Давыденко Людмила Васильевна. Обоснование требований к режимам термической обработки ''альфа''+''бета''-титановых сплавов, обеспечивающим оптимальный комплекс механических свойств и обрабатываемости резанием

Короткий опис

Давыденко Людмила Васильевна. Обоснование требований к режимам термической обработки ''альфа''+''бета''-титановых сплавов, обеспечивающим оптимальный комплекс механических свойств и обрабатываемости резанием : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.01 / Давыденко Людмила Васильевна; [Место защиты: МАТИ - Российский государственный технологический университет].- Москва, 2003.- 196 с.: ил.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«МАТИ»- РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО
На правах рукописи
СД.2иО.З 0 4 4 5 2 " УДК 669.295.5.018.2:539.219.3
ДАВЫДЕНКО Людмила Васильевна
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К РЕЖИМАМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
а+Р-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМ ОПТИМАЛЬНЫЙ
КОМПЛЕКС МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ
РЕЗАНИЕМ
Специальности: 05.16 01. - Металловедение и термическая обработка металлов 05.02.01. - Материаловедение (машиностроение)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научные руководители: доктор технических наук, профессор Зубков Н.С.; кандидат технических наук, доцент Егорова Ю.Б.
Москва 2002
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
Введение 4
ГЛАВА I. Состояние вопроса. Обоснование цели и задач исследования 7
1.1. Общая характеристика титановых сплавов 7
1.1.1. Классификация титановых сплавов 7
1.1.2. Фазовые превращения в титане и его сплавах 12
1.1.2.1. Общая характеристика стабильных и метастабильных фаз в титановых сплавах 12
1.1.2.2. Превращения, протекающие в титановых сплавах при закалке и старении 14
1.1.3. Термическая обработка а+Ртитановых сплавов 19
1.1.4. Влияние параметров структуры на механические свойства титановых сплавов 23
1.1.5. Общая характеристика сплава ВТ6 26
1.1.6. Общая характеристика сплава ВТ23 33
1.2. Обрабатываемость резанием титановых сплавов 39
Обоснование цели и задач исследования 54
ГЛАВА II. Материалы для исследований и методика эксперимента 57
2.1. Материалы для исследований 57
2.2. Методика проведения экспериментов 59
ГЛАВА III. Влияние термической обработки на формирование структуры, свойств и обрабатываемость резанием титанового сплава ВТ6 64
3.1. Влияние режимов термической обработки на структуру, фазовый состав и механические свойства сплава ВТ6 64
3.2. Влияние режимов термической обработки на обрабатываемость резанием сплава ВТ6 87
Выводы по главе III 96
ГЛАВА IV. Влияние термической обработки на формирование структуры, свойств и обрабатываемость резанием сплава ВТ23 99
4.1. Влияние термической обработки на структуру, твердость и обрабатываемость резанием сплава ВТ23 99
4.1.1. Влияние различных режимов закалки и старения на структуру,
фазовый состав и твердость сплава ВТ23 99
4.1.2. Влияние упрочняющей термической обработки на обрабатываемость резанием сплава ВТ23 115
4.2. Обоснование режимов термической обработки сплава ВТ23, обеспечивающих повышенную обрабатываемость его резанием 121
4.2.1. Влияние термической обработки на структуру и фазовый состав сплава ВТ23 122
4.2.2. Влияние термической обработки на механические свойства сплава ВТ23 129
4.2.3 Влияние термической обработки на обрабатываемость резанием сплава ВТ23 134
4.2.4 Результаты корреляционно-регрессионного анализа 140
4.2.4.1. Исследование корреляционных связей между механическими свойствами сплава ВТ23 и режимами термической обработки 140
4.2.4.2. Исследование корреляционных связей между обрабатываемостью резанием, режимами термической обработки и механическими свойствами сплава ВТ23 после закалки и старения 148
4.2.4.3. Исследование корреляционных связей между обрабатываемостью резанием и механическими свойствами сплава ВТ23 152
Выводы по главе IV 157
ГЛАВА V. Обсуждение экспериментальных данных и практические рекомендации 159
5.1. Обсуждение экспериментальных данных 159
5.2. Практические рекомендации 173
Выводы по главе V 184
Основные выводы по работе 185
Библиографический список 187
Приложение 195

Список літератури

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
1. Уточнены закономерности влияния температуры ковки, температуры нагрева под за¬калку, температуры и времени старения на структуру, фазовый состав и механические свойства сплавов ВТ6 и ВТ23. Построены диаграммы «фазовый состав-температура старения - время старения» для сплава ВТ6 после закалки с разных температур.
2. Установлены математические зависимости механических свойств титановых сплавов ВТ6 и ВТ23 от режимов термической обработки. С повышением температуры нагрева под закалку прочностные свойства сплавов после старения увеличиваются. Макси¬мальное упрочнение наблюдается после старения при 500°С, 4-6 час для сплава ВТ23 и при 600°С, 1 час для сплава ВТ6.
3. Отжиг по ТУ (800-875°С) практически не влияет на обрабатываемость резанием сплавов ВТ6 и ВТ23 по сравнению с состоянием поставки. Сравнение характеристик обрабаты¬ваемости сплавов ВТ6 с kß=0,29 и двух плавок сплава ВТ23 с кр=0,66 и кр=О,75 в ото¬жженном состоянии показало, что наиболее низкие показатели наблюдаются для спла¬в ВТ23 с коэффициентом ß-стабилизации 0,75.
аиболее высокие характеристики обрабатываемости резанием cri i в ВТ6 и ВТ23 обнаружены после закалки с критических температур, когда в сплавах фиксируется максимальное количество метастабильной ß-фазы. В термоупрочненном состоянии на¬блюдается улучшение обрабатьг 'ости резанием сплавов ВТ6 и ВТ23 с понижением температуры нагрева под зака еньшением времени выдержки при старении и с повышением температуры старения. Оптимальные для механической обработки режи¬мы упрочняющей термической обработки: для сплава ВТ6 - Тз=800-875°С, Тт=600°С, TLT=1 Ч; для сплава ВТ23 - Т3=700°С; Т„=600°С; тст=1час.
5. При точении сплавов ВТ6 и ВТ23 обрабатываемость резанием улучшается с уменьше¬нием размера ß-зерна, толщины а-пластин и а-оторочки по границе зерна. Выявлена тенденция улучшения обрабатываемости резанием сплавов ВТ6 и ВТ23 с увеличением количества метастабильной ß-фазы для исследованных режимов термической обра¬ботки и резания. Обрабатываемость резанием сплавов ВТ6 и ВТ23 улучшается с по¬нижением прочностных характеристик и повышением пластичности обрабатываемых сплавов.
6. Проведен статистический анализ связи обрабатываемости резанием различных тита¬новых сплавов с их химическим, фазовым составом, теплофизическими и механиче¬скими свойствами. Показано, что с увеличением коэффициента р-стабилизации спла¬вов, алюминиевых и молибденовых коэффициентов, количества Р-фазы, уменьшением коэффициента теплопроводности и повышением прочности обрабатываемость резани¬ем титановых сплавов в отожженном состоянии ухудшается. Предложены критерии, по которым можно прогнозировать обрабатываемость резанием титановых сплавов в зависимости от их химического и фазового состава, теплофизических и механических свойств.
7. Уточнена классификация титановых сплавов по обрабатываемости резанием (в ото¬жженном состоянии): сплавы с низкой обрабатываемостью резанием (ВТ18У, ВТ25, ВТЗ-1, ВТ23, ВТЗО, ВТ22), сплавы со средней обрабатываемостью резанием (ВТ5-1, ВТ20, ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТ14, ВТ16) и с повышенной обрабатываемостью резанием (ВТ 1-00, ВТ 1-0, ОТ4-0, ОТ4-1, ПТ-7М).
8. Разработаны математические связи режимов резания с режимами термической обра¬ботки, механическими свойствами, параметрами структуры и фазовым составом тита¬новых сплавов, что позволяет назначать оптимальные режимы резания в зависимости от проведенной термической обра' :и. Построены номограммы для назначения ре¬жимов резания в зависимости о: чмов термической обработки сплавов ВТ6 и
ВТ23.
9. Разработаны практические рекомендации по механической обработке титановых спла¬вов с использованием термической обработки. Для повышения эффективности меха¬нической обработки сплавов ВТ6 и ВТ23 черновую и получистовую механические об¬работки целесообразно проводить после закалки с критических температур (-850- 875°С для сплава ВТ6; -830 850°С - ВТ23), а чистовую - после старения (при 550- 600°С, 2 часа для сплава ВТ6; при 500-550 °С, 10 часов для сплава ВТ23). Для сплава ВТ23 можно также рекомендовать следующую последовательность операций: а) чер¬новая механическая обработка после закалки с температуры 850°С и старения при 400°С, 1 час; б) чистовая механическая обработка после старения при 525°С, 8 часов. Практическое значение работы подтверждено актом от НИИД о возможности исполь¬зования предложенных в диссертации практических рекомендаций в производствен¬ных условиях.