CC BY
78
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
УДК 669.0
А. Х. Ильясова Научный руководитель - Э. В. Сафин Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МИКРОТВЕРДОСТЬ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 С НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ И МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРАМИ
Проведено сравнительное исследование структуры и механических свойств титанового сплава ВТ6 в нанорокристаллическом (НК) и микрокристаллическом (МК) состояниях. Рассмотрено влияние модифицирования поверхности сплава ионами азота на характеристики прочности. Показано, что сплав в НК состоянии характеризуется более высокими показателями прочности и микротвердости поверхности. Установлено дополнительное повышение микротвердости НК и МК сплава модифицированием поверхности ионами азота.
Существенный прогресс в развитии науки и техники в последние годы связывается с созданием и использованием нанокристаллических материалов. Перспективы применения этих материалов просматриваются, в частности, для изготовления высоконагруженных деталей ГТД и установок для перекачки энергоносителей. В практической реализации наиболее эффективным направлением для получения высоких эксплуатационных свойств считается путь, сочетающий деформационное изменение микроструктуры с методами модификации поверхностных слоев, в том числе ионными пучками и созданием на поверхности наноструктуриро-ванных покрытий.
Исследование выполнялось на примере широко применяемого в авиационной промышленности двухфазного титанового сплава ВТ6 (6,5%А1; 5,1%У; 0,1%Ре; 0,03%Б1; 0,02%С; 0,01%№). Сравнивались два типа микроструктур: упрочненная по стандартной технологии микрокристаллическая (МК) (бимодальная с размером частиц а-фазы 5 мкм) и нанокристаллическая (НК) (размер зерен а-фазы 0,5 мкм). Образцы с НК структурой были подготовлены методом многократной всесторонней ковки. МК структура была получена всесторонней ковкой с последующей упрочняющей термообработкой: закалкой и старением [1]. Половина исследуемых образцов была подвергнута ионной модификации азотом (ИМ). ИМ поверхности образцов выполнялось на бессепарационном ионно-плазменном ускорителе модели «ПИНК» с энергией ионов Е = 250...300 эВ [2].
В работе сравнивались механические свойства и микротвердость сплава ВТ6 в МК и НК состояниях при комнатной температуре, а также с модифицированной ионами азота поверхностью. Полученные данные приведены в таблице.
Данные, представленные в таблице, позволяет сделать вывод, что титановый сплав ВТ6 с НК структурой имеет повышенную прочность и микротвердость поверхности по сравнению с МК упрочненным состоянием, хотя показатели пластичности в НК состоянии несколько ниже. После модификации поверхности ионами азота образцов с НК структурой наблюдается небольшое снижение характери-
стик прочности, что вероятно является следствием нагрева образцов в процессе ИМ и может свидетельствовать о более низкой термической стабильности наноструктур.
Состояние СТВ, МПа ^02, МПа % 8, % Иц, МПа (Р = 0,1 Н)
МК (5 мкм) 1 163 1 036 47,7 14,9 3 660
МК + ИМ 1 189 1 104 45,4 14,7 4 539
НК (0,5 мкм) 1 329 1 166 41,5 14,8 3 786
НК + ИМ 1 177 1 128 45,1 14,2 4 875
Ионное модифицирование привело к увеличению микротвердости поверхности образцов как в НК, так и в МК состоянии - в 1,29 и 1,24 раза соответственно. Это можно объяснить тем, что при ионном азотировании титанового сплава ВТ6 вначале происходит образование твердого раствора внедрения азота в а- и р-фазах титана, затем протекает инициированное азотом р ^ а-превращение с образованием на поверхности фаз нитридов титана состава от Т12М до Т1К В НК сплаве наблюдается большее увеличение микротвердости после ИМ по сравнению с МК состоянием, вероятно, из-за более глубокого проникновения ионов азота в поверхностные слои. На рисунке приведены графики изменения микротвердости поверхности сплава ВТ6 в зависимости от нагрузки на индентор.
5000 4750 4500 4250 4000 3750 3500 3250 3000
-НК -НК ИМ -МК -МК ИМ
0,1
0,5 1
нагрузка, Н
Микротвердость поверхности сплава ВТ6 в при различных нагрузках на индентор
3
Секция «Перспективные материалы и технологии»
Таким образом, измельчение микроструктуры титанового сплава ВТ6 до НК состояния позволяет повысить его прочность, микротвердость. Рост микротвердости, очевидно, позволит повысить характеристики износостойкости. Такие изменения в механических свойствах делают привлекательными титановые сплавы в НК состоянии для практического применения в авиационно-космической промышленности.
Библиографические ссылки
1. Борисова Е. А., Бочвар Г. А., Брун М. Я., Глазунов С. Г. [и др.]. Металлография титановых сплавов. М.: Металлургия, 1980.
2. Жеребцов С. В., Салищев Г. А., Галлеев Р. М. [и др.]. Влияние субмикрокристаллической структуры на усталостную прочность титанового сплава ВТ6. М. : Перспективные материалы, 1999 № 6.
© Ильясова А. Х., Сафин Э. В., 2010
УДК 621.981
А. А. Перевалов, А. В. Станкевич, А. А. Кривенок Научный руководитель - С. В. Белых Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Комсомольск-на-Амуре
ГИБКА НЕСИММЕТРИЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ЗАКРУТКОЙ
Рассматриваются проблемы в авиационной промышленности, связанные с высокой трудоемкостью изготовления длинномерных деталей самолета из прессованных профилей. Затронуты проблемы гибки несимметричных профилей и намечены возможные пути их решения.
Профили представляют собой наиболее многочисленную по номенклатуре, количеству и трудоемкости изготовления группу деталей авиационной техники. В конструкциях средних самолетов общая длина деталей из профилей достигает 15 км при номенклатуре деталей 12 000...15 000 шт. Из прессованных и гнутых профилей делают стрингеры, пояса нервюр и лонжеронов, уголки жесткости нервюр, стенок, перегородок и шпангоутов и различные фитинги [1; 3; 5]. По способу получения заготовок профили делятся на две группы а) прессованные и б) гнутые из листа.
Гибка - наиболее сложная и трудоемкая операция технологического процесса изготовления деталей из профилей. Трудности, возникающие при гиб-ке профилей, объясняются двумя их особенностями:
1) наличием вертикальных полок, предельно нагружаемых и деформируемых из-за значительных
расстояний от нейтральной оси изгибаемого сечения (предохранение этих полок от потери устойчивости -одна из основных трудностей процесса);
2) несовпадением плоскости изгиба с главными осями инерции сечения, что вызывает косой изгиб и связанное с ним закручивание изогнутой детали (в случае изгиба профиля в плоскости, не совпадающей с плоскостью симметрии сечения) (рис. 1).
Автоматизации процессов формообразования в заготовительно-штамповочном производстве посвящено немало трудов но, тем не менее, она остается узким местом в технологической цепочке производства самолёта.
При автоматизации процесса гибки профилей несимметричного сечения вопрос исключения закручивания детали стоит очень остро. Так как целью является снижение трудоемкости изготовления деталей, то необходимо разрабатывать методы анализа
Рис. 1. Закручивание профиля уголкового сечения при изгибе
