CC BY
11
УДК 620.164.3
DOI: 10.24412/0321-4664-2023-1-70-79
СВЕРХПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6с В СОСТАВЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ВТ6с-1201 ПРИ ВЫСОКИХ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЯХ
Анатолий Александрович Федоров, докт. техн. наук, профессор, Александр Владимирович Беспалов, канд. техн. наук, доцент, Роман Сергеевич Комаров, канд. техн. наук, Раиса Рустамовна Хайрутдинова
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия, е-mail: Rooney-090@rambler.ru
Аннотация. На основе экспериментального исследования реологии ультрамелкозернистого сплава ВТ6с при высоких гидростатических давлениях определены закономерности его низкотемпературной высокоскоростной сверхпластической деформации в составе композиционного материала ВТ6с-1201. Разработана технология изготовления биметаллических труб, включающая сборку исходной композиционной заготовки закрытой прошивкой с одновременным скальпированием поверхности сердечника, нагрев биметаллической заготовки и ее горячее гидропрессование. Надежно установленное резкое снижение сопротивления деформации ультрамелкозернистого сплава ВТ6с в условиях сверхпластического формоизменения позволило обеспечить соотношение сопротивлений деформации компонентов, достаточное для их совместного квазиламинарного течения. Приведены показатели качества изготовленных труб.
Ключевые слова: горячее гидропрессование; композиционный материал; ультрамелкое зерно; сопротивление деформации; скорость деформации; предельная пластичность; реологические уравнения; сверхпластическая деформация
Superplastic Deformation of VT6s Titanium Alloy in the Composition of VT6s-1201 Composite Material at High Hydrostatic Pressures. Dr. of Sci. (Eng.), Professor Anatoliy A. Fedorov, Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor Alexander V. Bes-palov, Cand. of Sci. (Eng.) Roman S. Komarov, Raisa R. Khairutdinova
Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow, Russia, е-mail: Rooney-090@rambler.ru
Abstract. Based on an experimental study of the rheology of the ultrafine-grained VT6s alloy at high hydrostatic pressures, the regularities of its low-temperature highspeed superplastic deformation in the composition of the VT6s-1201 composite material were determined. A technology has been developed to produce bimetallic tubes, in which the initial composite blank is subjected to the closed piercing with simultaneous scalping of the core surface accomplished by heating and hot hydraulic pressing. The reliably stated sharp decrease in the deformation resistance of the ultrafine-grained VT6s alloy under conditions of the superplastic deformation made it possible to ensure that ratio of deformation resistances of components is sufficient for their joint quasilaminar flow. The quality indicators of the manufactured pipes are given.
Key words: hot hydraulic forging; composite material; ultrafine grain; deformation resistance; strain rate; ultimate plasticity; rheological equations; superplastic deformation
Введение
В некоторых конструкциях авиационно-космической техники находят применение переходные элементы соединений деталей и узлов из разнородных металлов. Указанные изделия (переходники) очень эффективны и при их высоком качестве можно изготовить из биметаллических труб (рис. 1). Основной задачей при разработке технологии изготовления изделий из разнородных металлов методами обработки металлов давлением (ОМД) является выбор таких параметров пластической деформации, которые были бы приемлемы для каждого из совместно деформируемых металлов [1].
Сплав ВТ6с из состава рассматриваемого композиционного материала (КМ) является методически удобным для проведения экспериментальных исследований, поскольку относится к (а + р)-титановым сплавам с хорошо изученными свойствами и технологическими вариантами формоизменения. Кроме того, в настоящее время двухфазные титановые сплавы имеют важное значение для промышленности, если учитывать, что на долю сплава Т1-6Д!-4У (аналог сплава ВТ6с) приходится более половины мирового объема продаж титановых сплавов. Потребители особенно ценят высокие значения временного сопротивления, хорошую деформируемость и свариваемость [2].
Рис. 1. Переходник с характерными размерами (оттенком выделены разнородные металлы)
Материал и методика экспериментов
В качестве материала для исследования способности сплава к сверхпластической деформации (СПД) в составе композиционного материала выбраны горячекатаные прутки диаметром 150 мм, выпускаемые ПАО «ВСМПО - АВИСМА» по ГОСТ 26492-85. Химический состав сплава ВТ6с приведен в табл. 1 (1 - состав сплава по нормативно-технической документации и 2 - фактический результат проверки по химическому анализу).
Исходная структура прутка в горячекатаном состоянии является частично рекристал-лизованной, границы зерен сформированы нечетко, что характерно для горячей деформации в (а + Р)- области и охлаждения с высокой скоростью после прокатки. Средний размер зерна не больше 4 балла, ств = 885 МПа. Указанный сплав с микроструктурой дуплексного типа выбрали для отработки технологии горячего гидропрессования (ГГП) в составе композиционного материала и реализации его способности к низкотемпературной высокоскоростной сверхпластической деформации (ВСПД) [3]. При изучении механизмов сверхпластической деформации сплава ВТ6с использовали феноменологический подход.
Ранее нами была представлена разработанная на основе комплекса технических приемов и изобретений технология изготовления биметаллических труб ВТ6с-1201 [4]. Комплекс технологических операций включает сборку биметаллической заготовки с токоизо-лированным вауумированным зазором между компонентами, нагрев более прочной компоненты электроконтактным способом и горячее гидропрессование (патент Ри 2763714).
Использование градиентного нагрева биметаллической заготовки позволяет обеспечить к началу процесса ГГП соотношение между сопротивлениями деформации компонентов на уровне 1,8-2,1, что гарантирует
Химический состав (%) исследованного сплава ВТ6с Таблица 1
Сплав Т Д! V О Fe Б1 С N Н Примеси
1 87,86-90,9 5,3-6,5 3,5-4,5 До 0,3 До 0,15 До 0,25 До 0,15 До 0,1 До 0,04 До 0,015 До 0,3
2 88,94 6,3 4,6 0,19 0,12 0,36 0,07 0,05 0,02 0,011 0,21
устойчивое совместное течение слоев в очаге деформации.
Однако в биметаллической заготовке с предварительно вакуумированным зазором между компонентами в процессе горячего гидропрессования может быть нарушена его герметичность. При этом в зазор попадает воздух, создавая между компонентами воздушную прослойку, которая приводит к браку в виде пузырей или отслоений по границе разнородных металлов.
Вот почему актуальность и большое практическое значение приобретает развитие новых методов деформации твердой компоненты в составе композиционного материала. Среди них эффективным может явиться горячее гидропрессование для перевода сплава в сверхпластичное состояние [5]. Для экспериментального и теоретического исследования сверхпластической деформации, а также разработки технологий СП - формоизменения изделий сложного профиля из композиционного материала необходимо определение оптимальных температурных, скоростных и силовых режимов сверхпластической деформации с учетом эволюции микроструктуры. В связи с этим требуется количественное описание реологического поведения материала в состоянии СП для установления закономерностей взаимосвязи между деформационно-кинематическими и силовыми параметрами процесса. При этом особенности сверхпластического поведения материалов определяются узкими температурным и скоростным интервалами их деформации.
При реализации структурной СП в сплаве ВТ6с необходимым условием является формирование в полуфабрикатах ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры с размером зерен менее одного микрона, для получения которой широко используют методы интенсивной пластической деформации (ИПД). Вместе с тем внутри ультрамелких зерен в структуре, полученной ИПД, имеются наноструктурные элементы, такие как вторичные фазы, дислокационные субструктуры, нанодвойники и другие. Поэтому ультрамелкозернистые материалы относят к классу объемных наноструктурных материалов [6]. Явление структурной сверхпластичности имеет место при определенных температурно-скоростных параметрах, которыми можно управлять в условиях высоких гидростатических давлений (ВГД).
Формоизменение в условиях СП одного из компонентов предоставляет также возможности повышения качества композиционного материала. Сверхпластическая деформация способствует формированию высокой однородности структуры, обеспечивает отсутствие разнозернистости, которая является одним из основных видов производственного брака при изготовлении изделий из композиционного материала. Дело в том, что особенностью СП-деформации является сохранение равноосной формы зерна с низкой плотностью дислокаций даже после значительного формоизменения [7, 8].
Термомеханическая обработка (ТМО), осуществляемая в процессе горячего гидропрессования, оказывает воздействие на такие характеристики микроструктуры, как размер, форма и ориентация зерен, на дислокационную структуру и морфологию межзеренных границ. Для сплава ВТ6с разработан сложный режим ТМО, позволяющий обрабатывать все виды прессованных полуфабрикатов независимо от их сечения и технологии производства для получения УМЗ-структуры. Исходный горячекатаный пруток круглого сечения подвергали горячему гидропрессованию при температуре 500 °С с коэффициентом вытяжки 9 для получения прутка круглого сечения, после чего пруток непосредственно закаливали в воде. Интенсивная пластическая деформация при температуре ниже ТПП обеспечивает получение УМЗ-структуры, а непосредственная закалка после ГГП в воде предотвращает рост зерен в прутке. Далее пруток вновь нагревали до 500 °С и подвергали ГГП в направлении, противоположном первичному, с коэффициентом вытяжки 4,7 для получения круглого прутка диаметром 23 мм, необходимого для сборки биметаллической заготовки, и вновь закаливали после ГГП в воде. Двойная ТМО со сменой направления ГГП необходима для ликвидации текстуры деформации, сформировавшейся после первой операции ГГП при пониженной температуре деформации. В результате ТМО в титановом прутке создается изотропная, однородная в продольном и поперечном направлениях, равноосная УМЗ-структура с зернами и субзернами а- и р-фазы размером 0,4-0,6 мкм.
Цель экспериментального исследования -определение температурно-скоростных усло-
вии и напряженного состояния, при которых сплав ВТ6с с УМЗ- структурой после горячего гидропрессования проявляет максимальную способность к низкотемпературной высокоскоростной сверхпластической деформации в составе КМ. Эксперименты проводили на пластометре высокого давления (ПВД) для испытания образцов на растяжение. Особенности конструкции пластометра, схема замера параметров испытаний, организация экспериментов и порядок обработки экспериментальной информации запатентованы и описаны в работах [9-12].
Задача испытаний - построение диаграмм:
формаций от 2 • 10 3 с 1 до 4
10 2 с 1 коэффи-
ст5 = ст5(0, ^ £) Лр = Лр(0, £, к).
(1) (2)
где
ст5 - сопротивление деформации; Лр - предельная степень деформации до разрушения;
0 - температура деформации; £ - скорость деформации; е - степень деформации; к - показатель напряженного состояния.
Диаграммы отражают диапазон температур испытаний соответственно 450, 500, 550, 600, 650 °С, скоростей деформаций (£ = 2 • 10-3 с-1; £ = 4 • 10-2 с-1) и показателей напряженного состояния (к = -0,58 ^ -3,6), имеющих место для различных видов ОМД. Обработку экспериментальной информации проводили с использованием универсальной интегрированной системы 31а11з11еа.
Результаты экспериментов и их обсуждение
циент деформационного упрочнения почти не меняется, причем сохраняется высокий уровень предельной пластичности в исследованном диапазоне показателя напряженного состояния.
Поверхности (1) в удобной для практического применения форме удовлетворительно аппроксимируются выражением:
= а5
Я
-ехр[а4(а10 + а6)]. (3)
После проведения экспериментов по определению сопротивления деформации сплава были установлены соответствующие значения коэффициентов уравнения (3) (табл. 2).
Поверхности предельной пластичности, построенные по результатам испытаний, показывают, что по мере перехода к в область отрицательных значений пластичность исследованного сплава непрерывно повышается и, практически, мало зависит от температуры испытаний. При снижении к до величины -2,3 и ниже разорвать образцы при растяжении на ПВД не удается (рис. 3).
Образцы разрушаются только после разрядки пластометра. Для практических целей испытаний разрушения и не требуется, так как деформации заведомо превышают имеющие место в реальных процессах ОМД.
В результате испытаний образцов сплава ВТ6с с УМЗ-структурой в условиях квазиоднородной деформации на ПВД установлен вид зависимостей (1, 2) (рис. 2). Причем, скорости деформации соответствуют имеющим место в процессе прессования [4].
Установлено, что для ультрамелкозернистого гидропрессованного сплава ВТ6с в диапазоне скоростей де-
е, °с
юоо
910
710
450 О
1200
1050
20
10
-3,(
.650
-2 7 к -0.58
20
10
б
-3.6 -2,7^58 450 500550600650
к 0, °С
Рис. 2. Диаграммы (1, 2) с УМЗ-структурой сплава ВТ6с:
а - £ = 2 • 10 с-1; б - £ = 4 • 10-2 с -1
Таблица 2 Коэффициенты реологического уравнения (3)
с-1 е а1 а2 а3 а4 а5 а6
2 • 10-3 0.5 148.63 8 • 10-6 6-10"4 1.47- 10-4 991.927 186.392
1 42.03 6.2- 10-2 3 • 10-2 1.91 • 10-4 1472.77 152.09
1.5 492.18 5 • 10-8 1 • 10-6 3.42- 10-2 537.05 641.97
2 391.73 7 • 10-1 8 • 10-3 2.74- 10-2 257.18 627.99
4 • 10-2 0.5 141.42 5.5- 10-4 7 • 10-4 2.83- 10-3 923.899 184.042
1 6.71 4 • 10-2 4 • 10-2 2.74- 10-5 1301.55 83.021
1.5 497.32 2- 10-7 8 • 10-6 4.37- 10-7 428.081 961.74
2 514.82 1.1 • 10-9 6 • 10-5 4.43- 10-2 451.064 899.61
Таблица 3 Коэффициенты реологического уравнения (4)
5. с-1 к Уз1 Уэ2 Фэ1 Фэ2 Уэ 8э
2 • 10-3 -3.6 57.41 34.82 0.51 0.56 0.71 11 • 10-2
-2.6 31.87 29.42 0.14 0.13 0.35 14 •10-5
-1.6 29.54 26.17 0.38 0.04 0.07 9- 10-7
4 • 10-2 -3.6 65.31 94.88 0.42 0.61 42.52 5 • 10-4
-2.6 46.25 65.11 0.73 0.84 31.89 13 • 10-6
-1.6 21.66 41.92 0.22 0.99 56.07 6- 10-8
Рис. 3. Образцы после испытания на высокоскоростную сверхпластическую деформацию (X = 4 • 10 с-1) при высоком гидростатическом давлении ^ = -3,6):
а - исходный образец; б - 450 °С (8 = 43 %); в - 500 °С (8 = 62 %); г - 550 °С (8 = 272 %); д - 600 °С (8 > 362 %); е - 650 °С (8 = 187 %)
Поверхности (2) в удобной для практического применения форме удовлетворительно аппроксимируются выражением:
Лр = [Уэ2 - (Уэ1 - У32^] х х ехр{[фэ2 - (Фэ1 -Фэ2)^]^} Х
ехр
Г 0 л 83 "
У э итт
о
Vтах у
(4)
После проведения экспериментов по определению предельной пластичности сплава были установлены соответствующие значения коэффициентов уравнения (4) (табл. 3).
Показатель скоростной чувствительности т сопротивле-
ния деформации, характеризующий способность проявления сверхпластичности материала в зависимости от температуры испытаний в установленном диапазоне, скорости деформации и характеристик микроструктуры изменяется в пределах 0,31-0,43. Аппроксимирующие зависимости (3, 4) удовлетворительно совпадают с экспериментальными результатами. При оптимальных температуре и скорости деформации расчетные данные компьютерного моделирования соответствуют экспериментальным значениям низкотемпературной ВСПД с точностью до 8 %.
Одной из проблем, возникающих при формировании КМ, является наличие оксидного слоя на поверхностях компонент заготовки, препятствующего образованию физического контакта, активации и схватыванию. В рассматриваемом случае эта проблема налицо из-за наличия в составе КМ алюминиевого сплава, предрасположенного к мгновенному окислению на воздухе с образованием на поверхности заготовки тонкого пластичного слоя оксида алюминия. Для обеспечения схватывания необходим контакт практически ювениль-ных поверхностей компонентов, свободных от окислов и инородных включений.
При ГГП композиционной заготовки гидростатические давления в несколько раз превышают предел текучести деформируемых материалов. В этих условиях окисные пленки могут пластически деформироваться без охрупчивания, не освобождая нижележащие слои металла и не допуская контакта чистых поверхностей. Кроме того, известно, что ювенильная поверхность может быть создана только в высоком вакууме (1,3 • 10-6 Па) или может существовать доли секунды после механической обработки.
Сборка исходной композиционной заготовки является первой технологической операцией, необходимой для обеспечения схватывания. Все известные способы сборки композиционных заготовок отличаются громоздкостью, сложностью и низкой надежностью подготовительных операций (обработка резанием, обезжиривание и удаление окисной пленки, сборка, вакуумиро-вание, герметизация и др.), что часто приводит к нестабильности получаемых результатов.
Нами разработаны способы, при которых устраняются перечисленные недостатки. Эти
способы основаны на сочетании схем скальпирования и гидропрессования и имеют ряд важных преимуществ перед известными методами подготовки поверхности и сборки заготовок.
Для рассматриваемой технологической схемы способ реализуют на вертикальном гидравлическом прессе 2,5 МН следующим образом (рис. 4).
Рис. 4. Схема сборки исходной композиционной заготовки (а.с. 1186435):
1 - пуансон; 2 - упорная втулка; 3 - пружина; 4 - направляющая втулка; 5 - контейнер; 6 - скальпирующая матрица; 7 - сердечник (ВТ6с); 8 - оболочка (1201); 9 - буртик; 10 - шайба; 11 - заглушка
В контейнере 5 на заглушке 11 с уплотнением размещают смазывающую стеклографи-товую шайбу 10 из материала с температурой размягчения 0,85-0,95 от температуры нагрева заготовки оболочки 8. Затем на шайбу устанавливают нагретую до температуры 450 °С заготовку оболочки 8 из сплава 1201 с буртиком 9, обращенным в сторону сердечника 7. На заготовке оболочки размещают скальпирующую матрицу 6, устанавливают сердечник из сплава ВТ6с и вводят в контейнер пуансон 1, направляющая втулка 4 которого находится на верхнем торце сердечника, а упорная втулка 2 обеспечивает при этом соосность и жесткость всего устройства. Под действием усилия и температуры растекается смазывающая шайба, заполняя полость, образованную контейнером и заготовкой оболочки. Сердечник скальпируется при прохождении через скальпирующую матрицу (с его поверхности удаляется слой 1,5 мм, содержащий окисную пленку) и прошивает заготовку оболочки. При этом на участке буртика создается уплотнение за счет его деформации в радиальном направлении, препятствующее выходу стеклографитовой среды из полости, образованной контейнером и заготовкой оболочки, что обеспечивает гидродинамическое трение и теплоизоляцию заготовки оболочки. В конце прошивки направляющая втулка упирается в скальпирующую матрицу и, сжимая пружину 3, утапливается в упорную втулку. Пуансон входит в отверстие скальпирующей матрицы и вдавливает сердечник до совмещения его торца с торцом заготовки оболочки в одной плоскости. На этом процесс заканчивается. Убирают заглушку 11 и готовую биметаллическую заготовку извлекают из контейнера.
Исследования предельной пластичности и сопротивления деформации сплава ВТ6с с УМЗ-структурой (см. рис. 2) и сплава 1201 [4] позволили впервые определить их реологические характеристики для оценки возможных условий совместного формоизменения. На основе совместно-
го решения реологических уравнений установлены температурно-скоростные условия пластической деформации рассматриваемой композиции: температура нагрева биметаллической заготовки 450 °С; угол конусности матрицы 35°; коэффициент вытяжки (общий) 13,7; скорость прессования 15 мм/с; диаметр готового биметаллического прутка 16 мм. Указанные технологические параметры ГГП рассчитывали по методике, изложенной в работе [1]. К началу горячего гидропрессования соотношение между сопротивлениями деформа-
ст„ВТ6с ции —5- = 1,5-2,8.
ст51201
Исходную биметаллическую заготовку перед нагревом размещали в предварительно сбрикетированной оболочке из графита ГТ-1 (ГОСТ 5279-74) + 15 % жидкого стекла (а. с. № 483846) и после нагрева загружали в контейнер. Горячее гидропрессование осуществляли на вертикальном гидравлическом прессе НР 630 усилием 6,3 МН (рис. 5).
В процессе деформации технологическая оболочка 2, размягчаясь, обеспечивает схему гидростатического выдавливания, т.е. ведет себя при высоком давлении и температуре подобно вязкой жидкости. Для выдавливания применяли матрицу 5 и контейнер 1 из стали 3Х2В8, термически обработанные на твердость НРО 42-52. Диаметр контейнера 104 мм, диаметр канала матрицы определяется требованиями к типоразмерам биметаллических труб.
1201
ВТбс
Рис. 5. Схема ГГП биметаллических труб (а.с. 617097):
а - начало процесса; б - завершение процесса; пуансон; 2 - контейнер; 3 - рабочая среда; 4 - игла; 5 - матрица
Процесс гидропрессования осуществляют следующим образом. В момент входа пуансона 1 в контейнер 2 давление через технологическую оболочку передается на торец заготовки, и последняя, разрушив дно оболочки, перекрывает матрицу 5. Создается контакт заготовки с матрицей, препятствующий истечению сте-клографитовой среды оболочки наружу.
Образовавшийся после разрушения оболочки стеклографитовый порошок заполняет все пространство вокруг биметаллической заготовки. Нижний конец иглы при этом не доходит до переднего торца заготовки. Зазор между пуансоном и контейнером достаточно мал, чтобы создать значительное гидравлическое сопротивление для предотвращения вытекания графита. По мере повышения давления сте-клографитовая среда уплотняется настолько, что обеспечивает равномерное распределение давления по всей поверхности заготовки. Процесс пластической деформации начинается с увеличением давления, причем в начальный момент из матрицы выходит передний конец биметаллической трубы в виде пробки, затем начинается истечение трубы. Следует отметить, что часть заготовки, находящаяся в контейнере (в отличие от обычного прессования), сохраняет свою форму в течение всего процесса.
В результате ГГП изготовлены биметаллические трубы без нарушения сплошности длиной 812 мм (после обрезки концов для испытаний) с чистой и гладкой поверхностью, характерной для изделий после гидропрессования, и минимальной неравномерностью распределения слоев.
Установленные параметры совместного пластического течения сплавов ВТ6с и 1201 позволили обеспечить устойчивое квазиламинарное течение слоев компонентов благодаря преимуществам гидропрессования, а именно -отсутствию распрессовки в контейнере сложной биметаллической заготовки и активному гидродинамическому трению на всей границе инструмент-заготовка. Пластичность компонентов достигается вследствие высоких отрицательных значений показателя напряженного состояния в очаге деформации. Разработанная и реализованная технология показывает, что не всегда следует использовать весь имеющийся потенциал сверхпластичности сплава
для достижения хорошей его деформируемости и снижения сопротивления деформации.
Анализ микроструктуры зоны соединения на трех участках после ГГП проводили с помощью оптического микроскопа DSX1000 с использованием специального цифрового объектива и^2 (рис. 6).
Изучение макроструктуры позволило установить, что на всех участках пресс-остатка она однородная у обоих сплавов, размер макрозерна соответствует 3-5 баллам (ВТ6с) и 2 баллу (1201). Каких-либо дефектов металлургического и технологического происхождения в сечениях заготовки не обнаружено.
Переходя от микроструктуры зоны соединения к его макросвойствам, прежде всего оценили прочность соединения по результатам механических испытаний на растяжение на установке УНИС-1000 и ударный изгиб на маятниковом копре КМ-300 при комнатной температуре. Форма и размеры образцов для испытаний представлены в работе [4].
Результаты испытаний на растяжение и ударный изгиб при комнатной температуре показали удовлетворительную прочность соединения (ст8 = 420-430 МПа, ст0,2 = 320-330 МПа, 5 = 9-11 %, КСи = 0,011-0,016 кДж/м2), что соответствует свойствам сплава 1201. В зоне 3 разрушение всех образцов происходило по сплаву 1201.
1" 3
а б
Рис. 6. Макроструктура пресс-остатка (а) и микроструктура (*340) зоны соединения слоев в контрольных точках (б):
1 - до входа в очаг деформации; 2 - в очаге деформации; 3 - в готовом изделии
Герметичность соединения слоев проверяли на готовых изделиях - переходниках, применяя гелиевый течеискатель Pfeiffer Vacuum ASM 340. Герметичность находится в интервале от 7 • 10-13 до 2 • 10-2 Па/с • м3, а скорость протекания гелия составляет 25-30 мг/с, что соответствует техническим требованиям к переходникам.
Разработанная технология рекомендуется к внедрению в промышленное производство.
Выводы
1. Установлена возможность низкотемпературной высокоскоростной сверхпластической деформации титанового сплава ВТ6с в составе композиционного материала ВТ6с-1201 с обеспечением в процессе пластического течения соотношения между сопротивлениями деформации компонентов, близкого к 1.
2. Впервые показано, что сформированная в сплаве ВТ6с после термомеханической обработки УМЗ-структура обеспечивает при высоком гидростатическом давлении возможность повышения скорости деформации и снижение температуры проявления сверхпластичности по сравнению с ранее установленными показателями. Максимальные характеристики сверхпластичности сплава достигнуты при температуре 9 = 550-600 °С; скорости деформации £ = 2 • 10-3 - 4 • 10-2 с-1, показателях напряженного состояния k = -0,58 ^ -3,6. Относительное удлинение до 410 %, сопротивление деформации по сравнению с исходным горячекатаным состоянием снижается в 7-9 раз до 8-10 МПа; параметр скоростной чувствительности m > 0,4. Установленные реологические параметры низкотемпературной ВСПД позволили сформировать базы данных для математического моделирования и расчета формоизменения при сверхпластической деформации сплава ВТ6с.
3. Полученные экспериментальные сведения явились основой для разработки технологии изготовления биметаллических труб ВТ6с -1201. Технология включает две операции горячего гидропрессования сплава ВТ6с при пониженной температуре 9 = 500 °С с общим коэффициентом вытяжки X = 13,7, поворотом заготовки между операциями ГГП на 180° и непосредственной закалкой в воде после каждой операции для получения УМЗ-структуры с размером зерен 0,4-0,6 мкм, а также сборку исходной биметаллической заготовки методом прошивки с одновременным скальпированием титанового сердечника, ее нагрев до температуры 450 °С и последующее ГГП ^ < -3,6) со скоростями деформации, характерными для деформации на гидравлических прессах (2 • 10-3-4 • 10-2 с-1). Компонента ВТ6с при этом испытывает низкотемпературную ВСПД в составе композиционного материала, причем установленная совместным решением реологических уравнений компонентов температура нагрева составной заготовки позволила достичь к началу процесса ГГП соотношения между сопротивлениями деформации
^5ВТ6с = 1,5 - 2,8. Таким образом, обеспечена ст51201
возможность квазиламинарного совместного течения компонентов составной заготовки при ГГП.
4. Качество изделий подтверждено стабильностью размеров по длине и сечению биметаллических труб, результатами исследования макро-, микроструктуры и оценкой прочноплотно-сти соединения. Все образцы, испытанные при комнатной температуре, разрушались по сплаву 1201. Новая технология является платформенной для разработки способов и устройств, востребованных при изготовлении композиций из материалов со значительным различием сопротивлений деформации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колпашников А.И., Вялов В.А., Федоров А.А., Петров А.П. Горячее гидропрессование металлических материалов. М.: Машиностроение, 1977. 271 с.
2. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справ. М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. 520 с.
3. Кайбышев О.А. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируе-мых сплавов. М.: Наука, 2002. 438 с.
4. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С.
Технология изготовления биметаллических труб ВТ6с - 1201 // Технология машиностроения. 2021. № 9. С. 11-17.
5. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С.
Сверхпластичность жаропрочного никелевого сплава ЖС6-КП при высоких гидростатических давлениях // Технология легких сплавов. 2022. № 1. С. 67-75.
6. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные нано-структурные металлические материалы. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 308 с.
7. Мулюков Р.Р. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: эксперимент, теория, технология. М.: Наука, 2014. 284 с.
8. Valitov V.A., Kaibyshev O.A., Mukhtarov Sh.Kh., Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X. Low temperature and high strain-rate superplasticity of Nickel base alloys // International Conference оп Superplasticity in Advanced Materials Orlando. USA. 2001. P. 417 - 424.
9. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С.
Пластометры высокого давления// Технология машиностроения. 2020. № 4. С. 48-53.
10. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С. Применение высоких гидростатических давлений для исследования сопротивления деформации металлов // Технология машиностроения. 2017. № 8. С. 11-15.
11. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С. Определение сопротивления деформации металлов с использованием образца новой конструкции // Технология машиностроения. 2018. № 9. С. 48-51.
12. Федоров А.А., Беспалов А.В., Комаров Р.С. Моделирование процесса осадки цилиндрического образца с торцевыми выточками и отверстием // Технология легких сплавов. 2018. № 3. С. 74-77.
REFERENCES
1. Kolpashnikov A.I., Vyalov V.A., Fedorov A.A., Petrov A.P. Goryacheye gidropressovaniye metal-licheskikh materialov. M.: Mashinostroyeniye, 1977. 271 s.
2. Il'in A.A., Kolachev B.A., Pol'kin I.S. Titanovyye splavy. Sostav, struktura, svoystva. Sprav. M.: VILS -MATI, 2009. 520 s.
3. Kaybyshev O.A. Sverkhplastichnost', izmel'cheniye struktury i obrabotka trudnodeformiruyemykh splavov. M.: Nauka, 2002. 438 s.
4. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S. Tekh-nologiya izgotovleniya bimetallicheskikh trub VT6s-1201 // Tekhnologiya mashinostroyeniya. 2021. № 9. S. 11-17.
5. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S.
Sverkhplastichnost' zharoprochnogo nikelevogo splava ZHS6-KP pri vysokikh gidrostaticheskikh dav-leniyakh // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2022. № 1. S. 67-75.
6. Valiyev R.Z., Aleksandrov I.V. Ob'yemnyye na-nostrukturnyye metallicheskiye materialy. M.: IKTS «Akademkniga», 2007. 308 s.
7. Mulyukov R.R. Sverkhplastichnost' ul'tramelkozer-nistykh splavov: eksperiment, teoriya, tekhnologiya. M.: Nauka, 2014. 284 s.
8. Valitov V.A., Kaibyshev O.A., Mukhtarov Sh.Kh., Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X. Low temperature and high strain-rate superplasticity of Nickel base alloys // International Conference on Superplasticity in Advanced Materials Orlando. USA. 2001. P. 417-424.
9. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S. Plastometry vysokogo davleniya// Tekhnologiya mashinostroyeniya. 2020. № 4. S. 48-53.
10. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S. Prime-neniye vysokikh gidrostaticheskikh davleniy dlya issle-dovaniya soprotivleniya deformatsii metallov // Tekhnologiya mashinostroyeniya. 2017. № 8. S. 11-15.
11. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S. Opredeleniye soprotivleniya deformatsii metallov s ispol'zovaniyem obraztsa novoy konstruktsii //Tekhnologiya mashinostroyeniya. 2018. № 9. S. 48-51.
12. Fedorov A.A., Bespalov A.V., Komarov R.S. Mode-lirovaniye protsessa osadki tsilindricheskogo ob-raztsa s tortsevymi vytochkami i otverstiyem // Tekh-nologiya lyogkikh splavov. 2018. № 3. S. 74-77.
