Введение к работе
Актуальность работы. Наиболее эффективным способом повышения уровня характеристик жаропрочности изделий ответственного назначения из жаропрочных титановых сплавов является разработка новых сплавов и создание технологий изготовления полуфаб--рикатов из них.
Проведенные в 1987 - 1988 годах ВИЛС и ВИАІІ работы ( с участием диссертанта ) по созданию нового жаропрочного титанового сплава ВТІ8У0П системы Ті - AI -w -2R -Sn - Mo -Si, -У показали возможность получения на нем уровня длительной и кратковременной прочности при 600С, соответственно, на 70 - 90 МПа и 150 - 200 Ш1а выше чем на наиболее жаропрочных отечественном серийном сплаве ВТІ8У и английском сплаве ІМІ-829, а также сохранение высоких значений жаропрочности при температурах 650 -700С. Применение сплава ВТІ8У0П в аэрокосиическей технике может обеспечить повышение надежности и ресурса новых изделий ответственного назначения, а также, в ряде случаев, снижение веса конструкций летательных аппаратов. Однако для решения проблемы освоения производства полуфабрикатов с требуемым комплексом свойств из этого сложнолегированного сплава, содержащего 5 % тугоплавкого вольфрама и микродобавку иттрия, потребовалось проведение большого комплекса работ, в том числе направленных на разработку металловедческих основ производства полуфабрикатов.
Целью настоящей диссертационной работы являлось исследование влияния условий деформации, режимов термической обработки, химического состава на структуру, фазовый состав и комплекс механических свойств полуфабрикатов из сплава ВТІ8У0П, и использование установленных закономерностей при разработке технологии выплавки слитков и производства штамповок из этого сплава, а также определении требований по структуре и химическому составу, обеспечивающих необходимый для новых изделий авиационной техники уровень механических свойств полуфабрикатов.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
-
Изучение влияния условий ( методов и режимов ) выплавки слитков на однородность их структуры, состава и механических свойств, с целью выбора оптимальной технологии производства промышленных слитков.
-
Исследование влияния химического состава сплава на структуру и механические свойства с целью выбора оптимального расчетного состава сплава и пределов его легирования.
-
Исследование влияния термомеханических параметров деформации и режимов термической обработки на структуру и механические свойства сплава с целью разработки технологии изготовления реальных полуфабрикатов с заданным комплексом механических свойств.
-
Установление закономерностей влияния структуры и фазового состава на механические свойства сплава и определение требований к структуре полуфабрикатов, обеспечивающей комплекс механических свойств полуфабрикатов, необходимый для новых изделий авиакосмической техники.
-
Изучение возможностей повышения усталостной, кратковременной прочности, износостойкости полуфабрикатов из сплава ВТІ8УОП упрочняющей поверхностной лазерной обработкой.
-
Изготовление полуфабрикатов ( поковок и штамповок ) для новых изделий ( в частности для изделия "20" ) по технологиям, разработанным на основе указанных выше исследований; всостороннее исследование их качества, включая проведение натурных испытаний.
Научная новизна. Впервые систематически изучены особенности и установлены закономерности формирования структуры и фазового состава сплава ВТІ8У0П в литом, деформированном и термообработан-ном состояниях. Определена роль структурных составляющих в формировании комплекса механических свойств сплава.
Установлены математические зависимости наиболее важных механических свойств от химического состава 'и на базе этого разработан пакет соответствующих компьютерных программ.
Установлено, что ь структуре полуфабрикатов из сплава ВТІ8У0П кроме обычных для титановых сплавов ои _/5-фаз, могут присутствовать: &-фаза, представляющая собой ОЦК-твердый раствор титана и легирующих элементов в вольфраме, jSj-фаза ( обедненная J& -фаза ), мелкодисперсные частицы титан-циркониевых силицидов, частицы интерметаллидной фазы - 1 ^ AI, выделения оксида иттрия
(У2з >
Выявлены особенности процесса рекристаллизации сплава. Построены диаграммы рекристаллизации сплава, необходимые для разработки технологических схем изготовления полуфабрикатов с регламентированным размером ^в-зерна. На мелкодисперсных частицах, прежде всего иттриевых, происходит зарождение новых верен при малых степенях деформации, недостаточных для возникновения зародышей рекристаллизации на границах деформированных зерен. У сплава также выявлена повышенная склонность к текстурному торможению рекристаллизации при степенях деформации 35 - 40 % и выше и замедленный рост рекристаллизованных зерен по сравнению с другими титановыми сплавами этого класса.
Установлены требования по типу структуры, размеру ^-зерна ( по верхнему и нижнему пределу ), внутризеренному строению в полуфабрикатах из сплава ВТІ8У0П для получения наилучшего комплекса механических свойств: размерив -зерна 100 -170 ыкн при степени рекристаллизации 100 %, размер колоний первичной о<$-фазы 15 -.40 икм, толщина пластин первичной об-фазы 3-4 мкм, количество первичной о^-фавы 75 - 83 %, толщина пластин вторичной о^-фазы 0,5 - 1,5 мкм.
Установлено, что применение упрочняющей поверхностной лазерной обработки позволяет повысить усталостную прочность полуфабрикатов из сплава БТІ8У0П на б - 10 % и кратковременную прочность при 600С на 8 - 12 % для пластинчатой структуры, износостойкость в 2 - 3 раза.
Новизна полученных результатов подтверждается тремя авторскими свидетельствами и двумя положительными решениями о выдаче авторского свидетельства.
Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований использованы при разработке технологии выплавки слитков из сплава ВГІ8У0П, изготовления поковок ПК29І, ПК292, штамповок Т0707 с заданными структурой и механическими свойствами, режима термической обработки полуфабрикатов из сплава ВТІ8У0П, а также при разработке паспорта на этот сплав, которому присвоена марка ВТ36. Технология выплавки промышленных слитков освоена на ЗЛС, выпущены ТУоп 1-809-876-89. Изготовление штамповок и поковок освоено на Чебаркульском металлургическом заводе, выпущены ТУоп 1-807-287-88 и ТУоп 1-807-288-88. Разработанный пакет компьютерных программ может быть использован для прогнозирования
и регулирования посредством корректировки расчетного химического состава комплекса механических свойств материала по химическому составу.
В 1987 - 1990 годах осуществлена поставка опытных партий поковок и штамповок для НПО "Сатурн", из которых были изготовлены детали успешно прошедшие в составе изделий стендовые испытания. Применение дисков из сплава ВТІ8У0П вместо никелевого, сплава для четвертой ступени КВД позволяет в 4 раза уменьшить стоимость дисков и уменьшить вес двигателя на 10 кг.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ХУП научно-техническом совещании работников заводских лабораторий ( г. Кулобаки, 1990 год ), на научно-технических конференциях по проблемам обработки материалов ( г. Минск, ФТИ АН РБ, 1988г.; г. Москва, НИАТ, 1988 год ).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ. Получены три авторских свидетельства и два положительных решения на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, б глав, выводов и списка литературы, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 106 рисунков, 21 таблицу и приложения. Список литературы содержит III литературных источников.
Литературный обзор диссертации содержит сравнительные данные по структуре, фазовому и химическому составу, механическим свойствам отечественных и зарубежных жаропрочных титановых сплавов, особенностям сплавов систем Ті. - АІ - W и Ті - AI -v/ -2ft, по зависимостям механических свойств титановых сплавов от структуры. Рассмотрены основные пути повышения жаропрочности из титановых сплавов и принципы построения технологии производства полуфабрикатов с регламентированной структурой.
