Тема: Влияние интенсивной пластической деформации кручением на механические и усталостные свойства сплава ВТ6

За последние два десятка лет наноструктурированные металлы и сплавы, подвергнутые интенсивным пластическим деформациям (ИПД), получили достаточно проявленного интереса исследователей со всего мира. Среди самых востребованных и многообещающих методик мож­но отметить равноканальное угловое прессование (РКУП) и интенсив­ную пластическую деформацию кручением (ИПДК). Множеством ра­бот, как российских, так и зарубежных ученых, было показано, как можно направленно улучшать функциональные и механические свой­ства металлов и сплавов путём уменьшения размеров зерна в них. Кро­ме того, использование данных методик позволило изучить проявление новых механизмов реализации пластической деформации, таких как поворот зерен и зернограничное проскальзывание. Все эти особенности говорят о многообещающих возможностях эффективного применения в промышленности новых наноструктурированных металлических ма­териалов с улучшенными свойствами.
Одним из важнейших эксплуатационных качеств материалов явля­ется их способность противостоять многократным циклическим нагруз­кам - усталостная выносливость. Для эффективной длительной эксплу­атации изделий из наноструктурированных материалов определение за­кономерностей изменения их структуры при циклических нагрузках является важной научно-технической задачей. Это позволит опреде­лить границы области применения конечных продуктов и обозначить стратегии для их направленного изменения. Исследование усталост­ных свойств сплавов, подвергнутых наноструктурированию методом РКУП, не представляет труда, и результаты по данной тематике уже были представлены в ряде работ. Однако исследований, посвященных исследованию выносливости материалов, подвергнутых ИПДК, не так много, несмотря на то, что именно эта методика позволяет добиться наименьшего размера зерен, что может сильнее влиять на свойства ма­териалов. В первую очередь возникновение данного пробела связано с малым размером образцов, что является препятствием для качествен­ной и количественной оценки усталостных свойств или последующего сравнительного анализа. Таким образом, в данном исследовании была поставлена задача разработки методики, позволяющей проводить меха­нические и усталостные испытания образцов малых размеров, и сравне­ние полученных результатов с результатами для образцов стандартного размера. Также необходимо было понять применимость полученной ме­тодики для малых образцов из наноструктурированного материала.
В ходе решения поставленных задач, с применением высокоточного оборудовании и соблюдения норм культуры производства была разра­ботана и изготовлена оригинальная испытательная оснастка, интегри­руемая в стандартное оборудование для механических испытаний. Кон­струкция данной оснастки позволяла минимизировать неоднородность распределения напряжений по объему образца и уменьшить вклад кон­струкционных недостатков в измеряемые величины деформации и на­пряжения. Были получены диаграммы деформирования и кривые уста­лости для малых и больших образцов крупнозернистого сплава ВТ6, анализ которых позволил сделать вывод о применимости методики и особенностях масштабирования усталостных свойств при изменении гео­метрических размеров образца.
Также в рамках данной работы с применением разработанных ин­струментов было проведено исследование влияния режимов термоме­ханической обработки на механические свойства сплав ВТ6 наноструктурированного методом ИПДК. Было установлено, что ИПДК, по всей видимости, вносит в структуру множество мезодефектов, которые не удалось убрать средствами последующей термообработки, как и в слу­чае применения метода РКУП. Это позволило сделать вывод о том, что применительно к сплаву ВТ6 изменение схемы наноструктурирования не привело к технологическому облегчению процесса уменьшения раз­мера зерна и требует проведения интенсивной пластической деформа­ции при повышенных температурах.
Купить

Все поставленные в исследовании задачи были успешно выполне­ны, а по полученным результатам работы можно сделать следующие заключения:
1. Разработана универсальная методика для механических и уста­лостных испытаний малых образцов наноструктурированных ме­таллов и сплавов, учитывающая известные особенности их мик­роструктуры и механических свойств.
2 Изготовлена уникальная оснастка с применением знаний об осо­бенностях деформирования инструментальных сталей, позволяю­щая минимизировать вклад упругой деформации оснастки в из­меряемые величины деформации и напряжений
3 Получены экспериментальные зависимости усталостных испыта­ний, полученных с использованием выбранной геометрии малых образцов и стандартных на примере крупнозернистого горячека­таного сплава ВТ6. Сравнительный анализ полученных данных позволил сформировать представление о правилах масштабиро­вания свойств в зависимости от выбора размера образца. Стати­стический разброс полученных данных показал хорошую повто­ряемость результатов.
4 Исследовано влияние режимов термообработки на механические свойства сплава ВТ6. Установлена необходимость проведения ИПДК при повышенных температурах с целью исключения образования мезодефектов, а также направленному формированию фазового состава сплава в процессе ИПД.
Купить