автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование процесса штамповки деталей типа "фланец" и "ступица" из деформируемых титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1

На правах рукописи

ВАЛИАХМЕТОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА «ФЛАНЕЦ» И «СТУПИЦА» ИЗ ДЕФОРМИРУЕМЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВТ20 И ОТ4-1

Специальность 05.16.05 - «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

2 5 ПАР 2015

Москва 2015

005560915

005560915

Работа выполнена на кафедре «Технология обработки металлов давлением» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского».

доктор технических наук, профессор Галкин Виктор Иванович

ФГБОУ ВПО «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского», г. Москва

доктор технических наук Ночовная Надежда Алексеевна ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, г. Москва.

кандидат технических наук, доцент Гневашев Денис Александрович ФГБОУ ВПО «Московский машиностроительный университет» (МАМИ), г. Москва.

ОАО «ММП имени В.В. Чернышева», г. Москва.

Защита состоится «14» мая 2015 г. в «12» часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.110.05 при ФГБОУ ВПО «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского», по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, д. 3, ауд. 523А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского».

Автореферат разослан «¿¿_»15 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим присылать по адресу: 121552, г. Москва, ул. Оршанская, д. 3, ФГБОУ ВПО «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского», ученому секретарю диссертационного совета Д212.110.05.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.110.05 кандидат технических наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Актуальность темы. Развитие новой техники требует применения научно обоснованных технологических решений, обеспечивающих при минимальной массе изделий их максимальную надёжность и уровень служебных свойств. В конструкциях авиационных двигателей и других сферах газотурбостроения применяются осесимметричные детали типа ступиц и фланцев, изготавливаемые в частности, из свариваемых двухфазных титановых сплавов ВТ14 и ОТ4— 1. Повышение конструктивной прочности применяющихся материалов, определяемой их сопротивляемостью сумме процессов зарождения и развития трещин в условиях технологических и эксплуатационных воздействий, может быть обеспечено правильно разработанным технологическим процессом горячей деформации.

Горячая объёмная штамповка титановых сплавов характеризуется высокой сложностью ввиду активности и неравномерности тепловых и фазовых процессов, усугубляемой значительной скрытой теплотой превращения (а+Р)<->(3, которая может вызвать несоответствие картины деформационной проработки и фазового состава материала поковки заданным требованиям. Для обеспечения заданных служебных свойств материала поковки и готовой детали, следует предвидеть реакцию металлического материала на его деформационную обработку.

Актуальной является разработка процесса получения качественной трещиностойкой деформированной структуры (а+Р) - титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 на примере одноручьевой горячей объёмной штамповки осесимметричных фланцев.

Цель работы заключается в разработке научно обоснованного процесса изготовления поковок осесимметричных фланцев из сплавов ВТ20 и ОТ4—1 методом одноручьевой горячей объёмной штамповки, с условием обеспечения трещиностойкой качественной структуры поковок.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи исследования:

- оценка геометрии осесимметричных фланцев и ступиц с точки зрения их бездефектного получения горячей объёмной штамповкой в одноручьевых штампах;

- изучение взаимосвязи напряжённо-деформированного состояния и температурно-скоростных факторов в процессе формообразования со структурой и свойствами материала получаемых поковок;

- изучение возможностей управления структурой и свойствами исследуемых поковок при получении их горячей объёмной штамповкой;

- нахождение наилучших режимов предварительного фасонирования заготовок и деформирования заготовки в штампе;

- разработка методики разработки технологических процессов горячей объёмной штамповки поковок из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4—1, позволяющей прогнозировать поведение готовой детали в процессе эксплуатации, и управлять происходящими в металлическом материале процессами с целью достижения необходимого заданных характеристик;

- разработка научно обоснованных процессов штамповки поковок типа фланец и ступица.

Научная новизна работы заключена в следующем:

- предложен научно обоснованный метод горячей объёмной штамповки поковок типа ступица и фланец из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 по схеме вытяжки предварительно деформированной заготовки;

- установлена взаимосвязь деформационных и температурно-скоростных параметров процесса формообразования штампованных поковок деталей типа фланец и ступица со структурой и свойствами их материала;

- определены температурно-скоростные интервалы деформации титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1, позволяющие удержать материал штампованных поковок от превышающего допустимые пределы деформационного разогрева, обеспечив заданные соотношения фазовых превращений с целью повышения прочностных характеристик и трещиностойкости;

- предложена методика разработки технологических процессов горячей деформации титановых сплавов ВТ20 и ОТ4— 1, позволяющей прогнозировать поведение готовой детали в процессе эксплуатации, и уже на этапе подготовки производства принимать научно обоснованные технологические решения, обеспечивающие максимальное значение целевых показателей.

Практическая значимость работы заключена в следующем.

1. Разработаны технологические рекомендации по изготовлению осесимметричных поковок фланцев и ступиц из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4—1 методом одноручьевой открытой горячей объёмной штамповки, позволяющие обеспечить:

- соответствие зон деформационной проработки поковок профилю получаемых деталей ответственного назначения;

- заданные соотношения фазовых превращений материала поковок для повышения их прочностных характеристик и трещиностойкости.

2. Разработанный технологический процесс обеспечивает сокращение величины технологических припусков и напусков, и таким образом снижает расход металла на 18-22 %.

3. Разработанные по результатам проведённых исследований технологические процессы внедрены в работе ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют».

Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием результатов математического моделирования деформационных процессов результатам металлографического исследования полученных по разным технологическим режимам штамповки поковок.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждены на Всероссийской научно практической конф. «Применение ИЛИ — технологий в производстве» в 2012, 2013 г.г., и Всероссийской научно технической конф. «Новые материалы и технологии (НМТ)» в 2012 г.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 9-ти научных трудах, 5 из которых опубликованы в научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК. ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» разработаны и выпущены технологические рекомендации «Совершенствование процесса штамповки деталей типа «фланец» и «ступица» из деформируемого титанового сплава ВТ20».

Объём и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе и библиографического списка, в том числе 11 таб. и 81 рис., всего на 164 е.; приложения на 2 с. Библиографический список содержит ссылки на 138 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость.

В первой главе на основе состояния вопроса показана важность управления структурой и свойствами материала двухфазных титановых сплавов на примере получения штампованных поковок типа фланец и ступица из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4—1. Показано, что для обеспечения наилучших характеристик длительной прочности поковок и чистовых деталей из титановых сплавов, в частности сплавов ВТ20 и ОТ4-1, процесс их горячей деформации следует проводить с по-возможности большей равномерностью и меньшей температуре (в (а+Р)- области) за минимально возможное время. Показана также важность управления соотношением конкурирующих между собой и взаимодополняющих друг друга межзёренного и внутризёренного механизмов деформации.

Во второй главе рассмотрены характеристики двухфазных титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1, освещены методы экспериментальных исследований, механических испытаний поковок из титановых сплавов, порядок изготовления макро- и микротемплетов, применяемые приборы и оборудование, применяемое программное обеспечение.

В третьей главе представлены результаты исследований базовых технологических процессов горячей объёмной штамповки поковок типа фланец и ступица, геометрические параметры которых показаны на рис. 1.

Базовые процессы штамповки поковок типа фланец и ступица включает в себя нагрев мерных заготовок перед осадкой и последующей штамповкой в камерных газовых печах до температуры 1010±10 °С, бойки и штампы подогревались до 400 °С. Осадка заготовок фланца и ступицы осуществлялась на молотах на 32 и 33 %, штамповка производилась на электровинтовых и гидравлических прессах соответственно. В качестве смазки применялась газозащитное покрытие и стеклоткань. Степень осадки заготовок определялась условием фиксации поковок на дне штампового ручья, что предопределило формообразование поковок по схеме обратного выдавливания.

Путём математического моделирования в программном продукте (ЗРогт и параллельного исследования макро - и микроструктуры, а также твёрдости материала поковок установлено, что деформация сплавов ВТ20 и ОТ4-1 по схеме обратного выдавливания вблизи верхнего температурного предела и высокие степени деформации за переход приводят к активной локализации деформационных процессов и значительному местному деформационному разогреву. Положение заготовки фланца в штампе, распределение накопленных деформаций и температур по её сечению и по сечению штампованной поковки в момент завершения её формирования представлены на рис. 2. При деформации металлического материала в штампах указанные явления усугубляются. В результате поковки могут не соответствовать предъявляемым требованиям, в частности, имеет место локализация зон сдвиговых деформаций и деформационного разогрева, в основном совпадающих с профилем чистовых деталей, и пагубно влияющих на их прочностные и ресурсные характеристики.

Распределение накопленных деформаций и температур по сечению штампованной поковки ступицы представлено на рис. 3 (для снижения объёма автореферата здесь и далее иллюстрации только для сплава ВТ20).

7

Рис. 1. Основные геометрические параметры штампованных поковок фланца (вверху, прошита по центру) и ступицы (внизу, прошита и проточена по центру), и положение в них чистовых деталей

Распределение накопленных деформаций и температур по сечению штампованной поковок фланца и ступицы представлено на рис. 2 и 3 соответственно.

Установлено, что неравномерность деформационных процессов, характерная для штамповки фланцев и ступиц по схеме обратного выдавливания способствует развитию межзёренно-рекристаллизационного механизма деформации, в сопровождении активных фазовых превращений локализующихся в зонах с наибольшим локальным разогревом.

8

Рис. 2. Распределение накопленных деформаций (слева) и полей температур (справа) по сечению заготовки фланца из сплава ВТ20 (вверху) и готовой поковки (внизу), полученной по схеме обратного выдавливания

Рис. 3. Распределение накопленных деформаций (слева) и полей температур (справа) по сечению поковки ступицы из сплава ВТ20, полученной по схеме обратного выдавливания

Анализ макро- и микроструктур поковок свидетельствуют о том, что зона локализованных деформаций составляет около 20 % от площади их

поперечного сечения, что лишь формально соответствует действующей нормативной документации и согласованным требованиям к деталям.

Типичные микроструктуры поковок из сплава ВТ20, полученные с преобладанием межзёренной и внутризёренной деформации, представлены на рис. 4. По мере повышения температуры деформации фазовый состав материала поковок из сплава ВТ20 меняется. Равномерная мелкозернистая (а+Р)- структура сменяется структурой типа (Р+а'), и далее - (Р+а"+ш), содержащей нежелательные искажённые фазы а', а", со. В результате пластинчатая а— фаза (6 тип, рис. 4) превращается в менее трещиностойкую игольчатую фазу а' (7 тип, рис. 4). Одновременно по границам растущих зёрен выделяются прослойки фазы а', облегчающие рост и распространение трещин. При этом в зонах локализованных деформаций и застойных зонах преобладает межзёренный рекристаллизационно - фазовый механизм (рис. 4), в то время как наиболее благоприятные характеристики структуры с точки зрения конструктивной и длительной прочности обеспечиваются преобладанием внутризёренного дефрагментационного механизма.

Понижение температуры деформации действенно ограничивает развитие межзёренного механизма деформации: ограничивается рекристаллизационный рост зерна и развитие фазовых превращений типа (а—>р), (а—>а>), (а—>р—>а>), и других. Соответственно, преобладание внутризёренного механизма обеспечивает получение равномерно деформированной мелкозернистой структуры поковки (рис. 5).

Комплексное исследование базовых процессов получения фланцев и ступиц показало, что их недостатки являются следствием недооценки особенностей поведения титановых сплавов в процессе горячей пластической деформации, в частности - низкой теплопроводности при высокой теплопередаче в контакте с атмосферой и инструментом, а также -существенной эндотермии фазового перехода (а+Р)—>р.

Направление повышения температуры деформации

а) б) в) г) д) е)

Рис. 4. Типичные микроструктуры поковок из сплава ВТ20, полученные с преобладанием межзёренной деформации (нагрев до: 920 °С (а); 960 °С (б); 980 (в), 1000 °С (г); 1020 (д, е), х200 (вверху), и *500 (внизу))

I И

Неравномерная деформация, её локализация и вызванный этим разогрев материала поковок приводит к получению типов структур, насыщенных р -превращенными фазами а', а" и со, негативно влияющих на конструктивную и длительную прочность металлического материала.

Не в полной мере обеспечиваются требования к типу и баллу структуры поковок, как следствие - не выполняются требования к показателям вязкости разрушения и скорости развития усталостной трещины (СРТУ). Соответственно, конечные детали имеют ограниченный уровень конструктивной прочности и надёжности эксплуатации.

Следует понижать градиент температур на поверхности раздела поковка<-»инструмент, а также по-возможности обеспечивать сменяемость очагов деформации в процессе штамповки. Необходимо отметить, преобладание того или иного механизма деформации само по себе не является положительным или отрицательным фактором. Положительное либо отрицательное влияние доминирование того или иного механизма деформации может быть оценено только в сочетании с другими характеристиками и особенностями штампованной поковки и получаемой из неё детали, технологического процесса её изготовления. Так, в слабонаправленной структуре поковки хорошие прочностные характеристики обеспечивает равноосная рекристаллизованная структура, формируемая с преобладанием межзёренной деформации. Напротив, преобладание внутризёренной деформации обеспечивает повышенное сопротивление нагрузкам при формировании направленной структуры материала поковки. Установлено, что для этого деформация должна осуществляться с нагрева до 970 °С для сплава ВТ20 и 930 °С для сплава ОТ4 1.

В четвёртой главе представлены результаты математического моделирования и практической апробации штамповки поковок фланца и ступицы по комбинированной схеме вытяжки с последующим обратным выдавливанием (далее - по схеме вытяжки). Осадка с большими степенями деформации превращает исходную заготовку в поковку в форме блина, при этом формообразование штампованных поковок происходит при

12

минимальном перемещении металлического материала. Локализация деформаций заметно уменьшается, снижается разброс температур по сечениям поковок фланца и ступицы, распределение накопленных деформаций лучше соответствует профилю чистовых деталей (рис. 5).

Рис. 5. Распределение накопленных деформаций (слева) и полей температур (справа) по сечению заготовки фланца из сплава ВТ20 (вверху), поковок фланца (в середине) и ступицы (внизу), полученных по схеме вытяжки

с нагрева до 970 °С.

Анализ макро- и микроструктур получаемых поковок свидетельствует о повышении роли внутрезёренно-дефрагментационного механизма деформации. Важно, что в данном случае доминирование именно этого механизма деформации является благоприятным, поскольку формируемые вытянутые зёрна располагаются с хорошим соответствием к профилю чистовых деталей, обеспечивая повышенные прочностные характеристики их материала.

Рис. 6. Распределение накопленных деформаций (слева) и полей температур (справа) по сечению доработанной поковки фланца (вверху) и ступицы (внизу) из сплава ВТ20, полученной по схеме вытяжки

Анализ процессов формообразования штампованных поковок фланца и ступицы, получаемых по базовым технологическим процессам, характер распределения полей накопленных деформаций и температур, показал избыточность технологических припусков и напусков, назначенных при разработке их конфигурации. Переход со схемы обратного выдавливания на схему вытяжки материала заготовки открыл возможность уменьшить технологические припуски и напуски, приблизив их к величине,

14

регламентированной действующей нормативной документацией. Разработка новых конфигураций штампованных поковок позволила сократить потребное количество дорогостоящего металлического материала на 22 % для фланца, и 18 % для ступицы.

Моделирование процессов формообразования доработанных штампованных поковок фланца и ступицы показало, что использование более тонкой заготовки ещё более приближает распределение накопленных деформаций к профилю чистовых деталей, делает более равномерным распределение полей температур (рис. 6).

Результаты математического моделирования в части величины максимальных и минимальных значений деформаций и температур в материале штампованных поковок на примере фланцев базовой и доработанной конфигураций отражены на рис. 7. Из графиков следует, что формообразование по схеме вытяжки является эффективным методом повышения равномерности деформации, снижения разброса температур и опасности перегрева материала осесимметричных штампованных поковок из сплавов ВТ20 и ОТ4-1.

На основании проведённых исследований разработаны научно-обоснованные технологические процессы изготовления штампованных фланцев и ступиц доработанной конфигурации. Принципиальная схема вновь разработанных технологических процессов представлена ниже.

1. Отрезка мерных заготовок 0100х 100 мм (для фланца) и 0200x170 мм (для ступицы), снятие фасок Зх45° на токарных станках, нанесение газозащитного покрытия.

2. Нагрев заготовок перед осадкой и штамповкой в камерных газовых печах до температуры 970±10°С для сплава ВТ20 и 930±10°С для сплава ОТ4-1. Штампы подогревались до 400 °С. Длительность нагрева заготовок 0 100 мм составляла 90 мин, 0 200 мм - 150 мин.

3. Осадка на молотах заготовок фланца и ступицы на 55 и 65 % соответственно. Для меньшего охлаждения заготовок на нижний боёк молота

предварительно укладывалась вдвое сложенная стеклоткань.

15

Деформация (тах. тт)

Рис. 7. Зависимость наибольшей и наименьших температур и деформаций в поковках фланца стандартной конфигурации, полученной с нагрева до 1010 °С от степени осадки заготовки 0100x125 мм (вверху) и поковки доработанной конфигурации (внизу), полученной с нагрева до 970 °С от степени осадки заготовки 0100х 100 мм.

4. Горячая объёмная штамповка с использованием электровинтовых для фланцев и гидравлических прессов для ступиц; обрезка облоя (только для фланца) со штамповочного нагрева (на момент обрезки ~ 750 °С).

16

На основании проведённых исследований разработаны технологические процессы штамповки поковок вышеназванных деталей, снижающих расход металла на 18-22%. Технологические процессы внедрены в работе ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют». Обобщение результатов исследований позволили создать методику разработки технологических процессов горячей штамповки осесимметричных поковок со сложной образующей титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 и выпустить соответствующие технологические рекомендации.

На основании результатов исследований сформулированы следующие выводы.

Общие выводы

1. Конструктивная прочность, и в частности, трещиностойкость поковок из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4— 1 может быть повышена путём создания такого их структурного состояния, которое обеспечило бы максимальную однородность поглощения энергии при заданных условиях нагружения, то есть - путём повышения однородности материала поковки.

2. Сопротивляемость зарождению и развитию трещин находится в функциональной зависимости от удельного количества фаз, приходящихся на единицу длины границы зерна (субзерна). Это значит, что растворное и фазовое упрочнение не только повышают механические характеристики металлических материалов, но и провоцируют их повреждаемость.

3. Геометрия исследуемых штампованных поковок затрудняет использование эффекта текстурного упрочнения при деформации, существует опасность текстурного разупрочнения материала поковки и готовой детали. Во избежание последнего в поковках из титановых сплавов следует обеспечивать бестекстурное состояние их материала путём подавления локализованных деформаций и создания ненаправленной структуры.

4. Дополнительное упрочнение титановых сплавов может быть достигнуто при условии измельчения присутствующих в них интерметаллидных фаз до 1...20 мкм и максимально равномерного распределения их в материале поковки. Деформация в (а+Р)- состоянии и сокращение продолжительности высокотемпературных воздействий уменьшает насыщение материала поковки ухудшающими трещиностойкость соединениями Т13В4, ТЮ, ТШ и др.

5. С ростом температуры увеличивается интенсивность образования геометрически несовершенных р- превращенных фаз а', а" и ю. Путём математического моделирования установлено, что для удержания материала штампованных поковок в пределах рекомендованных действующими нормативными документами температур, температура нагрева заготовок перед деформаций должна составлять 970 °С для сплава ВТ20 и 930 °С применительно сплава ОТ4-1.

Сокращение длительности и интенсивности высокотемпературных воздействий сокращает образование ю- фазы, способствуя прямому образованию а- фазы из метастабильной фазы р. Для подавления образования со- фазы и исключения одноименной хрупкости деформацию титановых сплавов следует проводить в области (а+Р), обеспечивая повышенную трещиностойкость металлического материала. Рост зерна в процессе превращения (а+Р)—>Р является основной причиной Р- хрупкости титановых сплавов, для устранения которой заканчивать пластическую деформацию следует в (а+Р)- области. Ограничению газонасыщения материала поковок из титановых сплавов также способствует проведение процессов нагрева и деформации с использованием защитных покрытий, за минимальное время и при пониженной температуре.

6. Получение фланцев и ступиц из титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 целесообразно одноручьевой облойной штамповкой по схеме вытяжки с последующим обратным выдавливанием материала предварительно

осаженной заготовки. В этом случае деформация протекает с преобладанием внутризеренного механизма, обеспечивая получение равномерно проработанной мелкозернистой структуры заданных типов.

7. Установлено влияние основных технологических факторов на активизацию внутризёренной и подавление межзёренной деформации. К числу наиболее значимых факторов относятся схема и начальная температура деформации. Переход от штамповки выдавливанием на штамповку вытяжкой снижает неравномерность деформационного процесса, уменьшает разброс температур по сечению штампованных поковок.

8. В процессе исследования влияния степени осадки исходных заготовок на структуру и свойства материала штампованных поковок установлено, что во избежание локализации деформационных процессов и доминирования её межзёренно-рекристаллизационного механизма единичная степень деформации, не должна превышать 30...50 % Целесообразна дробная осадка с кантовкой заготовок, позволяющая уменьшить охлаждение заготовок о плоско-параллельные бойки. Применение осадки в конических вогнуто-выпуклых бойках применительно относительно небольших заготовок фланца и ступицы нецелесообразно ввиду активного налипания их материала на инструмент и искажения конфигурации осаживаемых заготовок.

9. Разработанный технологический процесс включает в себя:

- нагрев мерных заготовок до температуры 970 °С и 930 °С для сплавов ВТ20 и ОТ4—1 соответственно;

- осадку с кантовкой цилиндрической прутковой заготовки с единичной степенью деформации 30-50 % в плоско-параллельных бойках на ковочном молоте или гидравлическом прессе. Степень деформации заготовки определяется исходя из обеспечения процесса формообразования штампованных поковок фланца и ступицы по схеме вытяжки с последующим обратным выдавливанием;

- одноручьевую чистовую штамповку осаженной заготовки на

гидравлическом прессе в открытом штампе по схеме вытяжки. Температура

19

нагрева металла перед деформацией до температуры 970 °С и 930 °С для сплавов ВТ20 и ОТ4—1 соответственно;

Соблюдение вновь разработанных технологических процессов позволяет проводить деформацию с наименьшими неэффективными перемещениями металла, как следствие - избегать локализации деформационных процессов, а так же удерживать максимальную температуру металлического материала в процессе деформации в вблизи рекомендуемых действующими нормативными документами пределах (800...900 для фланца, 980... 1030 °С для ступицы из сплава ВТ20).

10. Установлена достаточность при формообразовании осесимметричных поковок фланцев и ступиц одноручьевой горячей штамповкой с эффектом вытяжки стандартных припусков и штамповочных уклонов и нецелесообразность их превышения. В частности, для поковок фланцев при формообразовании с эффектом вытяжки целесообразно уменьшение величины удаляемых торцевых технологических припусков с 12...15 мм до 5 мм. Использование такого технологического решения позволяет сократить расход металлического материала на 18...22 %. Сокращение таким образом необходимого для штамповки потребного количества металла позволяет дополнительно усилить эффект вытяжки, что обеспечивает лучшее соответствие деформационной проработки профилю чистовой детали, снизить неравномерность деформации и деформационный разогрев, как следствие - повысить качество материала поковок.

11. Сочетание математического моделирования и традиционных металлографических и механических методов исследования структуры и свойств металлических материалов, позволяет получать комплексно проработанные сбалансированные результаты в части прогнозирования структуры и свойств материала поковок, с наименьшими затратами предлагать научно обоснованные технологические решения.

12. Анализ зависимостей поведения титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1 от параметров деформации позволил разработать методику построения

20

технологических процессов, позволяющей прогнозировать поведение готовой детали в процессе эксплуатации, уже на этапе подготовки производства принимать обеспечивающие максимальное значение целевого показателя (прочность, либо ресурс) технологические решения.

13. Предложена методика разработки технологических процессов горячей деформации титановых сплавов ВТ20 и ОТ4-1, позволяющая не только прогнозировать структуру и свойства материала получаемых штампованных поковок, но и управлять ими. В частности, за счёт управления характеристиками деформированной структуры уже на этапе подготовки производства можно принимать научно обоснованные технологические решения, направленные на обеспечение максимальное значения того или иного целевого показателя (прочность, ресурс и т.д.). Указанная методика является универсальной, и с учётом реологии, может быть адаптирована для металлических материалов других систем легирования.

14. Рекомендуемые технологические решения применительно к широко распространённым титановым сплавам первого (ОТ4—1) и второго (ВТ20) поколения при минимальных затратах повысить характеристики и стабильность свойств получаемых из них поковок (штамповок) и чистовых деталей. При этом стабильность структуры и фазового состава металлического материала могут быть приближены к таковым у комплексно легированных титановых сплавов третьего поколения.

Публикации по теме диссертации

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Головкин П.А., Валиахметов С.А., Фесенко С.А. / Перспективы повышения надёжности изделий из титановых сплавов в летательных аппаратах //-М.: Технология металлов, 2011, №9, с. 16...21.

2. Галкин В.И., Головкин П.А., Валиахметов С.А. / Получение осесимметричных штампованных поковок из титановых сплавов горячей объёмной штамповкой-вытяжкой // —М.: Технология металлов, 2011, № 10, с. 19...23.

3. Головкин П.А., Фесенко С.А., Валиахметов С.А. / Комплексное

исследование влияние параметров деформации на сопротивление усталости и

21

СРТУ материала Ш- образных поковок из титановых сплавов // -М.: Технология металлов, 2011, № 11, с. 21...27.

4. Обоснование управленческого решения как средства обеспечения целевого параметра изделия / Галкин В.И., Головкин П.А., Валиахметов С.А. / -М.: «Технология машиностроения» (статья находится в редакции).

5. Петров А.Н., Валиахметов С. А., Петров П.А. / Исследование точности штамповки заготовок из труднодеформируемых сплавов на электровинтовом прессе» / Известия Тульского государственного университета / Технические науки. Вып. 10.4.2/с. 162...167.

Материалы конференций

6. Головкин П.А., Валиахметов С.А. / Комплексный подход к повышению качества деталей газотурбинных двигателей / Применение ИЛИ -технологий в производстве / Десятая Всероссийская научно-практическая конференция / 20.. .22 ноября 2012 г. / Труды / с. 76.. .77 /-М.: МАТИ, 2012,136 с.

7. Головкин П.А., Валиахметов С.А. / Комплексный подход к повышению качества деталей газотурбинных двигателей / Новые материалы и технологии — 2012 / 20...22 ноября 2012 г. / Материалы Всероссийской научно-технической конференции / с. 5...7 /-М.: МАТИ, 2012,410 с.

8. Галкин В. И., Головкин П. А., Валиахметов С. А. / О выборе идеологии построения технологических процессов как средства обеспечения целевого параметра изделия / Применение ИЛИ - технологий в производстве / Одиннадцатая Всероссийская научно-практическая конференция / 21...22 ноября 2013 г./Труды / с. 66...69 /-М.: МАТИ, 2013, 128 с.

Технологические рекомендации

9. Совершенствование процесса штамповки деталей типа «фланец» и «ступица» из деформируемого титанового сплава ВТ20 / Технологическая рекомендация / С.А. Валиахметов / под. ред. проф., д.т.н. Галкина В.И. // - М.: ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», 2014,15 с.