CC BY
14
Titova Yuliay Vladimirovna, Cand.Tech.Sci., associate professor (e-mail: titova600@mail.ru)
Maydan Dmitriy Aleksandrovich, Cand.Tech.Sci., associate professor
(e-mail: mtm.samgtu@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
STUDY OF THE POSSIBILITY OF APPLICATION OF THE AlN POWDER OF THE SHS-AZ BRAND FOR OBTAINING THE MAX-PHASE BASED ON TbAlC2
Abstract. The results of studies of the composition and structure of the MAX-phase in the Ti-Al-N-C system synthesized using the AlN+5%Na3AlF6 nanopowder obtained by the azide technology of self-propagating high-temperature synthesis are presented. Key words: сombustion, synthesis, MAX-phase.
УДК 669.017
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ СПЛАВОВ 1160Т и 1950 Морозова Елена Александровна к.т.н., доцент (e-mail:e.morozova2012@mail.ru) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
Изучено влияние пневмодробеструйной и термической обработок, в сочетании с дополнительным нагревом (125 °С , 100 часов) на сопротивление усталости сплавов на алюминиевой основе 1950, 1950Т1 и 1160Т. Выявлено, что дополнительный нагрев после пневмодробеструйной обработки у сплавов 1950 и 1950Т1 снижает, а у сплава 1160Т повышает сопротивление усталости.
Ключевые слова: микроструктура, микротвердость, сопротивление усталости, пневмодробеструйная обработка, термическая обработка, дополнительный нагрев.
Введение
При производстве полуфабрикатов деформируемые алюминиевые сплавы подвергаются ряду воздействий в ходе кристаллизации, гомогени-зационного отжига, деформирования, термической и поверхностной обработок. При эксплуатации конструкций сплавы также испытывают дополнительные нагревы, силовые нагрузки, коррозию. Каждое воздействие влияет на структуру сплава и его успешную работоспособность [1-4].
В работе изучено влияние сочетания термической обработки - поверхностного упрочнения - дополнительного нагрева на сопротивление усталости сплавов 1160 и 1950. Именно высокая усталостная долговечность обеспечивает надлежащую работоспособность материалов, используемых в авиации [5-7].
Методика проведения исследования
Для исследований использованы продольные образцы из горячепрессо-ванных прутков сплавов 1160Т, 1950 ( в горячепрессованном состоянии) и
1950Т1. Химический состав сплавов (% вес) :1160Т - 1,39Mg - 4,76 Cu-0,79Mn- 0,29Si - 0,4Fe - 0,05Ti -0,10Zn- 0,045Ni-; 1950 и 1950Т1 -6,22 Zn-1,6Cu- 2,4 Mg- 0,31Si- 0,4 Fe -0,46 Mn - 0, 17Cr-0,05Ti - 0,047Ni.
Режимы термической обработки сплава 1160Т: закалка с температуры 500 ±5°С с охлаждением в воде , естественное старение: сплава 1950Т1 -закалка с температуры 470 ±5°С в воде, старение искусственное при 140°С , выдержка - 15 часов. Упрочнение поверхности проводилось с применением пневмодробеструйной обработки (ПДО). Образцы для усталостных испытаний подвергались обработке стальной дробью. При этом диаметр шариков составлял 1,5 -2 мм, использовано давление воздуха 0,25МПа. Длительность обработки назначалась 10 мин.
Режим дополнительного нагрева: температура 125 °С , время выдержки - 100 часов.
Усталостные испытания выполнены на цилиндрических образцах на машинах МУИ-6000. Использованы схема чистого изгиба и симметричный цикл нагружения. База испытаний принята 1-10 циклов.
Измерение микротвердости поверхности усталостных образцов проводилось методом Кнуппа ( НК).
Результаты исследования и их обсуждение
На рис.1 представлена рабочая поверхность образца для усталостных испытаний, подвергнутого ПДО. После ПДО шероховатость поверхности составляла для сплава 1160Т- Rz 23,18мкм, для сплава 1950 - Rz 22,43 мкм. Шероховатость оценивалась на установке " Surftest SJ-201P".
1 "v Л V^J
"С . ?г Г
Рисунок1- Вид поверхности образца, подвергнутого ПДО ( сплав 1160Т)
В табл. 1 представлены результаты испытаний усталостных образцов после различных вариантов обработки.
Из данных таблицы следует, что в состоянии до ПДО и после нее лучшая сопротивляемость усталости выявлена у сплава 1950Т1. При этом проведение дополнительного нагрева сильно ухудшает сопротивляемость
усталости данного сплава, а у 1160Т она улучшается и нагрев повышает его работоспособность .
В образцах, подвергнутых ПДО, выявлен рост микротвердости поверхности, обусловленный наклепом поверхностного слоя, а также созданием в нем остаточных напряжений сжатия, что подтверждается работами [8,9]. Так для сплава 1950 после ПДО микротвердость поверхности может возрастать до 2460НК при исходном значении 190-265
Таблица 1- Результаты испытаний образцов на усталость
Сплав, состояние Вид обработки Значения напряжений, МПа Количество разрушенных образцов, %
ПДО+ДН 150-180 0
1160Т ПДО 115-130 150-180 0 60
Без ПДО 82,5 150-180 0 80
ПДО+ДН 115-130 100
1950 ПДО 115-130 150-180 20 100
Без ПДО 115-130 100
ПДО+ДН 150-180 73,3
1950Т1 ПДО 115-130 150-180 0 40
Без ПДО 107,5 150-180 0 66,7
Примечание. ДН - дополнительный нагрев образцов. НК. Это должно вызывать торможение развития усталостных трещин, что подтверждается присутствием в упрочненном поверхностном слое оп-ре деленного количества нераспространяющихся трещин ( рис. 2).
Рисунок -2. Поверхностный упрочненный слой усталостного образца с нераспространяющимися трещинами
Упрочненный поверхностный слой четко виден и на изломах других образцов, подвергнутых ПДО. Зона долома на изломах имеет явное вязкое строение; имеют место и участки ручьистого излома.
При проведении дополнительного нагрева образцов после ПДО, имеет место уменьшение микротвердости всех исследуемых сплавов. Самое интенсивное снижение микротвердости установлено в сплаве 1950, наименьшее - в сплаве 1160Т. Сплав 1160Т при обработке в варианте ПДО + дополнительный нагрев показал наибольшее сопротивление усталости ( см. табл.1). В работе [10] снижение микротвердости при нагревах после ПДО объясняют процессами перераспределения и релаксации остаточных напряжений. Следует учитывать, что при длительных воздействиях температуры происходят изменения в фазовом составе сплавов. Так в естественно-состаренном сплаве 1160Т( в котором сформированы зоны Гинье-Престона) могут выделяться частицы промежуточных фаз. Это может приводить к снижению твердости сплава , но к повышению его усталостных характеристик .
Поскольку в структуре сплава 1950 отсутствуют упрочняюшие выделения ( закалка и старение сплава не проводились ), то он имеет пониженное сопротивление усталости.
Выводы.
1.В диапазоне напряжений 150-180 МПа повышенной сопротивляемостью усталости после ПДО поверхности обладает сплав 1950Т1( в сравнении со сплавами 1160Т и 1950). Дополнительный нагрев сплавов (до 125 °С в течение 100 ч) после ПДО снижает сопротивление усталости сплава 1950Т1, но повышает ее у сплава 1160Т.
2. ПДО образцов формирует на поверхности интенсивно травящийся слой повышенной микротвердости, для которого характерно присутствие сжимающих остаточных напряжений и состояние наклепа, что препятствует росту образовавшихся при усталостных испытаниях трещин.
3. Проведение дополнительного нагрева сплавов после ПДО вызывает релаксацию остаточных напряжений и снятие наклепа в поверхностном слое, что уменьшает сопротивление усталости ( имеет место в сплаве 1950Т1) , однако изменения фазового состав сплава может приводить к повышению сопротивления усталости ( сплав 1160Т).
Список литературы
1.Муратов В.С., Юдаев Д.П.. Влияние дополнительного старения при технологических нагревах на механические свойства и микроструктуру листовых полуфабрикатов из сплава 1151// Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочные, литейные и другие производства).- 2009.- №11.- С.41-43.
2. Муратов В.С., Морозова Е.А., Дворова Н.В., Закопец О.И.. Получение литых и деформированных заготовок из алюминиевых сплавов// Металлургия машиностроения.- 2012.- № 3.- С.36-38.
3. Кондратьев С.Ю., Зотов О.Г., Швецов О.В.. Структурная стабильность и изменение свойств алюминиевых сплавов Д16 и 1953 в процессе изготовления и эксплуатации бурильных труб// Металловедение и термическая обработка металлов. ).- 2013.- №10 (700).- С.15-21.
4.Муратов В.С., Трефилова Н.В., Хамин О.Н. Формирование поверхностной твердости деформируемых алюминиевых сплавов для обеспечения нанесения высококачественных ионно-плазменных покрытий// Заготовительные производства в машиностроении. (Кузнечно-штамповочные, литейные и другие производства).- 2014.- №.3.- С.41-44.
5. Трещиностойкость авиационных материалов в процессе испытания на усталость. [Электронный ресурс] / Ерасов В.С., Нужный Г.А., Гриневич А.В., Терехина А.Л //Труды ВИАМ - электронный научный журнал.- 2013.- № 10.- URL: http:// viam-works.ru/ ru/articles.
6. Рублев А. А. Методы определения момента возникновения трещины при повторных нагрузках. Методы оценки прочности и надежности материалов. -М. : ОНТИ ВИАМ.- 1974.- С. 157-162.
7.Пачурин Г.В Структурная повреждаемость и сопротивляемость усталости сплава В95пчТ2 при различных температурах// Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований.- 2014.- № 3.- С.28-33.
8. Гриневич А.В., Румянцева Ю.С., Морозова Л.В., Терехин А.Л.. Исследование усталостной долговечности алюминиевых сплавов 1163Т и В95о.ч.Т2 после поверхностного упрочнения// Авиационные материалы и технологии.- 2014.- №S4.- С.93-102.
9. Павлов В. Ф. Остаточные напряжения и сопротивление усталости упрочненных деталей с концентраторами напряжений / В.Ф.Павлов, В.А.Кирпичев, В.Б.Иванов- Самара: Издательство СНЦ РАН, 2008.-64с.
10. Кирпичев. В.А., Иванов Д.В., Саушкин М.Н.Остаточные напряжения в образцах из сплавов В95 и Д16Т после пневмодробеструйной обработки// Вестник Самарского гос.техн.ун-та. Сер. Физ.-хим.науки.- 2009.-№ 2(19).- С.260-263.
FATIGUE RESISTANCE 1160T AND 1950 ALLOYS TREATMENT CONDITIONES EFFECT
Morozova Elena Aleksandrovna,Cand.Tech.Sci.,associateprofessor
(e-mail:e.morozova2012@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia
1950,1950T1 and 1160T alloys fatigue resistence after air shot-penning treatment, additional heating (125 °C , 100 hours) and heat treatment are studied. It is established that additional heating after air shot-penning treatment leads to lowering 1950, 1950T1 alloys fatigue resistence; the 1160T alloy fatigue resistence is increased.
Key words: microstructure, microhardness, fatigue resistance, air shot-penning treatment, heat treatment, additional heating.
