CC BY
22УДК 533.9:539.4.015.2
ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ЗОНЕ СВАРНОГО ШВА В СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ТИТАНОВОМ СПЛАВЕ ВТ1-0
В. А. Клименов1,2, А. И. Потекаев3, А. Н. Табаченко3, М. Р. Морзой2, А. А. Клопотов1,3
1 Томский государственный архитектурно-строительный университет Российская Федерация, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. E-mail: klimenov@tpu.ru 2Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 30 3Национальный исследовательский Томский государственный университет Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Ленина, 36. Е-mail: potekaev@spti.tsu.ru
Представлены результаты исследования влияния сварки лазером на структурно-фазовое состояния сварных швов в титановом наноструктурном сплаве ВТ 1-0. Установлено, что на расстоянии 500 мкм от сварного шва наблюдается значительное уменьшение микротвердости.
Ключевые слова: титан, лазерная сварка, микротвердость, нанокристалличность.
SUBMICROCRYSTALLINE CHANGES OF MECHANICAL PROPERTIES IN WELD JOINT
OF VT1-0 TITANIUM ALLOY
V. A. Klimenov1,2, A. I. Potekaev3, A. N. Tabachenko3, M. R. Morzoi2, A. A. Klopotov1,2
1Tomsk State University of Architecture and Building 2, Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russian Federation. Е-mail: klimenov@tpu.ru 2National Research Tomsk Polytechnic University 30, Lenin Av., Tomsk, 634034, Russian Federation 3National Research Tomsk State University 36, Lenin Av., Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: potekaev@spti.tsu.ru
The results of a study of the laser welding effect on structural-phase state of welds in nanostructured titanium alloy VT1-0 are presented. It is established that at a distance of 500 fim from the weld there is a significant decrease of microhardness.
Keywords: titanium, laser welding, microhardness, nanocrystallinity.
1. Введение. Широкое применение титана и его сплавов в аэрокосмической технике, ядерной энергетике и других отраслях как функциональных материалов обусловлено сочетанием комплекса уникальных физико-механических свойств (высокая прочность и пластичность при малой плотности, коррозионная стойкость во многих агрессивных средах и других).
В настоящее время достигнут определенный прогресс в создании высокопрочных сплавов на основе титана, обладающих необходимым комплексом функциональных свойств, в результате формирования в этих материалах ультрамелкозернистой (УМЗ - суб-микро- и/или нанокристаллической структуры) методами интенсивной пластической деформации. Здесь также важно отметить связь между триботехнически-ми характеристиками материала и состояниями поверхностного слоя и нижележащих слоев.
Актуальными являются исследования, которые позволяют оценить воздействие термомеханических обработок на стабильность ультрамелкозернистой и/ или нанокристаллической структур в сплавах на основе титана.
В данной работе представлены результаты исследования микротвердости в области сварных швов в наноструктурном титановом сплаве ВТ1-0.
2. Материал и методика исследований. Интенсивную пластическую деформацию титанового сплава ТН1-0 проводили на универсальной испытательной машине INSTRON методом авс-прессования в интервале температур (0,40-0,35)хТпл (Тпл - температура плавления титана равна 1933 К). На первом этапе степень пластической деформации сжатием достигла 200 % при температуре 773 К за два прохода. На втором этапе при температуре 623 К она составила 220 %. На третьем, заключительном этапе прессование проводили при температуре 673 К в один проход, степень пластической деформации составила 120 %. Суммарная степень деформации сжатием после применения этих трех этапов достигла значений 540 %.
Прокатку в ручьевых валках проводили с понижением температуры нагрева заготовки под прокатку на 40-60 °C на каждом переходе к меньшему сечению ручья от температуры 500 °C до температуры 300 °C. Количество сечений ручьев проводили таким образом, чтобы при переходе от одного ручья к другому степень обжатия не превышала 40 %. При этом прокатку в ручьевых валках вели в несколько проходов и сопровождали поворотом заготовок на 90° вокруг продольной оси при каждом проходе.
Механика специальных систем
Исследования зеренной структуры сплава ВТ 1-0 проведены методами оптической металлографии, дифракции обратнорассеянных электронов (метод EBSD-анализа) на растровом электронном микроскопе EVO 50 с приставкой NORDLYS. Обработка структурных данных проведена при помощи программного обеспечения CHNNEL 5.
При помощи лазера проводили сварку образцов титанового сплава ВТ 1-0, находящегося в нанокри-сталлическом состоянии. Фотография сварного шва двух титановых образцов в наноструктурных состояниях приведена на рис. 1.
Рис. 1. Фотография сварного шва двух титановых образцов, полученного лазерной сваркой
3. Результаты и обсуждение. В исходном состоянии образцы титана ВТ 1-0 перед авс-
прессованием обладали мелкозернистой структурой. Эта структура была сформирована при температуре рекристаллизации деформированного сплава 950 К. После такой механотермической обработки сформировалась мелкозернистая структура со средним размером зерен 1,5 мкм при вариации размера зерен в интервале от 0,3 до 7 мкм (см. рис. 1).
На основе анализа структурных исследований и механических свойств было установлено, что повышение значений физико-механических свойств сплава ТН1-0 происходит за счет поэтапного измельчения зерен в образцах методом авс-прессования при параллельном ступенчатом понижении температуры в интервале 750-500 °С. Важным моментом является рекристаллизационный отжиг при температуре 680700 °С в течение 1 часа на этапе авс-прессования.
Одним из наиболее интенсивных методов пластической деформации, при котором можно получить крупногабаритные полуфабрикаты с субмикрокристаллической или нанокристаллической структурами, является метод авс-прессования (последовательного прессования со сменой оси сжатия на 90°). С учетом этого в данной работе для получения титановых сплавов в наноструктурированном состоянии с высокой прочностью применяли авс-прессование при повышенной температуре, сформированной при температуре рекристаллизации деформированного сплава 950 К.
Рис. 2. Микроструктура мелкозернистого титанового сплава ВТ 1-0: а — светлое поле' б — темное поле
Рис. 3. Зависимость микротвердости от расстояния от сварного шва в нанокристаллическом сплаве титан ТН1-0, полученного лазерной сваркой при разных токах: 1 - 70 А- 2 - 80 А- 3 - 100 А
Металлографические исследования показали, что в результате интенсивной пластической деформации в образцах титана ВТ1-0 после проведения двух этапов интенсивной пластической деформации (е = 420 %) средний размер зерен уменьшился с 1,5 до 1,0 мкм (рис. 2). При этом доля зерен диаметром от 2 до 7 мкм стала меньше на 10 %, а доля зерен диаметром до 2 мкм сильно увеличивается с уменьшением их диаметра. Последующая интенсивная пластическая деформация при 673 К сплава ВТ1-0 с указанной микроструктурой привела к существенному изменению зе-ренной структуры. Во-первых, исчезли имевшиеся до прессования при 673 К зерна диаметром от 2 до 7 мкм и сильно сузился интервал распределения зерен по размерам. Во-вторых, сильно увеличилась доля зерен
размером меньше 0,8 мкм, и средний размер зерен уменьшился с 1,0 до 0,5 мкм. При этом доля зерен больше 1,0 мкм стала меньше 10 %. Однако характер распределения зерен по ориентациям и границ зерен по разориентациям изменился незначительно. Доли малоугловых и большеугловых границ зерен осталась примерно одинаковыми (около 50 %).
Исследование микротвердости на поверхности образцов в около шовной области позволили выявить, что на расстоянии порядка 500 мкм происходит понижение микротвердости до значений, близких в крупнозернистом титане ВТ1-0 (рис. 3).
© Клименов В. А., Потекаев А. И., Табаченко А. Н., Морзой М. Р., Клопотов А. А., 2014
УДК 662.822
КОНСТРУКЦИЯ КАРДАННОГО ШАРНИРА СО СМЕННЫМИ ШИПАМИ КРЕСТОВИНЫ*
Е. В. Кукушкин1, В. А. Меновщиков2, Т. Т. Ереско3
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: ironjeck@mail.rui, vladimirm@g-service.ru2, ereskott@mail.ru3
Разработана конструкция карданного шарнира со сменными шипами крестовины и приведено полное описание работы.
Ключевые слова:карданный шарнир, игольчатый подшипник, сменные шипы.
CONSTRUCTION OF CARDAN JOINTS WITH REPLACEABLE SPIKES
E. V. Kukushkin1, V. A. Menovshikov2, T. T. Eresko3
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: ironjeck@mail.rui, vladimirm@g-service.ru2, ereskott@mail.ru3
The design of the universal joint with removable spikes and a complete description is developed.
Keywords: universal joint, needle bearing, replaceable spikes.
В современный период технического развития появление новых материалов, необходимость повышения эксплуатационных скоростей и температур, снижения веса, уменьшения объема, увеличения сроков эксплуатации, снижения стоимости и достижения экологической совместимости вызывает необходимость совершенствования конструкций карданных передач.
Особенность работы игольчатых подшипников карданных передач состоит в том, что иглы совершают колебательное, возвратно-вращательное движение, перекатываясь по цапфе крестовины на небольшом участке, причем дорожки качания двух соседних игл часто не перекрываются. Эта особенность работы игольчатого подшипника кардана и определяет характер износа данного узла. К основным видам разрушения поверхностей шипов относится образование ка-
навки и питтинг [1-2]. В основном причина выхода из строя подшипников заключается в повреждении дорожек канавки шипов, что вызывает необходимость разработки и проектирования новых конструкций карданных шарниров.
Некоторые исследователи [1] видят причину образования канавок в пониженной твердости поверхности, недостаточной глубине цементованного слоя и нарушениях правил сборки узла. Многочисленные исследования и наблюдения за работой карданного шарнира в эксплуатация позволили провести целый комплекс мероприятий по повышению ресурса карданного шарнира. Одним из мероприятий явился переход завода
* Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки РФ № 2014/211.
