Введение 11
1 Обзор литературы 14
1.1 Закономерности пластической деформации и механические свойства титана при различных видах нагружения 14
1.2 Влияние ультразвуковой обработки на структуру и свойства материалов 18
1.2.1 Влияние ультразвуковой обработки на морфологию поверхности и микроструктуру 18
1.2.2 Влияние ультразвуковой обработки на прочность и пластичность 20
1.2.3 Влияние ультразвуковой обработки на усталостные свойства 24
1.2.4 Влияние ультразвуковой обработки на трибологические свойства 27
1.2.5 Влияние ультразвуковой обработки на коррозионную стойкость 28
1.3 Постановка задач 29
2 Объект и методы исследования 32
3 Результаты исследований 35
3.1 Влияние ультразвуковой обработки на морфологию поверхности образцов ВТ1-0 35
3.2 Влияние исходного структурного состояния образцов ВТ1-0 на изменение микроструктуры их поверхностного слоя в процессе ультразвуковой обработки 36
3.3 Механические свойства образцов ВТ1-0, подвергнутых ультразвуковой обработке 41
3.4 Обсуждение результатов 43
Задание для раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» 51
4 Раздел «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» 52
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 52
4.2 Разработка устава НИР 53
4.2.1 Цели и результаты проекта 53
4.2.2 Организационная структура проекта 54
4.2.3. Ограничения и допущения проекта 55
4.3 Планирование и график НИР 56
4.3.1 Иерархическая структура работы 56
4.3.2 Календарный план проекта 57
4.3.3 Сетевой график выполнения НИР 58
4.4 Составление сметы затрат 60
4.4.1 Затраты на амортизацию оборудования 60
4.4.2 Затраты на основные и вспомогательные материалы 61
4.4.3 Затраты на заработную плату 62
4.4.4 Отчисления на социальные нужды 63
4.4.5 Затраты на электроэнергию 63
4.4.6 Смета затрат на НИР 65
Наличие высоких удельной прочности, коррозионной стойкости, биоинертности и хладостойкости обусловливает широкое применение титановых сплавов в качестве перспективных конструкционных материалов в авиационно-космической и химической промышленности, а также в медицине [1]. Для повышения механических и физико-химических свойств материалов, в т. ч. и титановых сплавов, активно используются методы поверхностного упрочнения (химико-термическая обработка, поверхностная закалка, обработка электронным пучком, ионная имплантация и др.), среди которых своей относительной простотой технической реализации и низкой себестоимостью выделяется ультразвуковая обработка (УЗО) [2]. В отличие от дробеструйной [3, 4], пескоструйной [5], SMAT [6,7] и других технологий упрочнения, основанных на пластической деформации поверхностных слоев, УЗО позволяет контролировать силу и плотность ударов, а, следовательно, более эффективно обрабатывать поверхность материалов. Кроме этого, ультразвуковая обработка характеризуется способностью обрабатывать труднодоступные локальные области и детали любой формы и размеров.
Хорошо известно, что воздействие индентора, колеблющегося с ультразвуковой частотой, позволяет в широких пределах изменять дислокационную субструктуру материала, измельчать зерна и субзерна до размеров нано- и субмикронного диапазона, формировать сжимающие напряжения в поверхностном слое материала и, тем самым, существенно улучшать физические и механические свойства конструкционных материалов, такие как твердость, предел текучести, износостойкость, усталостная прочность и коррозионная стойкость [8]. Естественно ожидать, что чем выше мощность ультразвукового воздействия, тем более существенно измельчается структура поверхностного слоя металлов и сплавов, а, следовательно, достигаются более высокие физико-химические, механические и другие их свойства. В то же время, интенсивная пластическая деформация поверхностного слоя обрабатываемого материала сопровождается существенным огрублением его
поверхности [9]. Увеличение шероховатости поверхности, в свою очередь, может оказывать негативное влияние на усталостную прочность конструкционных материалов, приводить к ухудшению их свариваемости, увеличивать их сорбционную способность по отношению к водороду, что является актуальной проблемой для материалов, склонных к водородному охрупчиванию таких как титан, цирконий и др.
В работах [10, 11] показано влияние ультразвуковой обработки на морфологию поверхности материалов. Отмечается, что при воздействии ударника на поверхности обрабатываемого материала образуются полукруглые навалы, формируются микротреки и микроямки. Однако механизм огрубления поверхности, в том числе формировании навалов и микроямок остается неясным.
Необходимо отметить, что эффект по упрочнению от ультразвуковой обработки зависит как от параметров обработки, так и от исходного структурного состояния образцов. В работах [12,13], где в качестве материала для исследований авторами были взяты отожженный сплав Zr-1%Nb и закаленный сплав Zr-2.5%Nb, было показано, что в процессе ультразвуковой обработки у данных циркониевых сплавов наблюдается различная степень упрочнения. Более мягкий отожженный сплав Zr-1%Nb характеризуется большим приростом по твердости после ультразвуковой обработки, чем более твердый закаленный сплав Zr-2.5%Nb. Аналогичный эффект большего повышения прочностных характеристик у изначально более мягкого материала после его ультразвуковой обработки установлен в исследованиях с образцами из различных марок стали [14,15,16]. В указанных исследованиях в повышении механических свойств материала отмечается роль дислокационного скольжения, измельчения зерен или выделения вторичных упрочняющих фаз. Однако влияние среднего размера зерна, плотности дислокаций и других структурных параметров материала на закономерности изменения его микроструктуры в процессе ультразвуковой обработки и связанного с этим повышения механической прочности к настоящему времени остается не ясным.
Целью данной работы является исследование влияния ультразвуковой обработки на морфологию поверхности, микроструктуру и механические свойства образцов технического титана ВТ1-0.
Основными задачами работы являются:
1. Исследование механизмов формирования поверхностной шероховатости в образцах технического титана ВТ1-0, подвергнутых ультразвуковой обработке.
2. Исследование влияния исходного структурного состояния образцов технического титана ВТ1 -0 на изменение их микроструктуры и механических свойств в процессе ультразвуковой обработки.
