CC BY
50
сложных поверхностей // Вестник машиностроения. 2003. № 5. с. 61.
7. Петухов Ю.Е. Проектирование инструментов для обработки резанием деталей с фасонной винтовой поверхностью на стадии технологической подготовки производства. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук / Москва, 2004.
8. Петухов Ю.Е., Водовозов А.А. Математическая модель криволинейной режущей кромки спирального сверла повышенной стойкости // Вестник МГТУ Станкин. 2012. № 3. с. 2832.
9. Родин П.Р. Геометрия режущей части спирального сверла. - К.: Техшка, 1971. - 136 с.
10. Романов В.Б. Повышение точности производящего профиля зуборезных долбяков.
11. Султанов Т.А., Артюхин Л.Л. Кинетопластика // СТИН. 2004. № 8. с. 31.
Исследование статистических связей механических свойств с химическим составом прутков и листов из титановых сплавов
к.т.н. доц. Давыденко Л.В. Университет машиностроения 8 (495) 223-05-23, доб. 15-51, [email protected] д.т.н. проф. Егорова Ю.Б., к.т.н. доц. Мамонов И.М., Чибисова Е.В.
МАТИ - РГТУ имени К.Э. Циолковского egorova_mati@mail. ги
Аннотация. На основе статистического анализа опубликованных данных по механическим свойствам установлены корреляционные связи предела прочности, относительного удлинения, поперечного сужения с химическим составом титановых сплавов разных классов.
Ключевые слова: титановые сплавы, механические свойства, химический состав
К настоящему времени в мире исследовано несколько сот опытных титановых сплавов и разработано более сотни промышленных композиций [1, 2]. В связи с этим целесообразно провести статистическое обобщение их состава, механических и технологических свойств. Несмотря на большое число опубликованных материалов (статей, монографий, сборников трудов конференций и т.п.), в них не всегда указан точный химический состав исследованных сплавов. В ранее проведенных нами исследованиях [3-6 и др.] в качестве исходных данных для статистического анализа был использован средний химический состав сплавов по нормативной документации и типичные механические свойства (предел прочности и относительное удлинение) отожженных прутков диаметром 8-12 мм [1, 2]. Для оценки прочностных и пластических свойств прутков в зависимости от содержания легирующих элементов и примесей были использованы понятия о структурных и прочностных эквивалентах легирующих элементов и примесей по алюминию и молибдену [1]. Совместное влияние Р-стабилизирующих элементов на структуру и прочность сплавов можно оценить с помощью структурного и прочностного эквивалентов по молибдену, а влияние а-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей - с помощью структурного и прочностного эквивалентов по алюминию [1]:
№ = %А1 + %8п/3 + %7г/6 +10[%0 + %С + 2% N ], (1)
[Мо]™? = %Мо + %Та/4,5 + %КЪ/3,3 + «^/2 + %У/1,4 + %Сг/0,6 + %Мп/0,6 + (2) + %Бе/0,4 + %№/0,8,
[А1£ = % А1 + %8п/2 + %2г/3 + 3,3%$ + 20%0 + 33% N + 12%С, (3)
[Мо]?кв = %Мо + %У/1,7 + %Мп + %W + %Сг/0,8 + %Бе/0,7 + %Ш/3,3. (4)
В монографии [2] для расчета уровня прочности отожженных прутков (диаметром 8-12
мм) а-, псевдо а- и а+Р-титановых сплавов было предложено использовать прочностные эквиваленты по алюминию и молибдену:
= 235 + 60[Alt + 50[Mo]:: (5)
где: g0=235 МПа соответствует временному сопротивлению разрыву чистого титана.
В наших работах [3-6] для оценки относительного удлинения прутков диаметром 8-12 мм в зависимости от прочностных эквивалентов для а-, псевдо а- и а+Р-сплавов титановых сплавов с [Al] ~ 3-14% и [Mo] ~ 0-6% было получено соотношение:
8 = 27,6 - 1,l[Al£ - 0,92[Mo£ (6)
Для отечественных и зарубежных титановых сплавов всех классов (а, псевдо а, а+Р, псевдо Р) регрессионная зависимость относительного удлинения прутков 8-12 мм от предела прочности титановых сплавов имеет вид [3]:
5 = 57,3 - 0,078а; + 3,3 -Ш^а;2. (7)
Однако для практических целей более удобна линейная модель, которая была получена для оценки относительного удлинения отечественных сплавов (при 0^=400-1200 МПа) [6]:
5 = 36 - 0,02<гв. (8)
Цель настоящей работы состояла в установлении статистических зависимостей механических свойств кованых прутков диаметром 12-65 мм и листов толщиной 1,5-8,0 мм от конкретного (а не среднего по ГОСТ) химического состава титановых сплавов (в отожженном состоянии). Для этого были обобщены и статистически обработаны только те литературные данные, в которых был указан конкретный состав сплава, вид полуфабриката (прутки и листы), его габариты (диаметр или толщина), направление вырезки образцов, конкретные режимы отжига и механические свойства. В качестве литературных источников в основном были использованы результаты исследований, проведенные в ВИАМе и опубликованные в сборниках статей и монографиях [7-13]. Всего было исследовано 174 композиции химического состава отечественных промышленных и модельных сплавов, из них для прутков - 113, листов - 61. Для исследованных сплавов структурный эквивалент по алюминию изменяется от 1,5 до 12%, по молибдену - от 0 до 24% (для прутков) и до 33% (для листов); прочностной эквивалент по алюминию - от 3,8% до 13,5 %, по молибдену - от 0 до 10% (для прутков) и до 6% (для листов). Предел прочности прутков и листов из исследованных сплавов (после полного отжига) лежит в интервале 385-1520 МПа и 378-1330 МПа соответственно, относительное удлинение - 3,0-44,0 % и 8,0-40,0%, поперечное сужение - 19,0-80,0% и 22,0-70,0%; ударная вязкость - 0,23-2,63 МДж/м2 и 0,14-2,0 МДж/м2.
Статистический анализ проводили в программе «Stadia 8.0» [14]. Исследуемыми факторами были структурные и прочностные эквиваленты легирующих элементов и примесей по алюминию и молибдену, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, поперечное сужение, ударная вязкость, диаметр прутка, толщина листа.
ность сплавов к растворному упрочнению исчерпывается и формулы (3) и (4) для расчета
Серия 2. Технология машиностроения и материалы. прочностных эквивалентов становятся неприемлемыми.
Таблица 1
Результаты регрессионного анализа зависимости механических свойств прутков диаметром 12-65 мм из титановых сплавов от различных факторов
(после простого отжига)
№ Регрессионная модель R R^ S
! сг, 235 +127 ■ № + 32[М>1Г - 4,8{мо}^) 0,87 0,75 122
2 S = 30 -1,36 • [A 1&Г -1,482 ■ [M>g? + 0,045 • fafyjE J 0,77 0,6 4,9
3 0,76 0,6 11,7
4 =235+65-^1 +47.IM0Z 0,9 0,83 100
5 0,8 0,6 5,2
6 0,8 0,7 10,3
7 £ = 41-0,025с7о 0,65 042 7,3
8 у/ = 90 - 0,046(Te 0,64 0,42 13,9
Примечания: R - коэффициент корреляции, R2 - коэффициент детерминации, S - статистическая ошибка.
С повышением \àï J^f с 1,5 до 12% предел прочности прутков линейно повышается, а относительное удлинение снижается. В зависимости [Mo]^f предел прочности сначала повышается, достигает максимума при [Мо]сэт/в =8-12% , затем уменьшается. Наиболее высокие значения прочности (ов=1520 МПа) и минимум пластичности (5=3,0 %; у=1,0 %) имеют прутки модельного комплексно легированного сплава состава Ti-5Al-3Sn-4Mo-6V-1Fe-0,3Si с
\àïET =8,8 %м. и [Mo]^f =10,3 % м. Аналогичные данные были получены и для листов.
В настоящей работе было проведено статистическое сравнение регрессионной модели 4 (таблица) с соотношением (5), полученным на основе анализа другого массива данных, состоящего из 53 сплавов [1]. Сравнение регрессионных моделей для прутков и листов, полученных в настоящей работе, в наших работах [3-6 и др.] и в монографии [1] показало, что их статистические характеристики очень близки друг к другу. Таким образом, на основе статистического исследования различных массивов данных как для отечественных, так и для зарубежных сплавов было установлено, что предел прочности возрастает линейно с повышением структурного эквивалента по алюминию с 1 до 12%. В зависимости структурного эквивалента по молибдену наблюдается максимум прочности и минимум пластичности при [Mo J^f =8-12%. Увеличение прочностного эквивалента по алюминию и молибдену на 1% приводит к повышению прочности кованых прутков в среднем на 60-65 МПа и на 45-50 МПа соответственно. При этом относительное удлинение снижается в среднем на 1,1 и 0,9%. Повышение предела прочности кованых прутков и листов на 100 МПа сопровождается снижением относительного удлинения в среднем на 2,0-2,5%, а поперечного сужения - 4,0-5,0%.
Разработанные модели позволяют прогнозировать механические свойства титановых сплавов в зависимости от эквивалентов или проводить выбор сплава с заданным уровнем механических свойств. Предложенные принципы оценки механических свойств можно использовать также для обоснования возможности замены дорогих легирующих элементов эквивалентными количествами более дешевых элементов в традиционных титановых сплавах.
Литература
1. Ильин А. А., Колачев Б. А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства.
М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. - 520 с.
2. Materials Properties Handbook. Titanium Alloys / Ed. by. R. Boyer, G. Welsch, E.W. Collings.
ASM International. The Material Information Society. 1994. - 1176 p.p.
3. Егорова Ю.Б., Егоров E.H., Давыденко P.A. Связь физико-механических свойств и обрабатываемости резанием отечественных титановых сплавов с их химическим составом. // Автомобильная промышленность, 2011, №12, с. 30-33.
4. Егорова Ю.Б., Мамонов И.М., Егоров E.H. О связи механических свойств титановых сплавов с их химическим составом. Труды MATH, 2009, с.
5. Егорова Ю.Б., Давыденко Л.В., Давыденко P.A. Корреляция пластических характеристик титановых сплавов с их химическим составом // Материаловедение, 2012 г., № 9, с.26-31.
6. Егорова Ю.Б., Давыденко Л.В., Давыденко P.A., Чибисова Е.В. Статистическое сопоставление механических свойств титановых сплавов разных классов. 77 Международная научно-техническая конференция ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в россии: приоритеты развития и подготовка кадров», МГТУ «МАМИ», 27-28 марта 2012 г., с. 53-60.
7. Титан в промышленности/ Сборник статей под ред. С.Г.Глазунова, М.: Оборонгиз, 1961, 314 с.
8. Производство титановых сплавов. / Сборник статей, вып. 4, М.: ОНТИ, 1967, 264 с.
9. Титан для народного хозяйства. М.: Наука, 1976, 288 с.
10. Производство титановых сплавов. / Сборник статей, вып. 5, М.: ВИЛС, 1969, 300 с.
11. Структура и свойства титановых сплавов. / Сборник статей под ред. С.Г. Глазунова и А.И. Хорева. М.: ОНТИ, 1972, 198 с.
12. Применение титановых сплавов. / Сборник статей под ред. С.Г. Глазунова и А.И. Хорева: ОНТИ, 1970, 50 с.
13. Легирование и термическая обработка титановых сплавов. / Сборник статей под ред. А.Т. Туманова, С.Г. Глазунова, А.И. Хорева. М.: ОНТИ, 1977, 42 с.
14. Кулаичев А.П. Методы и средства анализа данных в среде Windows. Stadia 6.0 - М: Информатика и компьютеры, 1996. - 257 с.
Влияние параметров плазменной дуги и материала заготовки на структуру и свойства наплавленного сплава Steinte 190 W
к.т.н. доц. Жаткин С.С., к.т.н. проф. Паркин A.A., Минаков Е.А.
Самарский государственный технический университет «СамГТУ» 8 (846) 332-42-27, serge_jatamail.ru, [email protected]
Аннотация. Представлены результаты исследований по влиянию тока плазменной дуги, расстояния от среза сопла плазмотрона до поверхности заготовки, скорости наплавки и материала заготовки (стали 40Х, 19ХГНМА, Х18Н9Т) на процесс формирования геометрических размеров зоны наплавки, структуры и свойств наплавленного Stellite 190W.
Ключевые слова: плазменная наплавка, плазмотрон, микроструктура
Введение
В настоящее время в технологии машиностроения используется широкий спектр воздействия и модифицирования материалов и изделий, такие как электрофизические методы обработки и физико-химические технологии [1-3, 5, 9] Среди них немаловажное место занимают плазменные технологии, в частности плазменно-порошковая наплавка. На процесс получения качественного наплавленного материала влияет широкое разнообразие факторов: вид наплавляемого порошка, процентное содержание отдельных компонентов порошковой смеси, теплофизические свойства и температурная зависимость компонентов порошкового материала, их термодинамические константы; скорость и способ подачи порошкового материала в зону наплавки; мощности плазменной дуги, метод и режимы наплавки; величина те-пловложения и условия теплоотвода, скорость кристаллизации наплавленного слоя, высоты наплавки, частота сканирования, влияние последующей термообработки.
В работе приведены результаты исследований по влиянию тока /д плазменной дуги, расстояния h от среза сопла плазмотрона до поверхности заготовки, скорости наплавки и ма-
