Прочность трубчатых переходников из четырехслойных титано-стальных композитов с мягкими прослойками Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Прочность трубчатых переходников из четырехслойных титано-стальных композитов с мягкими прослойками Гуревич Л. М.1, Трыков Ю. П.2

1Гуревич Леонид Моисеевич / Gurevich LeonidMoiseevich - доктор технических наук, доцент,

заведующий кафедрой;

2Трыков Юрий Павлович / Trykov Jurij Pavlovich - доктор технических наук, профессор, кафедра материаловедения и композиционных материалов, факультет технологии конструкционных материалов, Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград

Аннотация: в статье описаны результаты объемного моделирования методом конечных элементов поведения при растяжении трубчатых переходников из четырехслойного титаностального композиционного материала с ниобиевой и медной прослойками. Толщина прослойки ниобия 1 и 0,5 мм. Толщина прослойки меди изменялась от 0,125 до 2,0 мм.

Abstract: article describes the results of 3D finite element simulation of behavior tensile tubular adapters from a four Ti/Steel composite with niobium and copper soft layers. Niobium interlayer thicknesses were 1 mm and 0.5 mm. The thickness of the layer of copper was varied from 0.125 to 2.0 mm.

Ключевые слова: моделирование, метод конечных элементов, растяжение, трубчатый образец, титан, сталь, медь, ниобий, прослойка.

Keywords: modeling, finite element method, stretching, tubular sample, titanium, steel, copper, niobium, layer.

В ВолгГТУ для работающих при температуре свыше 600°С деталей было предложено использование титано-стальных переходников с медно-ниобиевой прослойкой, исключающей диффузионные процессы и формирование хрупких интерметаллидных прослоек и гряды карбидов титана [1, 2]. Благодаря эффекту контактного упрочнения [3, 4] уменьшение толщины Си позволяет достичь равнопрочности соединения титановым и стальным слоям. Целью настоящей статьи было объемное моделирование методом конечных элементов поведения трубчатых переходников из четырехслойного титано-стального композиционного материала с ниобиевой прослойкой толщинами 1 и 0,5 мм и переменной толщины медной прослойкой при растяжении.

Моделирование процесса одноосного растяжения трубчатого образца из четырехслойного титано-стального композита ВТ6+ниобий ВН2+медь М1+сталь 12Х18Н10Т методом конечных элементов проводилось с использованием модуля Abaqus/Explicit программного комплекса SIMULIA/Abaqus. Расчет проводился с использованием модели Мизеса. Прочность связей между слоями соответствовала прочности менее прочного элемента пары. Толщина прослойки Cu варьировалась от 0,125 до 2 мм.

Упрочнение ниобия в процессе пластического деформирования учитывали по кривым упрочняемости при различных температурах, а для других материалов по модели пластичности Джонсона-Кука.

Полученные при моделировании кривые «напряжение - деформация» при растяжении трубчатых образцов композита с различными толщинами медной прослойки приведены на рис. 1. При толщине ниобия 1 мм во всей моделируемой области толщин Cu разрушение композита происходило по медной прослойке. Уменьшение толщины медной прослойки до 0,5 - 0,125 мм приводило к вовлечению в деформацию слоя аустенитной стали, увеличению деформационной способности композита и росту максимально допустимого растягивающего напряжения.

| 17 | СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИИ № 8(10) 2016

Уменьшение толщины ниобиевой прослойки до 0,5 мм заметно позволило поднять прочность и деформационную способность только у композита с толщиной медной прослойки 0,125 мм. Максимальные напряжения по Мизесу при обеих моделированных толщинах ниобиевой прослойки возникали при растяжении в титановом слое вблизи линии соединения с ниобием вблизи наружной цилиндрической поверхности. При сопоставимых деформациях образцов рост толщины медной прослойки приводил к снижению напряжений в титане. Результаты моделирования хорошо кореллируют с экспериментальными данными [5].

700

600

£ 500

| 400

I

О;

I 300

о.

| 200

100

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Деформация образца, мм

Рис. 1. Расчетная диаграмма растяжения для композита ВТ6+ВН2+М1+12Х18Н10Т с толщиной ниобия 1,0 мм для различных толщин медной прослойки: 1 - 2 мм; 2 - 1 мм; 3 - 0,5 мм; 4 - 0,25 мм; 5 - 0,125 мм

Полученные результаты математического моделирования показывают сложное влияние толщины технологической прослойки ниобия в четырехслойном композите ВТ6+ВН2+М1+12Х18Н10Т, наиболее сильно сказывающееся при небольших толщинах медной прослойки.

*Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России № 2014/16, проект № 1183.

Литература

1. Трыков Ю. П., Гуревич Л. М., Шморгун В. Г. Титаностальные композиты и соединения: монография. Волгоград, ВолгГТУ, 2013. 344 с.

2. Трыков Ю. П., Гуревич Л. М., Проничев Д. В. Композиционные переходники. Волгоград: РПК «Политехник», 2007. 328 с.

3. Расчет прочности сваренных взрывом композиционных соединений с механически неоднородными мягкими прослойками / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич, Ю. Н. Кусков [и др.] // Деформация и разрушение материалов, 2010. № 3. С. 11-14.

4. Прочность свариваемых взрывом соединений с композитными прослойками / Ю. П. Трыков, Л. М. Гуревич, Ю. Н. Кусков [и др.] // Конструкции из композиционных материалов, 2009. Вып. 4. С. 17-25.

5. Исследование кинетики деформации и разрушения сваренных взрывом четырехслойных титаностальных композитов / Ю. П. Трыков, В. П. Белоусов, Л. М. Гуревич [и др.] // Деформация и разрушение материалов, 2007. № 8. С. 31-37.

СОВРЕМЕННЫЕ ИННОВАЦИИ № 8(10) 2016 | 18 |