, ВТ22, ТС6.

Показано, что процесс рсота (3-фазы в титановых сплавах является диФФузиоюю-контролируемым при отсутствии противопотоко атомов злгминия. В сплавах, содержащих ал>мшг,:Л, при отжиге наблюдается •его сегрегирование на ме«фазной поверхности раздела. Более того, в случае откига при 900...950°С на границе а/(3 раздела для сплавов ВТ15 и Т16А1 наблюдается образования слоя ново?. фазы, обогащенной по алюминию.Провидение локального ронтге-носгрукгурного анализа показало , что образовавшаяся фаза представляет собой интерметаллид Т13А1 (аг-фяза).

Предположено.что причиной неравномерного растворения а-фа-зи в сплаве ВТ23 после отжига 860°С а закалки 870°С,когда, растворение мезфазнсй оторочки происходит позже, чем центральных участков пластин, является сегрегация алюминия но меяфазных поверхностях. раздела.

Изучение влияния температура откига на структуру и свойства крупногабаритных полуфабрикатов.Предварительно деформированные поковки помещали в разогретую печь, выдерживали в течение 1 часа, охлаждали с печью до 450°С, далг-е на воздухе. Температура отэига подбиралась таким образом,чтобы она соответствовала либо верхнему а + р-диапазону, либо диапазону 0 -состояния. В первом случае 860; 870; 890°С, во втором 950; 1050°С.

Анализ структуры показал, что независимо от температуры предиествувдей деформации и скорости охлаждения морфология внутризбренной а-физы,образовавшейся после откига,в первую очэ-

редъ.определяется температурным интервалом отжига: в р-диапаэо-, не или в а + р-диапазоне. Условия деформации в этих случаях определяют только размер зерна (при Тотж ниже Тип). При медленном охлпкденки из а + р-области формируются частично глобуляризиро-ванные толстые (Ь = 2...3 мкм) пластины а-фазы, ь то время как р-отжиг приводит к образованию более тонии. и длинных а-пластин (Ь=0,7...0,8 мкм ).

Изучение параметров межзбренной а-фазы показало их зависимость от скорости последеформационного охлаждения. При атом переформирование или устранение межзёренной а-оторочки в сплаве ВТ23 достигается отжигом в течение одного часа при температурах Тпп-30...60°С. Вследствие чего в поковках из сплава ВТ23 сечением 100 км с последеформационным охлаждением на воздухе вязкостные свойства максимальны после отжиге при температуре 890°С Экспериментально найдены наиболее предпочтительные температуры отжига для различных последеформациоЕНЫх охлаждавдих сред.

Глава 5. ТЕРМООБРАБОТКА ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ23

В данной главе проведЗн ряд экспериментов по термической обработке полуфабрикатов различных сечений и выяснена роль исходной структуры на формирование комплекса свойств.

На горячепрессованных трубах диаметром 160 мм и толзиной стенки 22 мм изучались влияния: температур закалки, вида закалочной среды, температур старения , зерногракичкой а -фазы на структуру и механические свойства готовых изделий. Кроме того, проведено исследование новых технологических реггмов термической обработки: заключительного кратковременного нагрева на тем-

пера туру, превышающую температуру старения; предварительной обработки . позволяющей трансформировать исходное колониальное строение а-Фазы в хаотическое.

Сравнение значений ударной вязкости и фрактографический анализ позволили установить, что в сплаве ВТ23 мекзЗренная а -оторочка оказывает отрицательное влияние на уровень механических свойств изделия, увеличивает долю ■ токз<3 ре иного разрушения.

Показано, что для полуфабрикатов подобного сечения закалка в масло более предпочтительна, чем закалка в воду или охлааде-' нив на воздухе, поскольку при этом повышается критическая температура нагрева, закалка с которой приводит к образованию мар-тенсита.и сохраняется большое количество метаствбильных фаз,неоднородных по составу, что положительно сказывается на уровень механических свойств после старения.

Установлена целесообразность применения дополнительного кратковременного нагрева после обычного старения на температуру, превышенную Тст, что позволяет исправлять брак по термообработке к повисать значения ударной вязкости. Для данного процесса построены диаграммы изменения фазового состава, в зависимости от температуры старения, температуры и времени кратковременного нагрева, пример такой диаграммы представлен на рис. 2 , где цифрами J-IV обозначены следующие стадии: I) инкубационный период; II) растворение частиц вторичной а-фэзы; III) рос? равновесной а -фазы ; IV) завершение роста равновесных частиц. Линия раздела I-II кмэет вид экспоненциальной кривой, а линии II-III и III-IV имеют С-образный характер. Вариации исходной температуры старения влияют на взаимное положение кривых, не изменяя обеих закономерностей. Показано, что увеличение инкубацион-

Рис.2. Диаграммы стадий дополнительного нагрева Тз=820°С; Тст=500°С (а), Гст=550°С (б) ного периода и периода растворения при возрастании исходно

Тст связано с большими размерами первоначальных частиц и сс

ответственно с уменьшением удельной поверхности межфазных грг

ниц. Время третьего периода не зависит от Тст. Температура ш

регаба на С -образных кривых соответствует температуре переш

на диаграмме изотермического распада метастабильной 0-фазы.

Введение в режим термообработки сплава предварительных оп< раций: нагрев на температуру 900°С с охлаадэнием на воздухе старения при 650°С в течение 30 минут перед стандартной упро нашей обработкой приводит к эффективному измельчению круга пластин а-фазы в теле зерна, к устранению зернограничной а-от рочки и позволяет переформировать исходное колониальное распр деление первичной а-фазы в хаотическое. Данное явление обуслс лено тем, что мелкие частицы, образовавшиеся при 650°С, в ус.-Виях последующего нагрева на температуру закалки являются оде временно как центрами зарождения, так и барьерами роста ног пластин.

На полуфабрикатах размером 100x200x300« изучалась зависимость микроструктуры и механических свойств от температуры охлгвдагсей среды при закалке с 850°С в расплав щёлочи. Для ис-следовыгия были выбраны температуры расплава охлагдающей ванны - 215; 315; 400°С, все эти температуры находятся Еыше Мл. Бр^мя нахождения заготовки в закалочной среде составляло Ю минут.

обнаружено, что наиболее оптимальной температурой закалочной среды Г из исследованных) является температура 315°С,.поскольку пря ?ср=215°С по всему сечению заготовки образуется цегелзтельный а"-кзрт-;нсит, а Тср=400°С не обеспечивает достаточного количества упрсчштгих фаз.

Механические испытания показали, что использование расплава ""."очи в качестве' закалочной среды для крупногабаритных изделий способствует получению более тсокого комплекса механических свойстз при меньсей их дисперсии по сечению изделия,чем при закалке в воду. ГгрзктирэзанЕый уровень свойстз лежит в пределах: а =12С0...1250 ШТз пол До не Солее 50 ?Я1з; б =8...10?; й =20..

Б 3

..-¡ег; кстм},3...0„25 '/Лг/мг. Установлено,что закалка от. температур виде критической (Тз=850°С) в среду с температурой, пре-еепзее-зй температуру ?£я на 250°С , обеспечивает стабилизацию р-тн=рдого раствора, обедненного легируюеики элементами,без образования сГ-кзртенспта.

Исходя из рзсчЭтаого анализа температурных полей, возни-кгггих при закалке в исследуемой заготовке, и вышеописанных гкспэргнкентальных денных» проведена оценка температур закалочной среда, обёспэчпзаюапс требуемую структуру для полуфабрикатов сечэкиеи 60.-.120 мм. Получено, что полуфабриката сечением

60 мм следует охлаждать в среде с температурой 340°С, 80 мм -325°С, 120 мм - 310°С.

Глава 6. ЛАЗЕРНОЕ АЗОТИРОВАНИЕ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ23

Лазерное азотирование производили при помоги непрерывного СОг-лазера "Катунь" модностью 750 Вт со скоростью сканирования 200 км/мин, поток азота 0,5 л/мкн, диаметр луча варьировали от 1,5 до 3 км.

Исследование структуры и фазового сост-.за зоны оплавления Установлено, что структура оплавленного участка подразделяется на две характерные зоны. Верхняя из них - азотированная зона -состоит из девдритов нитрида титана в р- ллн а * p-матряие.Причем a-фаза этой зоны насыаена азотом и её формирование происходит в верхнем температурном диапазоне в результате перитектиче-ской реакции. В зависимости от условий обработки глубина азотированной зоны изменяется от 100 до 200 мкм.Структура нижней зоны - крупнокгольчатый картекскт в р-мгтргце. Изучение фазового состава , легироваккзсти и характера растре сгсгвания нзаавго участка зоны оплавления .свидетельствует о том, что его формование связано с вторичным • подплавлекием подложи вследствие тепловыделения при кристаллизации китркдз титана.

Изучено изменение структуры при повторной обработке в среде инертного газа, проводимого для устранения трещин оллазленкого слоя. В результате этой операции б азотированном слое наблюдалось уменьшение объемной доли и коагуляция декдритов нитрида титана, образование дендритов высокого »/л е ра туркой a-фазы, появление в структуре матрицы мартенситной составляющей. Рекомэндо-

ваш повторное оплавление проводить при пониженном градиенте температуры и в среде азота (или в комбинированной атмосфере азота и аргона), поскольку в данном случае исключается потеря связанного азота и формируется более глубокая зона термического влияния, упрочняемая последующем старением.

'¿сслелозакие структуры и фазозого состава зоны термического влияния. На основании данных рентгеновского фазового, металлографического, микродзоромотркческого анализов построены графики соотнопения количества фаз и микротвЗрдости по глубине обра-ботшшого слоя для различны? технологических режимов лазерного азотирования (рис. 3). Установлено, что зону термического влияния можно условно разбить по глубине на семь участков, различающихся между собой по фазовому составу и морфологии структурных составляющих.По мере удаления от зоны оплавления образуются участки со следующим фазовым составом: 1 )сГ; 2)а"+а'; 3)а"+<1'+а; 4)а"+(а')*а+рм; 5}а"+£м+а; 6)а+(3м; 7)а+р. Варьирование параметров лазерной обработки приводит к изменении геометрических размеров описанных выпв зон, но их порядок в свойства не меняются.

Обнаружено, что поверхностная пластическая деформация приводит к частичному (3 - т -превращению в азотированной зоне и к деформационному распа;су мэтастабялькых р-фазы я а"-мартенсита с образованием а'-мзртенсита а нижней зоне оплавления и в зоне термического влиянияСрис.З,б).Прослеживается зависимость степени ?м-чх"-а* (р)-перехода от толщины азотированного слоя:при тол- . Еша 100 мкм прирост микротвйрдости превращенной структуры составляет около 2100 МПа.при 150 мкм - 900 МПа.а при 200 мкм упрочнение отсутствует (здесь наблюдается частичный а"~(5-переход).

. Изучение процесса старения показало,что после лазерного азо-

Рис.3.Соотношение количества фаз по глубине обработанного слоя после лазерного азотирования Ча) и ППД (б), серия II

тирования происходит уменьшение твердости по сравнению со значениями твердости исходного материала, до азотирования - 340 НВ, после - 253 НВ. В результате старения наблюдается постепенное повышение твердости в течение 40...60 минут, и затем происходит стабилизация значений на уровне 380 НВ. В образцах с предварительной ППД общйй прирост твердости выше на 20...30 НВ. По- . скольку установлено, что после 80-минутного старения различие значений твердости в зависимости от Тст (4Б0...525°С) невелико, то и старение наиболее целесообразно проводить при той же тем-перстуре, при которой производилось исходное старение всего изделия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ В работе проведено комплексное исследование формирования структуры высокопрочного титанового сплава ВГ23 по всему циклу технологических операций изготовления и упрочнения полуфабрикатов различных размеров.

1. Установлено, что формирование збренной структуры при горячей пластической деформации определяется двумя конкурирующими ^актерами: деформационным разогревом центра поковки при относительно низких температурах деформации в р-области и,непосредственно, температурой нагрева под деформацию.. Как результат влия-ая этих факторов, наименьшая разнозеркистость при относительно «елком зерне наблюдается при Тдеф=П50°С.

2. Подтверндено отрицательное влияние зериограничной а-фазы на ;аргктер разрупения двухфазных титановых сплавов. Научно обос-¡овакы методы устранения или нарушения сплошности' межзбренной :-оторочки.На их основе разработаны режимы обработки полуфабри-

*** ., »'.'/Л.-,«.".

20

катов, обеспечивающие . повышение вязкости сплава.

3. Разработан способ термообработки, позволяющий трансформировать колониальное распределение пластин первичной а -фазы в хаотическое и тем самым способствовать повышению комплекса механических свойств.

4. Обнаружено,что в тех случаях.когда температура нагрева под закалку превосходит температуру отжига,происходит предпочтительное растворение центральных участков пластин первичной а-фазы, это связано с сегрегированием алшиния у мек^азных границ.

5. Показано,что для повышения уровня вязкостных свойств сплава после упрочняющей термической обработки.целесообразно применять кратковременный нагрев, длительность и температура которого определяется конкретными требованиями к изделию. Цель дополнительного нагрева состоит в коагуляции и частичном растворении частиц вторичной а -фазы, уменьшении локализации напряжений на мэк^азных границах.

6.Установлено,что для повышения комлекса механических свойств и уменьшения их дисперсии по сечению крупногабаритных полуфабрикатов ' закалку последних необходимо осуществлять в средах с темцературой ненамного превышающей температуру начала мартен-ситного превращения, что обеспечизает получение большого количества метастабильЕой р-фазк.

7. Изучено влияние различных режимов лазерного азотирования, последующих поверхностного пластического деформирования и старения на фазовый состав и структуру обработанного слоя. Показано,что зона оплавления состоит из двух участков: непосредственно азотированный слой и нижняя зона оплавления, образовавшаяся в результате тепловыделения при кристаллизации нитрида титана.

Азотированный слой, помимо нитрида титана, содержит ß -фазу и зысокотемпературную а-фазу, обогащЗнную азотом.

8. Установлено,что при пластическом деформировании поверхности изделия в азотированной зоне наблюдается р->т-превращение, 1 в нижней зоне оплавления и в зоне термического влияния происходит ß->a"->a'(Р)-переход, что сопровождается повышением твЭр-¿ости обработанного слоя.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Изучение процесса роста ß -фазы в титановых сплавах при диффузионном отжиге/ Попов A.A., Анисимова Л.И., Виницкий А.Л.. Демаков С.Л. // Термическая обработка и физика металлов: Межвузовский сборник. Свердловск; УПИ, 1984. С.99...105.

2. Нагрев металлической поверхности импульсными источниками энергии/Васильев Л.С., Демаков С.Л., Гречкова А.П., МахнЗв.Е.С. //Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума "Повышение износостойкости деталей машин обработкой высококонцентрированными источниками энергии". Звенигород, 1985. С. 31.

3. Методы получения тонких поверхностных слоЗв в металлах с различной структурой и свойствами путбм сверхбыстрого нагрева и охлаждения/Васильев Л.С.,Гречкова А.П..Демаков С.Л..МахнЭв Е.С. // Тезисы конференции "Современные методы исследования в металловедении". Устинов, 1985. С. 53...54.

4. Формирование структуры при термической обработке крупногабаритных полуфабрикатов из титанового сплава ВТ23 / Попов A.A., Федулов В.Н., Эйсмондт D.r., Пумпянский Д.А.,Демаков С.Л.//Термическая обработка и физика металлов: Межвузовский сборник. Свердловск: УПИ, 1989. С.106...109.

5. Булгакова С.Г., Попов A.A., Демаков С.Л. Исследование ре-

жимов термообаботки горячапрессованных труб из титанового i ва ВТ23 // Тезисы П Уральской школы металловедов - терм» Свердловск-Пера, 1989. С. 4.. 4

6. Федулов В.Н., Попов A.A., Демаков С.Л.Исследование ре: термообработки крупногабаритных полуфабрикатов из тита» сплава ВТ23// Тезисы XI Уральской школы металловедов-терми< Свердловск-Пермь, 1989. С. 11.

7. Попов A.A., Шарипов Э.И., Демаков С.Л. Лазерное азота] ние поверхности деталей из титанового сплава ВТ23// Тезисы ладов зонального научно-практического семинара "Лазеры в hi ном хозяйстве". Челябинск, 1990. С. 81.

8. Демаков С.Л., Попов A.A., Федулов В.Н. Изучение проц< рекристаллизации в крупногабаритных поковках из титан< сплава ВТ23 // Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции ™ туры и рекристаллизация в металлах и сплавах". Свердловск, С.76.

9. Попов A.A., Шарипов Э.И., Демаков С.Л. Поверхностное рочнение сплава ВТ23 // Лазерная обработка сталей и тита сплавов. Пермь: ШМ, I991.C.72.

10. Положительное решение по заявке о выдаче авторского детельства, М.Кл. 5 С 22 ? 1/8. Способ термической o6pai полуфабрикатов переменного сечения из двухфазных тита] сплавов / Федулов В.Н., Хорев А.И., Демаков С.Л., Попов Но 1593276/34 (022003); Заявл. 28.02.89. Открытой публикац) подлежит..

11. Положительное решение по заяще о выдаче авторского детельства, М.Кл. 4 С 22 F 1/8. Способ термической oöpa< деталей из двухфазных титановых сплавов / Седулов ]

Хорев А.И., Мартынова М.М., Демаков С.Л. N01584425/29 (022005); Заявл. 03.11.83. Открытой публикации не подлежит. . 12. Положительное репение по заявке о выдаче авторского свидетельства, М.Кл. 5 С 22 ? 1/8. Способ термической обработки деталей из двухфазных титгновых сплавов / Оедулов В.Н., Хорев А.И., Демаков С.Л., Попов A.A. Но 1593273/34 (022010); Заявл. 05.02.8Э. Открытой публикации не подлежит.

Подписано в печать 14.12.93 Сормат 60x84 I/I6

Цуката Плоская-печать . Усл.п.л. 1,39

Уч.-взд.л. 1,05 Тираж 100 Заказ 8' Бесплатно•.

Редакцвонно-издатеяьский отдел УПУ-УШ1 620002, Екатеринбург, УП7-УПИ, 8-й учебный корпус готапрзнт УПУ-УШ. 620002, Екатеринбург, УПУ-УШ, S-fl уч.коряус

УРАЛЬСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИМ УНИВЕРСИТЕТ - УПИ

РАЗРАБОТКА РЕХИМОВ ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОЛУвАБРИКАТОВ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА

Специальность 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат

диссертации на соискание учЭной степени кандидата технических наук

Для служебного пользования

Экз. » 00000

На правах рукописи

даАКОВ Сергей Леонидович

Екатеринбург 1993