Введение 3
1. Аналитический обзор 7
1.1 Основные виды и механизмы разрушения металлических материалов 7
1.2 Получения наноструктурированных металлических материалов 18
1.3 Механические свойства наноструктурированного титана 30
1.4 Механические испытания металлов 39
2 Материал и методики исследования 55
2.1 Исследуемый материал 55
2.2 Методики исследования структуры сплава ВТ 6 57
2.3 Механические испытания 57
2.4 Методики макро- и микрофрактографического анализа 60
3 Результаты исследования 64
3.1 Структура титанового сплава ВТ 6 64
3.2 Испытание на растяжение титанового сплава ВТ6 66
3.3 Испытания на ударную вязкость титанового сплава ВТ 6 67
3.4 Макро- и микрофрактографический анализ ударных изломов 68
3.5 Общие выводы 74
Заключение 75
Список используемой литературы 77
Достижение высокой прочности в сочетании с сопротивлением разрушению является вечной проблемой в области конструкционных металлических материалов. С нынешними материаловедением и технологией нетрудно достичь высокой прочности. Однако, прочности и вязкости в материалах сильно коррелированы, и ударная вязкость уменьшается с увеличением прочности. Немногие структурные металлические материалы ограничены своей прочностью; скорее, они ограничены их вязкостью разрушения. К сожалению, исследования материалов по-прежнему в основном сосредоточены на стремлении к высокой прочности. Сообщается, что уточнение кристаллических зерен является эффективным методом для определения прочности и вязкости в металлических материалах без добавления легирующих элементов; следовательно, ультрамелкозернистые материалы очень привлекательны в материаловедении. Однако, по сравнению с эволюцией микроструктуры вследствие сильной пластической деформации и упрочнения путем измельчения зерна, было проведено мало исследований по повышению вязкости в ультрамелкозернистых материалах.
Как известно, для достижения определенного уровня механических свойств материалов используется сочетание методов термической и механической обработки. Термическая обработка используется как самостоятельный, так и дополнительный метод обработки.
Равноканальное угловое прессование (РКУП) на данный момент один из самых распространенных способов повышения упругих свойств, приводящий к повышению прочностных свойств металлических материалов. В результате терма-механической обработки (ТМО) изменяются структура материала, его твердость, прочность и ударная вязкость.
Для эффективного управления структурой и свойств материалов используются комбинированные методы обработки. Методы интенсивной пластической деформации меняются, и встаёт вопрос о всестороннем изучении металлов у сплавов с нанокристалической структурой, полученной разными методами и режимами ИПД.
В последние годы исследователи особый интерес проявляют к методам получения ультрамелкозернистого состояния в материалах, так как УМЗ структура способна улучшить целый комплекс свойств материала.
Перспективным методом получения объемных УМЗ материалов является интенсивная пластическая деформация, которая проводится с помощью равноканального углового прессования (РКУП), этот способ позволяет формировать в материале УМЗ структуру без изменения геометрических размеров заготовки.
Например, создание регламентированной ультрамелкозернистой структуры в двухфазных титановых сплавах позволяет добиться повышения прочностных свойств, сопротивление усталость и других механических свойств, что в свою очередь увеличивает эксплуатационный ресурс изделия из такого сплава в 2 и более раза[66].
Уменьшение размера зерн/фазы менее 1мкм приводит также к повышению таких служебных свойств, как износостойкость, прочность при эксплуатационных температурах [16].
Сегодня титановые сплавы являются обычными, легко доступными инженерными металлами, которые конкурируют непосредственно с нержавеющей сталью и специальными сталями, сплавами на основе никеля и композитами.
Таким образом, ультрамелкозернистые титановые материалы, полученные методам ИПД, обладают высоким механическими свойствами при комнатной температуре. Вместе с тем, пока мало работ по их эксплуатационным свойствам при повышенных температурах, хотя двухфазные сплавы типа Ti-6Al-4V, наиболее широко используются в авиации и двигателестроении для деталей, которые используются в широком диапазоне температур.
Целью настоящей работы является установление закономерности влияния ультрамелкозернистого (УМЗ) состояния титанового сплава ВТ 6 с двухфазной (а-|3) структурой на ударную вязкость (KCV) и механизм разрушения в широком интервале температур в сравнении с исходным крупнозернистым состоянием сплава.
Задачи исследования:
— Исследовать микроструктуру титанового сплава в исходном крупнозернистом (КЗ) состоянии и у УМЗ состоянии, после равноканального углового прессования (РКУП).
— Подготовить образцы для исследования на растяжение и ударную вязкость.
— Провести механические испытания сплава на твёрдость, растяжения.
— Провести испытания образцов на ударную вязкость в интервале температур от -196 до 500 0С.
— Провести макро- и микрофрактографические исследования ударных изломов.
Объектом исследования является титановый сплав ВТ 6 с КЗ и УМЗ структурой, полученной методом РКУП.
Предметом исследования является ударная вязкость и механизм разрушения ультрамелкозернистого титанового сплава ВТ6 в широком интервале температур.
В основу диссертации легли исследования Р.З. Валиева, Г.В. Клевцова о влиянии маршрутов РКУП на микроструктуру и свойства чистого титана и сплавов на его основе, таких как ВТ6, Grade 4.
Обобщив имеющиеся результаты исследований механического поведения УМЗ титана можно заключить, что сильное измельчение структуры методом РКУП позволяет значительно повысить его прочность, величина которой может достигать уровня высоколегированных титановых сплавов. УМЗ титан, изготовленный методами ИПД, демонстрирует хороший потенциал для повышения усталостной прочности, которая является одной из наиболее важных требований для перспективных конструкционных применений.
Практическая значимость работы заключается:
Результаты исследования показывают, что РКУП повышает твердость и прочность в 1,2 раза, снижая пластичность в 1,4 раза. Однако, несмотря на снижения пластичности сплава ВТ6 после РКУП, ударная вязкость (KCV) сплава с УМЗ структурой практически не отличается от KCV сплава в исходном (КЗ) состоянии в интервале температур испытания, положительно характеризует сплав с точки зрения конструктивной прочности.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Механические свойства сплава ВТ6 с УМЗ структурой, полученные при испытании на твердость и растяжение.
2. Ударная вязкость сплава ВТ6 в КЗ и УМЗ состоянии в интервале температур от -196 до 500 0С.
3. Макро- и микрофрактографические особенности строения ударных изломов сплава ВТ6 в УМЗ и КЗ состоянии, полученных в широком интервале температур.
Диссертация включает в себя введение, три главы, заключение и список использованных источников, содержащего 54 наименования. Диссертация изложена на 82 страницах, включает 48 рисунков, 8 таблиц.
В области аэрокосмической промышленности титан применяется уже много лет. Коммерчески чистый титан и титановый сплав, представленные Ti-6Al-4V, в основном используются для планера и частей двигателя соответственно. Ожидалось расширение спроса на титан из-за низкой загрузки топлива. С другой стороны, для входа в аэрокосмическую промышленность требуются различные квалификации и высокое качество управления.
Целью настоящей работы было установление закономерности влияния ультрамелкозернистого (УМЗ) состояния титанового сплава ВТ6 с двухфазной (а+Р) структурой на ударную вязкость (KCV) и механизм разрушения в широком интервале температур в сравнении с исходным крупнозернистым состоянием сплава.
Были поставлены и выполнены задачи исследования:
► Исследовать микроструктуру титанового сплава в исходном крупнозернистом (КЗ) состоянии и в УМЗ состоянии, после равноканального углового прессования (РКУП).
► Подготовить образцы для исследования на растяжение и ударную вязкость.
► Провести механические испытания сплава на твердость, растяжение.
► Провести испытания образцов на ударную вязкость в интервале температур от -196 до 500 0С.
► Провести макро- и микрофрактографические исследования ударных изломов.
► Проанализировать результаты исследования и сделать выводы
Обобщив имеющиеся результаты исследований механического поведения УМЗ титанового сплава ВТ6 можно заключить, что сильное измельчение структуры методами ИПД позволяет значительно повысить его прочность, величина которой достигает уровня высоколегированных титановых сплавов. УМЗ титановый сплав, изготовленный методами ИПД, демонстрирует хороший потенциал для повышения усталостной прочности, которая является одним из наиболее важных требований для перспективных конструкционных применений.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
