Карабаналов Максим Сергеевич. Разработка режимов упрочняющей обработки низколегированных двухфазных титановых сплавов

Короткий опис

Карабаналов Максим Сергеевич. Разработка режимов упрочняющей обработки низколегированных двухфазных титановых сплавов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.16.01 / Карабаналов Максим Сергеевич; [Место защиты: Ур. гос. техн. ун-т].- Екатеринбург, 2008.- 166 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/799

ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ - УЛИ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ
Б.Н. ЕЛЬЦИНА»
На правах рукописи
0420095І92.5
Карабаналов Максим Сергеевич
РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ
НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ДВУХФАЗНЫХ ТИТАНОВЫХ
СПЛАВОВ
Специальность: 05Л6.01 - Металловедение и
термическая обработка металлов
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Попов А.А.
Екатеринбург 2008 
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОПРОЧНОГО СОСТОЯНИЯ В
ДВУХФАЗНЫХ СПЛАВАХ ТИТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (аналитический обзор) 7
1.1. Краткая характеристика а+р титановых сплавов 7
1.2. Изменение структуры, фазового состава и механических
свойств при термической обработке титановых сплавов 21
1.3. Влияние деформации на структуру и свойства титановых
сплавов 34
1.4 Изменение текстуры в титане и его сплавах в зависимости от
режима обработки 37
1.4.1 Анализ образования текстуры в промышленных сплавах
титана 39
1.4.2 Текстуры отжига полуфабрикатов из титановых сплавов.... 43
1.5 Постановка задачи исследования 44
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 46
2.1. Исследуемые сплавы 46
2.2. Термическая обработка сплава Ti-6Al-6Nb 46
2.3. Термическая обработка сплава Ti-6Al-4VEli 47
2.4. Методика исследований 52
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ТЕРМООБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ В ПОЛУФАБРИКАТАХ ИЗ СПЛАВА Ti-6Al-7Nb 57
3.1 Формирование структуры и свойств при варьировании
температурно-скоростных параметров обработки 57
3.2 Изменение механических свойств сплава в зависимости от
режима термообработки 82
3.3 Влияние режимов упрочняющей термической обработки на
формирование структуры и свойств сплава Ti-6Al-7Nb 87
3.4 Выводы 99
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ, ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ В ПОЛУФАБРИКАТАХ ИЗ СПЛАВА ТИПА ТІ-6А1-4У 101
4.1 Исходное состояние сплава Ti-6Al-4VEli 101
4.2. Изучение влияния параметров обработки в двухфазной области на структуру сплавов 102
4.2.1 Исследование процессов формирования структуры при
, нагреве вблизи Т1Ш в сплавах ТІ-6А1-4УЕН и ВТ6 102
4.2.2 Изучение фазового состава сплава и текстуры сплава
Ti-6А1-4VEH при ВТМО 107
4.2.3 Изучение фазового состава сплава и текстуры, закаленных
образцов сплава ТІ-6А1-4У ЕН в зависимости от степени горячей деформации 107
4.2.4 Исследование изменений структуры сплава T1-6A1-4V Eli'в
зависимости от режимов термомеханической обработки 110
4.2.5 Изучение изменений фазового состава сплава ТІ-6А1-4УЕН
и текстуры в зависимости от продолжительности последеформационного подогрева 113
4.3 Исследования влияния холодной и теплой деформации на
фрагментацию структуры сплава ТІ-6А1-4УЕН 120
4.3.1 Изучение процессов проходящих при протекании холодной пластической деформации : 121
4.3.2 Изучение текстуры и микроструктуры формирующейся в результате холодной деформации с промежуточными отжигами 123
4.3.3 Изучение текстуры и микроструктуры формирующейся в
результате теплой деформации 127
4.3.4 Изучение текстуры и микроструктуры формирующейся в
результате тёплой деформации с повышенными степенями обжатия 131
4.3.5 Механические свойства после термической и
термомеханической обработок 134
4.5 Формирование структуры сплавов при
последеформационном отжиге 136
4.6. Отработка рекомендуемого режима ТМО для формирования СМК структуры и высокопрочного состояния сплава
ТІ-6А1-4УЕН 143
4.7 Выводы 153
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 155
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 157

Список літератури

выводы
1. Изучено протекание структурных и фазовых превращений в горячекатаном а+р сплаве Ti-6Al-7Nb. Построена диаграмма изменения фазового состава сплава в зависимости от температуры нагрева и скорости охлаждения. Показано, что малые скорости охлаждения приводят к росту частиц первичной a-фазы путем движения межфазной а/p границы без образования вторичных выделений. С увеличение скорости охлаждения наблюдается переход от структуры корзиночного плетения a-фазы к структуре а’-мартенсита. На основании определения химического состава фаз и оценки условного коэффициент Р-стабилизации p-фазы построена диаграмма изменения объемной доли фаз в закаленном сплаве в зависимости от температуры нагрева.
2. Показано, что в случае формирования двухфазной структуры в сплаве Ti-6Al-7Nb при охлаждении на воздухе с повышенных температур уровень прочности определяется объемной долей частиц a-фазы и их морфологией, в то время как при закалке в воду - ти пом и количеством формирующихся метастабильных фаз. Наиболее высокий уровень свойств достигается за счет распада метастабильного твердого раствора после охлаждения сплава с температуры нагрева 750 °С и последующего старения при 450 - 500 °С. Если охлаждение было осуществлено в воду достигаемый уровень свойств составляет: ав = 980 - 1005 МПа; 8 = 15 - 16,5 %; ]/ = 49,0 - 52,0 %; KCU = 0,7 - 0,75 МДж/м , а при охлаждении на воздухе - ав = 980 МПа; а0)2 = 930 МПа; 8 = 18,0 %; |/ = 52,0 %; KCU = 0,75 МДж/м2.
3. Установлено, что скорость роста рекристаллизованного P-зерна при нагреве сплава ТІ-6А1-4У в двухфазную область, превышает скорость растворения a-фазы. Соответственно в условиях нагрева в двухфазной области горячекатаной структуры получение рекристаллизованого p-зерна не ограниченного частицами a-фазы невозможно. Основным механизмом холодной деформации при малых степенях обжатия закаленных образцов является двойникования по плоскостям {10-12}. С увеличением степени деформации возрастает роль базисного скольжения. Повышение температуры деформации усиливает роль скольжения по призматическим плоскостям.
4. Показана возможность получения развитой фрагментированной структуры за счет последовательной реализации различных механизмов деформации варьируя условия деформации. При отжиге в интервале 500 — 700 °С как в первичной a-фазе, так и в мартенситной матрице протекают процессы фрагментации в результате развития полигонизации и рекристаллизации. Увеличение температуры отжига и в меньшей степени времени выдержки активизирует развитие этих процессов и укрупнение равноосных зерен a-фазы. Так, например, отжиг в течение 1 часа в исследуемом интервале температур приводит к формированию областей с субмикрокристаллической структурой с размерами рекристаллизованного зерна от 150 нм (отжиг при 550 °С) до 1 мкм (отжиг при 700 °С).
5. Установлено, что обработка сплава ТІ-6А1-4У по режиму:
деформация при Тд=Тпп-10 °С, 8-минутный последеформационный отжиг при той же температуре, закалка в воду, холодная деформация (е~12%), теплая деформация 600 °С (s~17%), отжиг Т = 550 °С 2 часа, теплая деформация 550 °С (є~32%) приводит к фрагментации (3-превращенной структуры в сплаве ВТ6, что проиллюстрировано методом ДОРЭ. На промышленных полуфабрикатах реализован следующий уровень свойств ств = 1260 МПа, (То,2 = 1190 МПа, 5 = 13%, ¥ = 32%.