Научная статья на тему 'Низкотемпературная сверхпластичность титанового сплава Ti-6Al-4V'

Низкотемпературная сверхпластичность титанового сплава Ti-6Al-4V Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
655
471
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ / ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ TI-6AL-4V / РАСТЯЖЕНИЕ / LOW-TEMPERATURE SUPERPLASTICITY / TITANIUM ALLOY TI-6AL-4V / TENSION

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кашаев Ришат Мавлявиевич, Лутфуллин Рамиль Яватович, Нагимов Марсель Ильясович

Приведены результаты испытаний при температурах 650−800 °С и при скоростях деформации 1∙10-4−2∙10-1 с-1 на одноосное растяжение образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V, вырезанных вдоль и поперек направления прокатки листа. Выявлена низкотемпературная сверхпластичность исследованных листов титанового сплава Ti-6Al-4V. Показано, что максимальную пластичность листы проявили при температурах 750 и 800 °С. В допустимых пределах разброса эксперимента листы являются изотропными в продольном и поперечном направлениях относительно напряжения течения и пластичности в исследованном температурно-скоростном диапазоне.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кашаев Ришат Мавлявиевич, Лутфуллин Рамиль Яватович, Нагимов Марсель Ильясович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Low-temperature superplasticity of titanium alloy Ti-

Results of tests at temperatures of 650-800 C and at strain rates of 1∙10-4 2∙10-1 s-1 for uniaxial tensile specimens of titanium alloy Ti-6Al-4V, cut along and across the rolling direction sheet is given. Revealed low-temperature superplasticity studied sheets of titanium alloy Ti-6Al-4V. Noted that the maximum plastic sheets shown at 750 and 800 C. In the permissible limits of experimental scatter plates are isotropic in the longitudinal and transverse directions relative to the flow stress and ductility in the temperature-speed range.

Текст научной работы на тему «Низкотемпературная сверхпластичность титанового сплава Ti-6Al-4V»

УДК 669.295

P.M. Кашаев, Р.Я. Лутфуллин, М.И. Нагимов

Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, г. Уфа

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ ТИТАНОВОГО СПЛАВА TI-6AL-4V

Приведены результаты испытаний при температурах 650-800 °С и при скоростях деформации 1-10'4-2-10'1 с-1 на одноосное растяжение образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V, вырезанных вдоль и поперек направления прокатки листа. Выявлена низкотемпературная сверхпластичность исследованных листов титанового сплава Ti-6Al-4V. Показано, что максимальную пластичность листы проявили при температурах 750 и 800 °С. В допустимых пределах разброса эксперимента листы являются изотропными в продольном и поперечном направлениях относительно напряжения течения и пластичности в исследованном температурно-скоростном диапазоне.

Ключевые слова: низкотемпературная сверхпластичность, титановый сплав Ti-6Al-4V, растяжение.

Известно [1-3], что промышленные титановые листы типа ВТ6 (аналог Ti-6Al-4V) широко применяют при изготовлении различных изделий методом сверхпластической деформации. Этот сплав широко исследован при различных температурно-скоростных условиях. Он проявляет сверхпластические свойства при температурах 850-950°С и при скоростях деформации 1 • 10-4—1 • 10-2с-1 [4]. Однако высокая температура сверхпластической деформации требует использования дорогостоящей жаропрочной оснастки и, кроме того, приводит к газонасы-щению поверхностного слоя изделия. В последние годы ОАО ВСМПО начало выпускать листы из сплава Ti-6Al-4V с улучшенными сверх-пластическими свойствами [5]. Однако данных по характеристикам сверхпластичности этих листов в литературе недостаточно.

Цель работы - выявление низкотемпературной сверхпластичности титановых листов толщиной 1 и 1,5 мм из сплава Ti-6Al-4V в условиях одноосного растяжения.

Объектом исследования являлись титановые листы из сплава Ti-6Al-4V толщиной 1 и 1,5 мм с улучшенными сверхпластическими свойствами производства ОАО ВСМПО. Химический состав и механические свойства листа толщиной 1 мм приведены соответственно в табл. 1, 2.

Химический состав, %

Таблица 1

Al V Fe C O N H Y Примеси Ti

Верх Низ 6,09 6,08 4,27 4,26 0,25 0,21 0,005 0,005 0,146 0,138 0,003 0,006 0,0006 0,0008 <0,001 <0,001 0,081 0,081 Основа

Т аблица 2

Механические свойства

Направление вырезки образца Условный предел текучести 0,20%, МПа Предел прочности, МПа Относительное удлинение, %

Продольное 1044 1105 9,1

Поперечное 1064 1122 9,9

На рис. 1 представлена фотография тонкой структуры сплава Ti-6Al-4V толщиной 1 мм, сделанная в просвечивающем электронном микроскопе JEM - 2000 EX. Средний размер зерен составляет 1,1 мкм.

В процессе работы проводились эксперименты на растяжение. Из листового материала толщиной 1,0 и 1,5 мм изготавливались плоские образцы с продольным и поперечным направлением прокатки листового материала. Ширина рабочей части образца 5 мм, длина рабочей части 20 мм. Механические испытания на растяжение проводились на машине INSTRON 1185 при температурах 650, 700, 750 и 800 °С и при скоростях деформирования 0,5, 5 и 50 мм/мин. Всего было испытано 48 образцов.

По результатам испытаний была

Риа L Т°нкая структура листа из определена пластичность образцов по

сплава Ti-6Al-4V толщиной 1 мм ,

в просвечивающем электронном фор У е

микроскопе

б = ((4 - І0) / I0) 100 %,

где /0 = 20 мм - начальная длина рабочей части образца, 4 - конечная длина рабочей части образца.

Рис. 2. Сравнительный вид исходного и испытанных образцов

Истинные напряжения течения определяли по формуле

а = Р / Г,

где Р - сопротивление деформации, Н, Г - текущая площадь поперечного сечения образца, которую определяли из условия постоянства объема рабочей части образца.

Одной из основных характеристик сверхпластичности является коэффициент скоростной чувствительности материала т [6]. Коэффициент т определяли методом ступенчатого переключения скоростей деформирования в начале испытания каждого образца по формуле

т = Ыфт/Рх) / НУг/УхХ

где У1 и У2 - скорости деформирования до и после переключения; Р\ и Р2 - соответствующие им усилия деформирования.

Вид исходного и испытанных образцов представлены на рис. 2. На рис. 3-6 представлены результаты механических испытаний, иллюстрирующие влияние температуры и скорости деформирования на проявление пластичности и сверхпластичности листового материала.

1000 900 800

/- II

, )

/ -'/У \\\

1 1 I \

< г. 'Л к \ 1

< / V \ х ч с 1 )

X > хХ 1 1

< к. \

л к

700

600

500

400

300

650 °С прод.

- 650 “С попер. 700 “С прод. 700 °С попер.

- 750 °С прод. 750 °С попер. 800 °С прод.

- 800 °С попер.

1 10 Скорость деформирования, мм/мин

Рис. 3. Влияние скорости деформирования на пластичность образцов, вырезанных вдоль (прод.) и поперек (попер.) прокатки из листа толщиной 1 мм сплава Т1-6А1-4У

1000 900 800 ^ 700

I 600

с

5 500 а>

0

5 400

1

I 300

X

° 200 100 о

і і

у і

у / /

¥ =?

С Г / / // к к 4 А

1 \ / і % А г >

і < / /

і к' ► >

\

і И"

600 650 700 750

Температура, °С

800

♦ 50 мм/мин прод. 050 мм/мин попер. А 5 мм/мин прод.

Д 5 мм/мин попер.

• 0,5 мм/мин прод. О 0,5 мм/мин попер.

850

Рис. 5. Влияние температуры на пластичность образцов, вырезанных вдоль (прод.) и поперек (попер.) прокатки из листа толщиной 1 мм сплава Т1-6Л1-4У

1000

900

800

55 700

0

I 600

5 500

О

о

3 400

5

§ 300

0

1

О 200 100 0

М 1

>

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

с У М 2 і

/ / у/

/ 4 * л у к/-' к

л 1 /

С 5 / 1 / /Л У к А к

и—і ►

► ^

600

650

700 750

Температура, °С

800

♦ 50 мм/мин прод.

О 50 мм/мин попер. А 5 мм/мин прод.

Л 5 мм/мин попер.

• 0,5 мм/мин прод. О 0,5 мм/мин попер.

850

Как показали результаты механических испытаний (см. рис. 2-6), пластичность листа толщиной 1мм выше пластичности листа толщиной 1,5 мм, причем направление вырезки образцов не оказывает существенного влияния на относительное удлинение. Пластичность листа толщиной 1,5 мм увеличивается с повышением температуры и с уменьшением скорости деформирования во всем диапазоне исследованных температур и скоростей деформирования. Такой же характер изменения пластичности имеет лист толщиной 1 мм при испытаниях при температурах 650 и 700 °С. При температурах же 750 и 800 °С пластичность достигает максимума при скорости деформирования 5 мм/мин. Дальнейшее уменьшение скорости до 0,5 мм/мин приводит к снижению пластичности. Это, по всей видимости, связано с влиянием роста зерен и газонасыщением сплава.

1000

♦ 650 °С, прод.

сс

^ 0650 °С, попер.

к А700 °С, прод.

ф Д 700 °С, попер.

°° н ■ 750 °С, прод.

ф

| □ 750 °С, попер.

ф

| ♦ 800 °С, прод.

с о 800 °С, попер.

10

1

Рис. 7. Влияние скорости деформации и температуры на напряжение течения образцов, вырезанных вдоль (прод.) и поперек (попер.) прокатки из листа толщиной 1мм сплава Т1-6Л1-4У

На рис. 7 и 8 представлены зависимости напряжения течения и коэффициента скоростной чувствительности т листового материала толщиной 1 мм от скорости деформации. Напряжение течения сплава повышается с уменьшением температуры и с увеличением скорости деформации. Видно, что влияние направления вырезки образцов на напряжение течения листа незначительное и находится в рамках разброса экспериментальных данных. Это свидетельствует об изотропно-

сти напряжения течения в плоскости листа, что весьма благоприятно для сверхпластической формовки.

А

А

А

Д

д

и

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

о

♦ 650 °С Д700 °С ■ 750 °С О 800°С

0,0001

0,001

0,01

0,1

Скорость деформации, 1 /с

Рис. 8. Влияние скорости деформации и температуры на коэффициент скоростной чувствительности т листа толщиной 1 мм

Считается, что материал проявляет сверхпластические свойства, если т > 0,3 [6]. Для температуры 650 °С это условие выполняется при

скоростях деформации £ < 2-10-3 с-1, для 700 °С - £ < 1*10_/ с-1. При температурах 750 °С и 800 °С материал проявляет высокоскоростную сверхпластичность (рис. 8).

.-2 -1

э

L A w | | ш

♦ ▲ £ J с ) с

♦ \к л 1 1 ( :) II - о

Г 4 LA ► L * ■ ■ Ik У 1

▼ \r L Ч

0,0001

0,001

0,01

Скорость деформации, 1/с

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

0,1

♦ 650 °С Д 700 °С ■ 750 °С О 800 °С

Рис. 10. Влияние скорости деформации и температуры на коэффициент скоростной чувствительности т листа толщиной 1,5 мм

Характер зависимостей напряжения течения и коэффициента m от скорости деформации для листа толщиной 1,5 мм аналогичен поведению материала листа толщиной 1 мм. Однако напряжение течения металла листа толщиной 1,5 мм выше, чем у листа толщиной 1 мм, а коэффициент m ниже. Влияние ориентации образцов относительно прокатки на напряжение течения и пластичность также не обнаружено. Напряжение течения образцов, вырезанных вдоль прокатки листа толщиной 1,5 мм в пределах разброса эксперимента, такое же, как и для образцов, вырезанных поперек прокатки. Лист толщиной 1,5 мм начинает проявлять сверхпластические свойства только с температуры

3 1

700 °С при скорости деформации £ < 2-10- с- .

В результате выполненных работ установлено:

1. Максимальную пластичность образцы проявили при температурах 750 и 800 °С.

2. Для листа толщиной 1 мм пластичность растет с уменьшением скорости деформации при температурах 650 и 700 °С, а при температурах 700 и 750 °С пластичность имеет максимум при скорости деформирования 5 мм/мин; для листа толщиной 1,5 мм пластичность растет с уменьшением скорости деформации при всех испытанных температурах.

3. В пределах разброса эксперимента листы являются изотропными в плоскости листа относительно напряжения течения и пластичности в исследованном температурно-скоростном диапазоне.

4. В исследованных листах выявлена низкотемпературная сверхпластичность при следующих температурно-скоростных условиях:

Для листа толщиной 1мм:

температура 650-700 °С, скорость деформации £ < 2• 10-3 с-1;

температура 700-750 °С, скорость деформации £ < 1 • 10-2 с-1;

температура 750-800 °С, скорость деформации 5^10 -4 с-1 < £ < < 110-1 с-1.

Для листа толщиной 1,5 мм:

температура 700-750 °С, скорость деформации £ < 2-10-3 с-1;

температура 750-800 °С, скорость деформации £ < 1 • 10-2 с-1.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Библиографический список

1. Weisert E.D. and Stacher G.W. Fabricating Parts with SPF/DB Process // Metal Progress. - 1977. - No. 3. - P. 33-37.

2. Stephen D. Superplastic Forming and Diffusion Bonding of Titanium // The Institute of Metals. - London, 1986. - P.108-125.

3. Кайбышев О.А., Утяшев Ф.З. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов: моногр. - М.: Наука, 2002. - 438 с.

4. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов: моногр. - М.: Металлургия, 1984. - 264 с.

5. Comley P.N. Lowering the heat - the development of reduced SPF temperature titanium alloys for aircraft production // Mater. Sci. Forum 447-448. - 2004. - P. 233-238.

6. Кайбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов: моногр. - М.: Металлургия, 1975. - 280 с.

Получено 5.10.2010

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.