Диссертация (1026269), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Исходная микроструктура сплава ВТ6 [124]Авторами было установлено, что наибольшее относительное удлинениеимели образцы с глобулярной структурой, а наименьшее – с мартенситной(Рисунок 1.38).42Относительное удлинение, %1613,61411,81210,3107,886420глобулярнаябимодальнаяпластинчатаямартенситРисунок 1.38. Влияние типа структуры сплава ВТ6на относительное удлинениеАналогичная зависимость была выявлена при исследовании пределавыносливости ( = −1,Предел выносливости, МПа200180= 10 ) (Рисунок 1.39).180158160153135140120100806040200глобулярнаябимодальнаяламеллярнаямартенситРисунок 1.39. Влияние типа структуры сплава ВТ6 на предел выносливостиВ работе Sieniawski et al. [104] было проанализировано влияние толщиныпластин α-фазы ламеллярной структуры на предел прочности и пределвыносливости ( = −1,= 10 ) сплава ВТ6 при температуре 20 °С.Было установлено, что при увеличении толщины пластины α-фазыпроисходит снижение предела прочности (Рисунок 1.40), а предел выносливостипрактически не изменяется (Рисунок 1.41).43Предел прочности, МПа1140112011151100108010681056106010381040102010009802,4 мкм3 мкм5,5 мкм7,6 мкмРисунок 1.40.
Влияние толщины пластины α-фазы напредел прочности сплава ВТ6Предел выносливости МПа5855805805755705705655655605605555502,4 мкм3 мкм5,5 мкм7,6 мкмРисунок 1.41. Влияние толщины пластины α-фазы напредел выносливости сплава ВТ6Таким образом, можно утверждать, что наилучшим комплексоммеханических свойств обладает мелкозернистая глобулярная структура либобимодальнаяструктурасмелкозернистойпервичнойα-фазойитонкопластинчатым строением β-превращенной фазы.1.4.2. Эволюция микроструктуры сплава ВТ6Основным способом управления свойствами титановых сплавов в целом,и сплава ВТ6 в частности, является управление микроструктурой.
Для получениярегламентированной микроструктуры необходимо знать связь параметров44режимов горячей обработки давлением и термообработки на изменениемикроструктуры.Основнымипроцессамиэволюциимикроструктуры,протекающими в титановых сплавах, являются:− полиморфное превращение;− мартенситное превращение;− глобуляризация (сфероидизация);− огрубление структуры.Процессы глобуляризации и огрубления структуры, происходящие втечение обработки давлением, называются динамическими, а при нагреве иливыдержке при повышенных температурах – статическими.В настоящее время для прогнозирования микроструктуры при разработкетехнологических процессов обработки давлением пользуются эмпирическимизависимости,представленнымиввидерекомендацийилидиаграммрекристаллизации (Рисунок 1.42).а) исходная структура глобулярнаяб) исходная структура ламеллярнаяРисунок 1.42.
Диаграмма рекристаллизации сплава ВТЗ-1, Тпп=990 °С [14]Данный способ достаточно нагляден, однако не позволяет анализировать сдостаточной точностью реальные процессы из-за неоднородных полейнакопленной деформации и температуры. Также не учитывается влияние45скорости деформации на изменение структуры. Кроме того, распределениемикроструктуры по объему поковки при помощи данного способа получитьтакже нельзя.Наиболее важным с практической точки зрения является процесспревращения ламеллярной структуры в глобулярную в процессе деформации, тоесть динамическая глобуляризация [137]. Считается, что существует двамеханизма динамической глобуляризации (Рисунок 1.43) [109; 137; 146]:а) за счет образования субзерен в пластинах α-фазы и дальнейшегопревращения низкоугловых границ в высокоугловые, реализуетсяпри высоких температурах и низких скоростях деформации;б) за счет образования полос сдвига в пластинах α-фазы и дальнейшегоих разрушения с образованием глобулярных зерен, реализуется припониженных температурах и высоких скоростях деформации.а) схемаб) образование субзеренв) полосы сдвигаРисунок 1.43.
Динамическая глобуляризацияламеллярной структуры [109; 137; 146]Таким образом, средний размер образующихся зерен α-фазы примерноравен толщине пластин α-фазы.Глобулярная структура также может формироваться из мартенсита посхожему механизму (Рисунок 1.44). Как было показано в работе Chao et al. [47],путем глобуляризации мартенсита может быть получена полностью глобулярнаяструктура со средним размером зерен 300 нм.46Рисунок 1.44. Динамическая глобуляризация мартенсита [47]В работе Semiatin et al.
[140] исследовалась кинетика динамическойглобуляризации в сплаве ВТ6. Исследовались образцы с толщиной пластин1 мкм и средним размером β-превращенных зерен 100 и 400 мкм (Рисунок 1.45).а)б)Рисунок 1.45. Исследуемая микроструктура [140]Было установлено, что динамическая глобуляризация сильно зависит отисходной микроструктуры и режима деформации (Рисунок 1.46). Началообразования глобулярной структуры наблюдается при величине накопленнойдеформации, равной 0,5, а полностью глобулярная структура формируется при̅ = 2,5. Кинетика динамической рекристаллизации также существенно зависитот скорости деформации: при большей скорости деформации динамическаяглобуляризация протекает более интенсивно.47Рисунок 1.46.
Кинетика динамической глобуляризации [140]В работе Quan et al. [108] исследовалась кинетика динамическойглобуляризации в сплаве ВТ6 со средним размером β-превращенных зерен100 мкм.Рисунок 1.47. Исследуемая микроструктура [108]Былиполученырезультаты,существенноотличающиесяотSemiatin et al. [140]. Исследования показали, что глобуляризация начинается48практически с началом деформации, а полностью глобулярная структураформируется при накопленной деформации 0,9. Зависимость кинетикиглобуляризации от параметров режима деформации практически отсутствует.Рисунок 1.48. Кинетика динамической глобуляризации [108]Кинетика динамической глобуляризации сплава ВТ6 исследовалась такжев работах Лопатина и др. [19; 95], Porntadawit et al.
[118], Park et al. [151], Shell иSemiatin [142], однако полученные результаты существенно различались. Такимобразом,сведения,найденныевтехническойлитературе,являютсяпротиворечивыми, поэтому для построения модели изменения микроструктурысплава ВТ6 при обработке давлением требуется проведение дополнительныхэкспериментальных исследований.Образование глобулярной структуры возможно также при статическойглобуляризации. При длительной выдержке при повышенной температурепроисходит миграция границ, что приводит к разбиению пластин α-фазы наглобулярные зерна.
При статической глобуляризации размер глобулярных зерензначительно превышает толщину пластин α-фазы [137; 141; 144–146].49Рисунок 1.49. Статическая глобуляризация [137]В работах Semiatin et al. [141], Stefansson et al. [145] было установлено, чтов сплаве ВТ6 (Тпп=995 °С) после деформации ( ̅ = 1,1) статическаяглобуляризация при температуре выдержки 955 °С начнется через 0,5 ч, аполностью завершится за 14 часов (Рисунок 1.50). При температуре выдержки900 °С статическая глобуляризация начнется через 10 ч, а полностью завершитсяза 100 часов (Рисунок 1.51).
Размер глобулярных зерен α-фазы в несколько разпревышает исходный размер пластин α-фазы, который был равен 2,5 мкм.а) 1 чб) 14 чРисунок 1.50. Статическая глобуляризация, ̅ = 1,1,= 955° [141]Таким образом, формирование глобулярной структуры за счет статическойглобуляризации является низкопроизводительным процессом, к тому жеполучаемая структура является крупнозернистой.50а) 14 чб) 50 чв) 100 чг) кинетика глобуляризации̅ = 1,1,= 900°Рисунок 1.51. Статическая глобуляризация [145]При выдержке при высокой температуре в сплаве ВТ6 происходитогрубление как ламеллярной, так и глобулярной микроструктуры.В работе Semiatin et al. [138] была определена кинетика роста глобулярныхзерен α-фазы при различной температуре выдержки (Рисунок 1.52). Видно, чтоскорость роста зерен увеличивается с повышением температуры.
Это связано суменьшением содержания α-фазы и границ раздела α/β фаз, которые тормозятмиграцию границ. Для предотвращения роста глобулярных зерен α-фазы последеформации необходимо немедленно осуществлять охлаждение поковки.51Рисунок 1.52. Кинетика роста глобулярных зерен α-фазы [138]В работе Semiatin и Poteet [139] было установлено, что ламеллярнаяструктура тоже огрубляется при выдержке при повышенной температуре(Рисунок 1.53). За 48 часов выдержки при температуре 955 °C толщина пластинα-фазы увеличилась в 2-3 раза. В реальных процессах обработки давлениемтитановых сплавов выдержка заготовок в печи не превышает нескольких часов,поэтому огрублением структуры можно пренебречь.Рисунок 1.53. Огрубление ламеллярной структуры [139]1.4.3.
Моделирование эволюции микроструктуры сплава ВТ6С бурным развитием вычислительной техники и метода конечныхэлементовсталовозможноиспользованиечисленныхметодовпрогнозирования микроструктуры.Для моделирования изменения микроструктуры используются:− узловые модели [103; 160]− метод Монте-Карло-Поттс [51; 123];для52− искусственные нейронные сети [90; 100];− модель клеточных автоматов [50; 105];− модель Джонсона-Мейла-Аврами-Колмогорова [19; 94; 95; 108; 117;118; 127; 147; 151];− мезомасштабная модель [122; 134];− модель фазового поля [48; 68; 112];Большинство из перечисленных выше моделей в основном касаютсятеоретических исследований и пока не используются для моделирования ипрогнозирования микроструктуры в технологических процессах. Кроме того,рассчитывается только одно из возможных превращений: глобуляризация илиобратное полиморфное превращение. Однако глобуляризация возможна тольков двухфазной области, поэтому необходимо рассчитывать одновременноглобуляризацию, прямое и обратное полиморфное превращение.Экспериментальноустановлено,чтокинетикадинамическойглобуляризации описывается сигмоидальными кривыми (Рисунок 1.46), поэтомудлямоделированиядинамическойглобуляризациинаиболееширокоприменяется модель Джонсона-Мейла-Аврами-Колмогорова в различныхформах [19; 94; 95; 107; 108; 117; 118; 127; 147; 151].УравнениеДжонсона-Мейла-Аврами-Колмогороваописываетсвязьмежду рекристаллизованной долей объема и деформацией:=1−где,–−∙,(1.22)константы.Средний размер рекристаллизованных зерен также зависит от исходноймикроструктуры и режима деформации:= (, , , )(1.23)53Выводы по первой главе1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
