Физические основы получения в метастабильных титановых бета-сплавах высокопрочных/высоковязких структурных состояний для изделий ответственного назначения

Номер гранта:14-08-90411
Область научного знания:фундаментальные основы инженерных наук
Тип конкурса: («Укр_а»)(«укр_а») международный конкурс российско-украинских проектов
Год выполнения:2014г.
Руководитель: Попов А.А.
Статус заявки:поддержана

Аннотация к заявке:

Проект направлен на решение актуальной задачи по повышению надежности и работоспособности изделий ответственного назначения из титановых сплавов за счет повышения характеристик прочности и энергоемкости разрушения в результате формирования необходимых структурных состояний в ходе целенаправленного термического воздействия. В проекте планируется провести комплексное теоретически-расчетное и экспериментальное исследование влияния такого фактора как химическая и структурная негомогенность на фазовый состав и механическое поведение сплавов титана на основе метастабильной бета-фазы. В качестве материала исследования будет использованы комплексно-легированные сплавы системы Ti-Al-Mo-V-Cr. На основе компьютерного моделирования процессов перераспределения легирующих элементов и матричного металла (титана) в ходе нагрева и охлаждения с различными скоростями будут определены основные термокинетические зависимости и режимы, рекомендуемые для последующего экспериментального исследования по получению высокопрочного состояния с уровнем более 1350 МПа. На базе построения структурных диаграмм протекающих превращений в широком диапазоне температурно-скоростных режимов термической обработки будет осуществлена разработка научно обоснованных решений по созданию высоковязкого состояния (свыше 100 МПа*м^0.5) в исследуемых сплавах с использованием оригинальных режимов термического воздействия, адаптированных под обработку крупногабаритных полуфабрикатов ответственного назначения. В результате выполнения проекта предполагается разработать физические основы как скоростной, так и регламентированной термической обработки метастабильных бета-сплавов на основе титана, которые обеспечат наилучшее сочетание высокой прочности/ вязкости с другими механическими и служебными характеристиками, что является актуальным для основных областей их применения в промышленности.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Предметом исследований являлись структурно-фазовые превращения, протекающие в опытных (на основе системы Ti-Cr и Ti-Cr-H) и промышленных (VST2, VST5553) высокопрочных двухфазных титановых сплавах при термической обработке. Были исследованы особенности формирования фазового состава сплавов системы Ti - Cr и Ti - Cr - H после закалки из бета-области и последующего длительного вылеживания. Изучена морфология выделяющихся фаз и предложены схемы, объясняющие особенности формирования фазового состава в водородсодержащих сплавах при их вылеживании. Показана взаимосвязь микродюрометрических характеристик исследованных сплавов с их фазовым составом. Изучены особенности протекания процессов распада бета-фазы сплава VST5553 во время охлаждения и при старении в зависимости от структурных характеристик первичной альфа-фазы, а также ее химического состава. Рассмотрена взаимосвязь между комплексом полученных свойств двухфазного титанового сплава VST2 и особенностями формирования структуры при охлаждении в разных средах с температур нагрева в интервале 790…990 °С и построены диаграммы изменения структурно-фазового состояния в сплаве при исследованных температурно-скоростных параметрах обработки и диаграмма изменения объемной доли фаз при закалке. Показано, что реализация сдвиговых процессов при старении сплава VST5553 зависит от межпластинчатых расстояний и имеется конкуренция гетерогенного и гомогенного механизмов распада. При малых расстояниях распад в основном происходит без образования промежуточной альфа”- фазы и прирост твердости в этом случае меньше, чем при больших межпластинчатых расстояниях. Превалирование гетерогенного механизма наблюдается при большей доли межфазных границ и наоборот, при меньшем количестве межфазных границ, в основном реализуется гомогенный механизм зарождения и роста продуктов старения. При непрерывном охлаждении сплава VST5553 с температуры Тпп - 70°С в диапазоне скоростей 0,5…5°/ мин, скорость распада переохлажденной бета-фазы зависит от межпластинчатого расстояния и преимущественно реализуется гетерогенным механизмом распада. При межпластинчатых расстояниях менее 1,5 мкм, реализуется только гетерогенный механизм распада. При неравномерном охлаждении со скоростью 10°С/мин до 500°С и далее, со скоростью 5°С/мин до 350°С, вклад гомогенного механизма усиливается. Исследованы структура и механические свойства крупногабаритного полуфабриката из сплава VST5553, обработанного по схеме BASCA (Beta Annealed, Slow Cooled, Aged). Проведены испытания на ударный изгиб и замедленное разрушение. Определены микроструктура и изломы образцов. Для интенсификации процессов распада бета-фазы в приграничных областях разработана дополнительная термическая обработка, включающая выдержку в диапазоне температур 770 - 790 °C, охлаждение на воздухе и старение при пониженных температурах 550 - 600 °C, что обеспечило повышение механических характеристик при замедленном разрушении.
Аннотации к заявке и отчету приведены в авторской редакции. по состоянию на 28.03.2024.
Помог ли вам материал?
0    0