Автореферат (Совершенствование технологии изготовления колец из титанового сплава ВТ6 путем определения рациональных режимов деформирования), страница 2

Анализ обнаруженных влитературе исследований кинетики динамической глобуляризации показал, чтосведения о моделях, описывающих изменение микроструктуры в сплаве ВТ6 приобработке давлением, являются противоречивыми, поэтому для построениямодели изменения микроструктуры сплава ВТ6 при обработке давлениемтребуется проведение дополнительных экспериментальных исследований.Отмечено, что существующие методы расчетов процессов изготовленияколец не позволяют прогнозировать микроструктуру конечного изделия,поэтомунеобходимосозданиеновойметодикипроектированиятехнологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6 с учетомизменения микроструктуры.Сформулированы цель и задачи исследования.Вторая глава посвящена разработке математической моделитехнологического процесса раскатки колец из сплава ВТ6.

Разработаннаяматематическая модель позволяет установить напряженное и деформированное4состояние заготовки на любой стадии процесса, определить распределениетемпературы по объему поковки, предсказать возникновение дефектов,рассчитать энергосиловые параметры и спрогнозировать изменениемикроструктуры.Основные допущения модели:- процесс деформации считался квазистатическим, динамические иволновые эффекты не учитывались;- материал заготовки сплошной, однородный, изотропный;- материал заготовки вязкопластический с нелинейным упрочнением;- материал заготовки является несжимаемым;- материал инструментов абсолютно жесткий;- вопросы разрушения заготовки и стойкости инструмента нерассматривались;- массовыми и объемными силами пренебрегали;- температура инструмента постоянная;- трение учитывалось по модели Зибеля;- фактор трения считался постоянным;- критерием пластичности был выбран критерий Губера-Мизеса.При решении тепловой задачи в модели учитываются конвекция иизлучение со свободной поверхности заготовки, конвективный теплообмен синструментами через смазку, тепловой эффект пластической деформации.Теплотехнические характеристики сплава ВТ6 и графитовой смазки взяты изсуществующих экспериментальных исследований.Ковка осуществляется на ковочном паровоздушном молоте М1345.

Выборданного технологического оборудования обусловлен его наличием вкузнечнопрессовом цехе АО «НПО Энергомаш имени академика В. П. Глушко».Последовательность ковки кольцевой заготовки состоит из трех операций(Рисунок 1): осадка, прошивка, пробивка перемычки.ОсадкаПрошивкаПробивкаРисунок 1. Последовательность ковки кольцевой заготовки из сплава ВТ6-При расчете ковки принимались следующие допущения:масса падающих частей 3150 кг;энергия удара 80 кДж;температура инструментов постоянная;начальная температура заготовки задавалась постоянной по объему;в паузе между ударами при осадке боек не контактировал с заготовкой;5- в паузе между ударами при прошивке инструмент оставался в контакте сзаготовкой;- пробивка моделируется логическим вычитанием объекта из заготовки.Раскатка осуществляется на кольцераскатной машине мод.

044 сноминальной силой 400 кН. Основные допущения, принимаемые при расчетераскатки колец:- стадии выравнивания толщины стенки кольца и калибровки немоделировались;- проскальзывание в калибре отсутствует;- изгиб кольца не учитывался.- главный валок вращается с постоянной угловой скоростью;- оправка движется с постоянной линейной скоростью;Была разработана методика прогнозирования микроструктуры сплава ВТ6при обработке давлением, учитывающая динамическую глобуляризацию,прямое и обратное полиморфное превращение (Рисунок 2).НачалоШаг расчета МКЭРасчет доли β-фазынетдаε > 0 ?нетдаT < TПП ?нетε > εcдаРасчет XглобXглоб =0нетдаРасчет окончен?Вывод результатовКонецРисунок 2.

Укрупненная блок-схема алгоритма прогнозированиямикроструктуры сплава ВТ6Были введены следующие допущения:- огрубление структуры не происходит за счет сдерживающего влияниямежзеренной β-фазы;- полиморфное превращение происходит при достижении температурыполного полиморфного превращения;6- продуктом обратного полиморфного превращения является ламеллярнаяструктура с параметрами, идентичными исходной;- влияние типа и параметров исходной микроструктуры на кинетикудинамической глобуляризации не учитывается.- кинетика динамической глобуляризации описывается уравнениемДжонсона-Мейла-Аврами-Колмогорова:глобгде,,,,=1−–−∙(1),∙константы.Проведен анализ влияния учета теплопроводности инструментов нарезультаты решения тепловой задачи.

Было установлено, что допущение опостоянстве температуры инструмента не оказывает существенного влияния нарезультаты расчета.В третьей главе описаны экспериментальные исследования, проведенныена сплаве ВТ6 производства ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».Фактический химический состав приведен в Таблице 1.Таблица 1.Химический состав сплава ВТ6, использованного в исследованииГОСТ 19807-91Факт. хим. составFeдо 0,60,13Cдо 0,10,05Siдо 0,10,03V3,5 - 5,34,36Al5,3 - 6,85,94Zrдо 0,30,04TiосноваЗаготовки нагревались до 1040 °C, выдерживались при даннойтемпературе 10 минут и закаливались в воду. Данная термообработкаиспользовалась для получения ламеллярной структуры, которая характерна дляслитков и полуфабрикатов, обработанных в β-области.

Микроструктура сплаваВТ6 после закалки представлена на Рисунке 3. Средний размер зерен β-фазысоставил 337,4 мкм, средняя толщина пластин α-фазы 1,43 мкм.Рисунок 3. Микроструктура сплава ВТ6 после закалки с 1040 °C в воду7Модификация кривых теченияТемпература полного полиморфного превращения сплава ВТ6 былаопределена согласно инструкции ВИАМ № 1054-76 и составила 955 °C.Был разработан и реализован полнофакторный план эксперимента дляопределения реологической модели сплава ВТ6 в диапазоне температур от800 °C до 1040 °C и скоростей деформации от 0,01 с-1 до 50 с-1.Механические испытания при скоростях деформации от 0,01 до 1 с-1проводились в изотермических условиях на универсальной испытательноймашине Zwick/Roell Z050 с номинальной силой 50 кН. Машина оборудованатрехзонной печью сопротивления с максимальной температурой 1200 °С исистемой подачи аргона в зону деформации для проведения испытаний взащитной атмосфере.

Контроль температуры осуществляется тремятермопарами ХА. Механические испытания со скоростью деформации 50 с-1проводились на комплексе Gleeble 3800. Для предотвращения окисленияиспытание проводилось в вакууме. Нагрев осуществлялся электроконтактнымспособом, а охлаждение – сжатым воздухом. Температура контролировалась потермопаре ХА, приваренной к образцу.ДляучетанеоднородностиНачальные кривые течения и графики силыдеформации,тепловогоэффектдеформации и трения использовалсяРасчет МКЭусовершенствованнаяметодикаинверсногоанализа,укрупненныйЭкспорт графиков силыалгоритм которой приведен на Рисунке 4.Данная методика позволяет определятьРасчет целевой функции Fсемейство кривых течения. При расчетахначальнаятемпературазаготовкиНетF<εсчиталась постоянной по объему.Расчетная скорость деформированияКривые течения определенысоответствовалареальнойскоростидеформированияприиспытаниях.Семейство кривых течения задается в Рисунок 4.

Укрупненная блок-схемаалгоритма инверсного анализатабличном виде. Определение кривыхтечения осуществлялось путем минимизации целевой функции:=где–––( )–11−,(2)количество кривых течения;число точек, аппроксимирующих кривую течения;экспериментально определенная сила в точке, Н;рассчитанная сила в точке, Н.При помощи усовершенствованной методики инверсного анализа былиполучены кривые течения, представленные на Рисунке 5.8, МПа= 1с, МПа= 0,01с= 50с, МПа, МПа= 0,1сРисунок 5.

Кривые течения сплава ВТ6Верификация полученной реологической модели показала, что ошибкарасчета силы деформирования не превышает 10% для скоростей деформации от0,01 до 1 с-1 и 21,5% для скорости деформации 50 с-1 (Рисунок 6). Точкамипоказаны экспериментальные данные.= 800°0,1 с1050,01 с-124Сила, кН10= 860°80,1 с640,01 с-120024620,01 с-120244Перемещение, мм66= 1040°41 с-130,1 с-1210,01 с-101 с-10,1 с-100,01 с-12460 800 °С= 920°402061 с-10,1 с-151 с-1-1= 980°406Сила, кН0Сила, кН-10Сила, кН61 с-1Сила, кНСила, кН156= 50с860 °С40920 °С200980 °С1040 °С02468101214Перемещение, ммРисунок 6. Верификация реологической модели сплава ВТ6Определение фактора трения сплава ВТ6 осуществлялось при помощиметода осадки кольца.

Фактор трения при использования различных смазокпредставлен в Таблице 2.9Таблица 2.Фактор трения сплава ВТ6СмазкаБез смазкиГрафитWS2Фактор трения0,980,800,78Экспериментально обосновано допущение об отсутствии статическойглобуляризации сплава ВТ6. Исследование проводилось в диапазоне температурот 800 до 920 °C, истинных деформаций от 0,12 до 0,4, скоростей деформации от0,01 до 1 с-1 и времени выдержки после деформации от 10 до 180 с. Установлено,что микроструктура образцов после испытаний является ламеллярной.

Былисделаны следующие выводы:- статическая глобуляризация не происходит при температурно-скоростныхпараметрах и времени выдержки, реализуемых в технологическомпроцессе изготовления колец;- критическая деформация начала динамической глобуляризациипревышает 0,4.Разработан и реализован план эксперимента для идентификациипараметров математической модели динамической глобуляризации сплава ВТ6(Таблица 3).Получены снимки структуры в центральной точке образцов (Рисунок 7).Средний размер зерен рассчитывалсяТаблица 3.методом подсчета пересечений границ зерен иПлан эксперимента пометодом измерения длин хорд, доляглобулярной α-фазы в бимодальной структуре исследованию динамическойглобуляризации сплава ВТ6определялась путем наложения сетки сразмером ячейки 5х5 мкм.

Глобулярной №,T, °Cε, с-1п/псчиталасьморфологияα-фазыс17900,010,6соотношением сторон менее 3 к 1.279011,1Расчетное значение среднего размера37900,11,5зерен глобулярной α-фазы сплава составило48400,010,61,39±0,19 мкм, поэтому можно считать его не584011,1зависящим от температурно-скоростных68400,11,5условий деформации.78900,010,6Дляоценкинеоднородности889011,1деформации, обусловленной действием сил98900,11,5трения на поверхностях контакта образца синструментом и тепловым эффектом пластической деформации, проводилосьмоделирование испытаний в программном комплексе DEFORM.