Введение к работе
Актуальность работы. Облегчение веса конструкций в современном самолЭто- и ракетостроении достигается в значительной степени за счбт использования сплавов на основе титана в качестве основного материала для изготовления большинства деталей. Увеличение грузоподъемности и размеров создаваемых летательных аппаратов требует для изготовления силовых элементов конструкции применения крупногабаритных полуфабрикатов. В этой связи значительный интерес представляет разработка принципов упрочнения крупногабаритных деталей из двухфазных а + р-сплавов, имеющих высокую удельную прочность и обеспечивающих большой выигрыш в,весе. Решение данной задачи во многом определяется конкретными технологическими режимами термической и термомеханической обработки, правильный выбор которых невозможен без знания общих закономерностей протекания фазовых превращений. В настоящее время практически отсутствуют исследования по изучению процессов рекристаллизации в крупногабаритных полуфабрикатах из а + р - титановых сплавов в зависимости от температуры деформации и скорости последеформационного охлаадения.
Работа в условиях высоких удельных нагрузок предъявляет, повышенные требования к свойствам поверхности деталей. Невысокая эрозионная стойкость,низков сопротивление схватыванию и истиранию при работе в парах трения, склонность к фреттинг-корро-зии существенно ограничивают область применения титановых сплавов. Устранение этих недостатков достигается, как правило, поверхностным легированием деталей, при этом наибольший интерес представляет разработанный в последнее время метод лазерного
азотирования. Однако данный технологический процесс исследован неполно,отсутствует детальный анализ фазовых и структурных превращений, происходящих как при самом лазерном азотировании, так и во время аксшцгатации готовых изделий. Недостаточно изучены технологические режимы повторного оплавления и старения.
Поэтому целью настоящей работы явилось комплексное исследование процессов структурообразования, происходящих в полуфабрикатах различных сечений из высокопрочного сплава .ВТ23 при горячей пластической деформации и последующих операциях объбмноЯ и поверхностной упрочняющей обработки.В этой связи были поставлены и решены следующие основные задачи:
- исследование влияния температуры деформации и скорости по-
. еледеформационного охлаждения на структуру и свойств;
крупногабаритных полуфабрикатов, .
изучение роста фаз,обусловленных процессом перераспределения легирующих элементов при отжиге в двухфазной а 4 р-об-ласти,
разработка способов повышения вязкостных свойств без за метного уменьшения прочности на заключительных операция термической обработки,
изучение изменения структуры и фазового состава по глубин зон оплавления и термического влияния при различных техно логических параметрах процесса лазерного азотирования и и трансформация при поверхностном деформировании и старении Научная новизна
Установлены закономерности формирования збренной структур: крупногабаритных полуфабрикатов из сплава ВТ2Э в зависимости с условий деформации и охлаждения.
\1.&-
Подтверждено отрицательное влияние зернограничной а-фазы на характер разрушения двухфазных титановых сплавов. Научно обоснованы методы устранения или нарушения сплошности межзбрен-ной а-оторочки.
Обнаружено сегрегирование алюминия у межфазных а/р-границ, что способствует предпочтительному растворению центральных участков пластин первичной а-фазы при нагреве в двухфазную область.
Разработан способ термообработки, позволяющий трансформировать колониальное распределение пластин первичной а -фазы в хаотическое и тем самым способствовать повышению комплекса механических свойств изделия.
Изучен характер процессов изменения структуры и их последовательность, происходящих при дополнительном нагреве на температуру, превышающую температуру старения.
Установлено , что для повышения комлекса механических свойств и уменьпеккя их дисперсии по сечению крупногабаритных полуфабрикатов,закалку последних необходимо осуществлять в средах с температурой, несколько превышающей температуру начала мартенситного превращения.
Изучено влияние различных режимов лазерного азотирования, последующих поверхностного пластического деформирования и старения на фазовый состав и структуру обработанного слоя. Выявлено наличие нижней зоны оплавления, образующейся в результате тепловыделения при кристаллизации нитрида .титана,'и высокотемпературной а-фазы, обогащенной азотом в азотированном слое.
Установлено,что при пластическом деформировании поверхности изделия в азотированной зоне набдюдается р->т -превращение, ) в нижней зоне оплавления и в зоне термического влияния проис-
ходит р-> а"-> а'(р) -переход, что сопровождается повышением твбрдости обработанного слоя.
Практическое значение
Предложена комплексная технология обработки крупногабаритных полуфабрикатов, позволящая поднять уровень прочности до 1200 МПа с минимальными разнозернистостью и дисперсией механических свойств по сечению полуфабриката.
Разработаны новые технологические режимы: предварительная термическая обработка для полуфабрикатов с исходным колониальным строением альфа-фазы и дополнительный кратковременный нагрев на температуру,превьшавдую температуру старения,приводящие к повышению комплекса механических свойств.
Даны рекомендации по оптимизации режимов поверхностного упрочнения с помощью лазерного азотирования.
Разработанные режимы обработки засинены тремя авторскими свидетельствами, переданы и внедрены на одном из предприятия авиационной промышленности со специальным экономическим эффектом.
Апробация работы. Материалы диссертации долокены на VI Всесоюзной конференции "Текстуры и рекристаллнзацпя в металлах и сплавах" (г. Свердловск, 1991), на Всесоюзном симпозиуме "Повышение износостойкости деталей машин обработкой высококсЕцент-рированными источниками энергии" ( г.-Звенигород, 1985), на XI Уральской школе металловедов-термистов (г. Свердловск, 1939), на зональном научно - практическом семинаре "Лазеры в народном хозяйстве" (г. Челябинск, 1990), на зональной конференции "Современные методы исследования в металлозедении"(г.Ижевск, 1985). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Объ^м работа, диссертация состоит из введения, G глав, вызолов, библиографического списка кз 130 наименований и приложо-сія; содерзят 220 страниц машинописного текста, 79 иллюстрений j 8 таблиц.
