CC BY
114
5. Яковлев С.С., Фам Дык Тхиен, Ремнев К.С. Математическая модель последующей операции комбинированной вытяжки анизотропного упрочняющегося материала // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 6. С. 223.
S.S. Yakovlev , Fam Dyk Thien, V.I. Platonov, Y.G. Nechepurenko THE EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF FIRST OPERATION OF COMPOUND DRAWING
The results of experimental investigations of power and deformation parameters of cylindrical details first compound drawing operations in cone-shaped and radial-shaped dies are given. Thesufficient coordination of experimental and theoretical statistics about power circumstances and extreme deformation levels is shown.
Key words: compound drawing, experiment, operation, anisotropy, die, punch, power, deformation, failure, stress.
Получено 15.01.12
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Я.А. Соболев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»),
О.В. Пилипенко, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»)
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ23 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНО-СКОРОСТНЫХ РЕЖИМАХ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Изложены результаты экспериментальных исследований механических характеристик титанового сплава ВТ23 при различных температурно-скоростных режимах деформирования.
Ключевые слова: методика, механические свойства, анизотропия, температура, скорость деформации, растяжение, образец, параметры, коэффициенты анизотропии.
Расчет напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых параметров и предельных возможностей изотермического формообразования высокопрочных анизотропных материалов возможен только при наличии информации о характеристиках механических свойств и параметров уравнения состояния исходной заготовки при температуре обработки. Эти величины находятся экспериментально [1].
Экспериментальное определение констант уравнения состояния в условиях ползуче-пластического течения материала осуществлялось для титанового сплава ВТ23 в состоянии поставки толщинами листов ^0 = 1,4 мм и = 3,3 мм при различных температурах испытаний.
Для изготовления листов была отобрана плита от серийной партии размерами 71,0 х 930 х 1200 мм..
Листы из титанового сплава ВТ23 изготавливались с применением продольно-поперечной прокатки на завершающем этапе. Для получения необходимого качества поверхности листов и разнотолщинности применялись стандартные отделочные операции. Финишная термообработка листов осуществлялась по режиму: нагрев при Т=750 °С, выдержка 30 минут, охлаждение на воздухе.
Химический состав слитков приведен в табл. 1.
На рисунке показана типичная микроструктура листов в состоянии поставки (после отжига 750оС, выдержка 30 мин, охлаждение на воздухе). Микроструктура полосчатая по всему сечению, степень глобулязации 60 %, толщина а -пластин 1,0 мкм. В центре встречаются участки вытянутой а -фазы, степень глобуляризации 30 %. Направление частиц а -фазы непараллельное. Материал без загрязнения поверхности.
Таблица 1
Химический состав слитков сплава ВТ23 для производства листов
Место отбо- ра Содержание элементов, %
Лі V Мо Сг N2 02 Н2 Si Гв С у ^ пр
Верх 5,78 4,36 2,10 1,15 0,010 0,112 0,002 0,027 0,66 0,015 0,024
Низ 5,68 4,24 2,11 1,09 0,010 0,102 0,004 0,032 0,59 0,015 0,023
Примечание: N - 0,012 %, Си - 0,008 %. Тпл= 926 оС.
Температурные режимы испытаний выбирались на основе технологических режимов процессов обработки металлов давлением и сварки давлением.
Исследования механических свойств проводили испытанием образцов растяжением в интервале температур 700...900 оС и при постоянной скорости деформации =3х10-4 с-1. В табл. 2. приведены механические свойства образцов листов при повышенных температурах обработки.
Определение анизотропии механических свойств при повышенных температурах проводилось на основе методики испытания на растяжение, регламентированной ГОСТ 9651-84. Испытания выполнялись на испытательной машине Р5 со скоростью перемещения захватов 3 мм/мин с записью индикаторных диаграмм. Нагревательное устройство обеспечивало
равномерный нагрев образца по его рабочей части до заданной температуры испытания и поддержание этой температуры в процессе растяжения. Для контроля температуры использовались термопары, которые соответствовали ГОСТ 3044-84. Регулирующие измерительные приборы имели класс точности не ниже 0,5. Это позволяло измерять температуру испытаний с точностью ± 5 ° С .
Типичная микроструктура листа из сплава ВТ23: а - х100 (поперечное направление); б - х100 (продольное направление); в - х500 (поперечное направление); г - х500 (продольное направление)
Образцы изготавливались с начальной площадью поперечного сечения Fo и начальной расчетной длиной 1о в соответствии с рекомендациями ГОСТ 1497-84. Для измерения температуры на образец устанавливали термопару посередине начальной расчетной длины. Образцы нумеровались и измерялись толщина ао и ширина Ьо поперечных сечений.
Таблица 2
Механические свойства образцов листов при повышенных температурах обработки
Температура испытания, С Вдоль направления прокатки Поперек направления прокатки
,а 2 ° 6 С ^ ° в, МПа 5,% ,а 2 ° 6 С ^ ° в, МПа 5,%
700 20,2 41,8 1110 15,8 34,5 1380
750 7,70 17,3 1260 9,8 13,9 1600
800 11,2 14,3 750 - 11,7 1230
850 6,90 9,0 760 6,1 10,9 560,0
900 5,40 8,5 540 4,9 9,5 680,0
Предварительно перед испытаниями на образец в зоне расчетной длины 1о наносилась делительная сетка со стороной квадрата 5 мм. Делительная сетка с точностью до 0,025...0,03 мм наносилась алмазным инден-тором на измерительном микроскопе УИМ-21. До и после испытаний размеры ячеек образцов измеряются на том же микроскопе [2].
Производился нагрев нагревательного устройства до требуемой температуры испытания. Образцы закреплялись в захватах машины и помещались в нагревательное устройство. Это обеспечивало продолжительность нагрева до температуры испытания не более 1 часа и время выдержки 20...30 мин. При расчетной длине образца 30...50 мм и средней скорости перемещения захватов 3 мм/мин обеспечивались условия, при которых скорости деформации в осевом направлении не превышали 10 3 с 1. Такие режимы испытания близки к режимам деформирования в условиях сверхпластичности.
В процессе растяжения фиксировались по диаграмме растяжения силовые параметры и удлинение образца через каждые 5 минут испытания. При этом контролировались установленные температуры испытания и скорость перемещения захватов.
После испытаний измерялись конечные размеры образца по ширине и толщине в каждом сечении, а также общая длина образца. Для определения параметров процесса определялось изменение силы Р, ширины Ь, толщины а и удлинения А/. По известному времени испытаний рассчитывались средние скорости изменения этих величин. Процесс разбивался на этапы растяжения. На каждом этапе определялось текущее значение силы, ширины, толщины выбранного сечения и удлинение выбранной ячейки. На основе этих данных рассчитывались величины деформации по толщине, ширине и длине. Далее определялись скорости деформации. На каждом этапе рассчитывалась величина эквивалентного напряжения а е [1].
Уравнение состояния материала принималось в виде
£ * = В (а *)и ,
где £ * и а * - эквивалентная скорость деформации и эквивалентная величина интенсивности напряжения.
Параметры уравнения состояния определялись по методу наименьших квадратов.
Величина коэффициента анизотропии образцов, вырезанных в направлении прокатки, находилась по формуле [2]
R = в ь / в г.
Деформации по ширине 8ь, длине в/ и толщине вг определялись по выражениям
вь = 1п(ь1/ьо); в/ = 1п(Л/ 1о); вг =-ВЬ-в/, где Ь и /1 - размеры ячейки поперек и вдоль образца после разрыва; Ьо и
/о - ее начальные размеры.
Результаты расчетов для титановых листов толщиной 1,4 и 3,3 мм приведены в табл. 3 и 4 соответственно.
Полученная экспериментальная информация по величинам коэффициентов анизотропии, параметров уравнения может быть использована для анализа процессов обработки металлов давлением, протекающих в режиме кратковременной ползучести, при различных температурных режимах обработки.
Таблица 3
Результаты испытаний образцов из титана ВТ23 толщиной 1,4 мм
Т емпература испытания Т, оС Начальные размеры Параметры уравнения состояния Коэффициент анизотропии R Максимальное относительное удлинение 5 max , %
b, мм a, мм n B, с-1/(МПа)п
800 10 1,4 1,29 3,73 • 10-5 0,66 455
810 10 1,4 1,9 4,27 • 10-6 0,70 563
830 10 1,4 0,81 1,22 • 10-4 0,71 441
840 10 1,4 2,79 2,59 • 10-5 0,53 276
860 10 1,4 2,55 3,01 • 10-6 0,74 497
870 10 1,4 2,37 2,56 • 10-6 0,57 397
880 10 1,4 2,82 2,29 • 10-6 0,53 322
Таблица 4
Результаты испытаний образцов из титана ВТ23 толщиной 3,3 мм
Т емпература испытания т О с Начальные размеры Параметры уравнения состояния Коэффициент анизотропии R Максимальное относительное удлинение 5 max , %
b, мм a, мм n С , С 'о
730 12 3,3 3,60 4,72 • 10-6 0,69 -
740 12 3,3 1,32 1,66 • 10-5 0,86 -
750 12 3,3 2,84 2,18 • 10-8 0,75 1162
760 12 3,3 1,97 1,19 • 10-7 0,83 1175
800 12 3,3 1,61 1,64 • 10-6 0,72 1121
830 12 3,3 3,20 2,33 • 10-8 0,64 1044
850 12 3,3 1,62 2,12 • 10-6 0,72 1148
Как показывают результаты исследования, листы из сплава ВТ23 обладают сверхпластичными свойствами в интервале температур 750... 850 оС, при скорости деформации 3х10-4 с-1.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев [и др.]. М: Машиностроение, 2004. 427 с.
3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с.
S.S. Yakovlev, S.N. Larin, Y.A. Sobolev
THE MECHANICAL PROPERTIES OF TITANIUM ALLOY VT23 IN VARIOUS TEMPERATURE AND SPEED MODES OF DEFORMING
The results of experimental investigation of mechanical properties of titanium alloy VT23 in various temperature and speed modes of deforming are provided.
Key words: methodology, mechanical properties, anisotropy, temperature,
deformation speed, stretching, sample, parameters, anisotropy coefficient.
Получено 15.01.12
