close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Определение показателей состояния сверхпластичности титанового сплава ОТ4-1..pdf

код для вставкиСкачать
Машиностроение и машиноведение
УДК 621.7.04
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ
ТИТАНОВОГО СПЛАВА ОТ4-1
© А.В. Колесников1, А.А. Чеславская2, А.К. Шмаков3
Иркутский национальный исследовательский технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены результаты работ по определению значений показателей состояния сверхпластичности титанового
сплава ОТ4-1, полученных путем технологических проб на двухосное растяжение. Представлена последовательность выполнения испытаний по определению значений показателей сверхпластичности. Испытания проведены
на многокупольной матрице, позволяющей исследовать диапазон скоростей деформации сплава за одну формовку.
Ключевые слова: сверхпластичность; испытания на двухосное растяжение; показатели сверхпластичности;
титановый сплав.
DETERMINATION OF ОТ4-1 TITANIUM ALLOY SUPERPLASTICITY STATE INDICES
A.V. Kolesnikov, A.A. Cheslavskaya, A.K. Shmakov
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article discusses the results of the determination of values of superplasticity state indices of OT4-1 titanium alloy
obtained through technological samples for biaxial stretching. The sequence of tests on the determination of superpla sticity index values is given. The tests have been carried out on a multi-domed matrix that allows to explore the range of
alloy strain rates in a single molding.
Keywords: superplasticity; biaxial stretching tests; superplasticity indices; titanium alloy.
В настоящее время расширяется применение технологии сверхпластической формовки труднодеформируемых сплавов, в том числе титановых. Особенностью этой технологии является необходимость поддержания режима сверхпластического деформирования в течение всего процесса формовки. Для этого
необходимо довольно точно знать значения показателей состояния сверхпластичности сплава, к которым
относятся: напряжение течения, скорость деформации, параметр скоростного упрочнения.
Связь между показателями состояния сверхпластичности может быть описана в виде математической
модели [1]
 =  ∙ ̇ ,
(1)
где  – напряжение течения, МПа; А – константа материала в режиме сверхпластичности, МПас; m – параметр скоростного упрочнения; ̇ – скорость дефор-1
мации, с .
Численные значения этих показателей определяются с помощью серии специальных испытаний
образцов из листовых заготовок исследуемого материала.
Известно несколько методик определения показателей состояния сверхпластичности, в частности
наиболее распространенные: испытания на одноосное
растяжение [2, 3] и технологические пробы на двухосное растяжение [4].
Одноосное растяжение – наиболее часто применяемый метод, который достаточно прост и во многом
похож на стандартные методы испытания материалов
на растяжение. Двухосное растяжение ближе к реальному процессу деформирования металла при формовке листовых заготовок. Поэтому в производственных условиях его применение предпочтительно в случае проведения технологических проб для оценки величин характеристик сверхпластичности партии листовых заготовок.
В целях сокращения количества опытов целесообразно проведение технологических проб на двухосное растяжение с помощью формовки в многокупольную матрицу, аналогичную представленной на рис. 1.
Использование многокупольной матрицы позволяет
исследовать диапазон скоростей деформации материала в нескольких куполах, отформованных с различной относительной высотой за одну формовку.
___________________________
1
Колесников Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: 89025787277,
e-mail: Avk@istu.edu
Kolesnikov Alexey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Business,
tel.: 89025787277, e-mail: Avk@istu.edu
2
Чеславская Агния Альбертовна, младший научный сотрудник научно-исследовательской части, тел.: 89086463061,
e-mail: Chaa@istu.edu
Cheslavskaya Agnia, Junior Researcher of the Research Division, tel.: 89086463061, e-mail: Chaa@istu.edu
3
Шмаков Андрей Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры самолетостроения и авиационной техники,
тел.: 89140074508, e-mail: Shmakov@istu.edu
Shmakov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Aircraft Engineering and Aeronautic al
Equipment Operation, tel.: 89140074508, e-mail: Shmakov@istu.edu
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (105) 2015
57
Машиностроение и машиноведение
Крышка
Р
2R
р
р
Матрица
Рис. 1. Схема многокупольной формовки в матрицу
Технологические пробы по определению показателей состояния сверхпластичности титанового сплава ОТ4-1 ОСТ 1.90013–81 проводились на прессе
сверхпластичного формования и диффузионной сварки АСВ Loire SPF 60T (Франция) (рис. 2).
Матрица для проведения технологических проб
имеет 6 отверстий со следующим рядом диаметров:
90, 80, 70, 60, 50 и 40 мм. Габаритные размеры матрицы составляют 260×188×35 мм. При этом обеспече
но получение относительных высот (̅ = ), отформо
ванных куполов в диапазоне (̅ = 0,78 − 1,75) (рис. 3).
Технологические пробы выполнялись в следующей последовательности:
1. Нагрев оснастки до температуры сверхпластичности СП и поддержание ее в течение всего процесса
формовки.
СП ≈ 0,5пл [5],
(1)
где пл – температура плавления титанового сплава
ОТ4-1.
Температура при формовке сплава ОТ4-1 была
установлена на 890°C;
Рис. 2. Пресс Loire FSP 60T и оснастка для проведения испытаний
Рис. 3. Матрица для многокупольной формовки
58
ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (105) 2015
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
2. Формовка образцов при фиксированной температуре 890°C постоянным давлением газа.
Образец формуется постоянным давлением до
касания дна оснастки одного из куполов. Для первого
образца давление  , обеспечивающее формовку куполов с диапазоном относительных высот ̅ = 0,3 −
1, рассчитывается по формуле

 = 1,5 0 ,
(2)
пе формовки определяется по формуле
1

̇ =  0 ,

(
 =
где  – напряжение течения при температуре 890°C
для сплава ОТ4-1, МПа ( ≈ 25 МПа при скорости де-1
формации ̇ = 0,01 с [6]); 0 – исходная толщина заготовки, мм;  – максимальный радиус основания
купола, мм.
Последующие образцы формуются давлением
других значений.
3. Измерение высоты отформованных куполов 
и толщины  в вершине куполов.
Измерение осуществлялось по схеме, представленной на рис. 4. Значения параметров, полученных в
результате измерения, занесены в табл. 1.
4. Расчет показателей сверхпластичности сплава
по зависимостям, приведенным в работе [7]:
– напряжение течения  в вершинах куполов на
каждом этапе определяется по формуле
1

4
 1+(̅ )

̅




)
−1
̇ 
(  )
̇ 
−1
(5)
5. Подбор давления формовки для последующих
образцов, обеспечивающего скорость деформации в
-1
диапазоне ̇ = 10−4 − 10−2 с .
В такой же последовательности проведены повторные опыты с диапазоном давлений шагом около
0,4 МПа и последующий расчет скорости деформации
и параметра скоростного упрочнения, которые сведены в табл. 1.
По описанному алгоритму выполнены технологические пробы для листовых заготовок из сплава ОТ4-1
и определены значения показателей, обеспечивающих состояние сверхпластичности. Образец, отформованный в многокупольную матрицу, показан
на рис. 5.
По результатам технологических проб с помощью
ПК Mathcad построены аппроксимированные графики
зависимостей напряжения течения  и коэффициента
скоростного упрочнения m от скорости деформации ̇
сплава ОТ4-1 в логарифмической системе координат
(рис. 6, 7).
2
,
(4)

где  – время формовки на i-этапе;
– параметр скоростного упрочнения m определяется по формуле [2]

  = 

(3)

Нki
ski
где  – радиус основания k-го купола, мм;  – толщина листа в вершине k-го купола на i-м этапе формовки, мм;
– скорость деформации в вершине купола на эта-
Dk
Рис. 4. Схема измерения отформованных куполов
Рис. 5. Образец формовки в многокупольную матрицу
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (105) 2015
59
Машиностроение и машиноведение
№ п/п
1
Таблица 1
Результаты технологических проб сплава ОТ4-1
Задаваемые параметры
Результаты измерений
Результаты расчета
-3 -1
̅
 , МПа

,
мм

,
мм
̇ ·10 ,с

 ,МПа
 ,с
 , мм



2
3
4
5
6
7
8
9
25
30
0,815
0,800
8,20
9,15
0,330
0,310
7,82
10,08
0,085
0,110
35
0,788
11,60
0,330
11,16
0,130
40
45
20
25
0,775
0,770
0,760
0,725
13,40
16,80
10,00
13,10
0,335
0,370
0,500
0,520
12,85
13,38
4,93
6,29
0,160
0,170
0,019
0,027
30
0,720
17,70
0,590
7,14
0,028
35
40
45
20
25
30
35
0,657
0,600
0,530
0,680
0,630
0,6
0,505
21,60
27,20
34,65
9,50
14,90
21,30
28,30
0,617
0,680
0,770
0,475
0,596
0,710
0,810
8,94
10,75
13,17
15,18
18,05
21,18
28,35
0,043
0,058
0,079
0,120
0,160
0,190
0,280
40
20
25
30
35
40
0,36
0,74
0,71
0,66
0,59
0,45
39,57
11,40
14,90
18,60
24,90
32,05
0,990
0,570
0,590
0,620
0,710
0,800
44,45
18,85
24,02
30,45
37,68
54,65
0,470
0,385
0,500
0,700
1,010
1,770
5.1
20
0,78
9,35
0,470
26,73
0,370
5.2
25
0,76
12,00
0,480
33,73
0,490
30
0,72
13,85
0,460
43,80
0,720
5.4
35
0,65
19,80
0,560
50,26
1,200
5.5
40
0,59
26,55
0,660
58,86
1,600
1.1
1.2
1.3
0,3
570
1.4
1.5
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
5.3
0,3
5990
0,8
1830
1,2
360
1,6
230
S , МПа.
50
Аппроксимация
5
0,00001
p=0.3 МПа, τ=570
с.
p=0.3 МПа, τ=5990
с.
p=0.8 МПа, τ=1830
с.
p=1.2 МПа, τ=360
с.
p=1.6 МПа, τ=230
с.
0,001
0,0001
 ̇, с-1
Рис. 6. Зависимость напряжения течения материала от скорости деформации
60
ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (105) 2015
ISSN 1814-3520
Машиностроение и машиноведение
m
1
0,1
0,00001
0,0001
 ̇ , с-1
0,001
Рис. 7. Зависимость параметра скоростного упрочения от скорости деформации
Максимум показателя m на графике зависимости
 = (̇ ) соответствует режиму сверхпластической
формовки данного сплава. Значения показателей,
обеспечивающих состояние сверхпластичности сплава ОТ4-1, на основе данных (см. рис. 6, 7) представлены в табл. 2.
Таблица 2
Показатели состояния
сверхпластичности сплава ОТ4-1
t, °C
Материал
 , МПа ̇ ∙ 10−3 , с−1

ОТ4-1
890
28
0,4
0,64
Таким образом, полученные показатели состояния
сверхпластичности партии листовых заготовок из титанового сплава ОТ4-1 могут использоваться для рас-
чета технологических режимов и моделирования процессов формовки деталей при разработке технологического процесса их изготовления методом сверхпластического формования.
В статье использованы результаты исследований,
которые проводились при финансовой поддержке
правительства Российской Федерации (Минобрнауки
России) по комплексному проекту 2012-218-03-120
«Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научнопроизводственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г.
№ 218.
Статья поступила 20.08.2015 г.
Библиографический список
1. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоопыта на двухосное растяжение // Проблемы прочности
янии сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
197., № 8. С. 31–35.
2. Гош А.К. Определение сверхпластичности металлов //
5. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов
Сверхпластическая формовка конструкционных материалов
с ультрамелким зерном. М.: Металлургия, 1981. 168 с.
/ под. ред. Н. Пейнтона, К. Гамильтона; пер. с англ. М.: Ме6. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление
таллургия, 1985. С. 89–106.
пластической деформации металлов и сплавов. М.: Метал3. Мазурский М.И., Еникеев Ф.У. К вопросу определения
лургия, 1976. 488 с.
оптимальных условий сверхпластической формовки // Изв.
7. Пашкевич А.Г., Орехов A.B., Архангельская Л.В. ТехноРАН. Металлы. 1998. № 4. С. 65–71.
логические параметры процесса пневмотермической фор4. Панченко Е.В. Определение параметров уравнения
мовки куполообразных деталей // ИВУЗ, Авиационная технисверхпластического состояния листовых материалов из
ка. 1984. № 1. С. 90–93.
ISSN 1814-3520
ВЕСТНИК ИрГТУ №10 (105) 2015
61
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
3 384 Кб
Теги
показатели, титанового, сплави, состояние, от4, pdf, определение, сверхпластичности
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа