CC BY
16
условиях малоцикловой выносливости. Это заключение подтверждается фактом образования термоусталостных трещин на рабочей поверхности изложниц. Следовательно, для повышения стойкости изложниц, кроме увеличения теплопроводности, обеспечивающей снижение градиента температур, рациональным также является повышение прочности и пластичности конструкционного материала, приводящее к снижению фактора ] и повышению способности к пластическим деформациям и релаксации напряжений.
Перечень ссылок
1. Абрамов В .В., Курганов В. А., Термоуравновешенная изложница. - М.: Металлургия, 1988. - 144 с.
2. Отливка изложниц из магниевого чугуна / Воронова Н.А., Гельд В.П., Ткач Н.Т. и др. // Повышение стойкости изложниц. Тематический отраслевой сборник №1. -М.: Металлургия, 1972. - С. 75-87.
3. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике. Справочник. Под ред. Б.Е. Неймарка. М. -Л.:Энергия, 1967. - 240 с.
4. Черняк А.Б., Громовой Г.П., Волчок И.П. Исследование напряженного состояния изложницы для разливки медных сплавов / Новi матерiали i технологи в мета-лургй та машинобудуванш. - 2002. - №»1. - С. 84-93.
Одержано 1.02.2007
Наведенорезультати експериментально-теоретичних до^джень термонапруженого стану чавунног та стальног виливниць для вiдцентрового лиття бронзових втулок. Встановлено, що ефективнi термiчнi н, п р, ж . н н > с в 2,5...6,5разiв перевищують границю текучостi чавуну i в 2,0...3,5рази границю текучостi стcmi.
The results of experimental and theoretical investigations of thermal stresses in cast iron and steel ingot moulds for centrifugal casting of bronze bushings are given. It was established that effective thermal stresses ю are by 2,5... 6,5 times more than yield point of cast iron and by 2,0.3,5 times more than yield point of steel.
УДК 669.295.5:620.184.6
В. С. Голтвяниця1, канд. техн. наук Г. А. Бялк1, д-р техн. наук Е. I. ^BipKO1,
канд. техн. наук С. К. Голтвяниця2
1 Нацюнальний техшчний ушверситет, 2 ТОВ НТФ "1нтех Лтд.",
м. Запор1жжя
МЕТОД КШЬКГСНО'1 ОЦ1НКИ СТРУКТУРИ ЗЛАМ IВ ТИТАНОВИХ СПЛАВ1В
Розглядаеться актуальна проблема - юльюсна оцiнка структурних особливостей .3naMie титанових сплавiв за допомогою методу eidpi3Kie (методу сЫних). Цю методику доцшьно застосовувати для оцiнки будь-яких злaмiв кольорових та чорних сплaвiв як на комп 'ютерi з використанням грaфiчного редактору векторно'1 графжи CorelDRAW® 12 та електронних таблиць Microsoft® Office Excel 2003, так i безпосередньо на мiкрофотогрaфiях.
Металограф1чш методи кшьшсно! оцшки дозволя-ють визначити в металах та !х сплавах вмют неметале-вих включень [1], окремих фаз або середнш розм1р зерна [2]. Оцшка структурних складових за еталонни-ми шкалами досить суб'ективна та носить стутнчас-тий або стрибкопод1бний характер. Для отримання бшьш точних та надшних результапв оцшки пара-метр1в структури потр1бш шльшсш методи, що забез-печать достов1ршсть одержаних результапв. Для роз-робки таких шльшсних метод1в можливе використан-ня лшшного методу Роз1валя (ввдомий як метод в1др1зшв або метод ачних), що заснований на прин-
цип Кавальера вим1рювання двох пор1внюваних площ можна замшити визначенням довжин в1др1зшв прямих лшш, а об'ем1в двох пор1внюваних тш - вим1рюван-ням площ [3]. Цей принцип було використано при роз-робщ та впровадженш л1ншного методу Л ГОСТ 177870 [1]. На жаль до цього часу немае метода кшьшсно! оцшки структури злам1в, який дозволяв би одержати об'ективш даш впливу х1м1чного складу та технолоп-чних фактор1в на структуру злам1в, а останшх - на ф1зико-мехашчш властивосл вироб1в 1з металевих сплав1в.
© В. С. Голтвяниця, Г. А. Бялк, Е. I. Цив1рко, С. К. Голтвяниця, 2007 116
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕС1В В МЕТАЛУРПТ ТА МАШИНОБУДУВАНН1
У данiй роботi розглядаеться спроба використання лiнiйного методу для кшьшсно! оцiнки структури зламiв трьох титанових сплавiв.
Титановi сплави Т1-27А1-13У-0,2Се (1), Т1-29Л1-10У-0,1Се (2), Ti-33Л1-5Nb-3Cr-0,2Ce (3) були одер-жанi методом сплавлення чистих матерiалiв (губчатий титан марки ТГ 110М ГОСТ 17746-79, алюмшш марки А8 ГОСТ 11070-74, лтатура алюмшш-ванадш, елек-тролиичний хром, стружка металевого нiобiю, мшме-тал) у лабораторнiй вакуумно-дуговiй печi при силi струму близько 400 А, нащ^ 30-35 В i температурi 1800 °С. Перед початком плавки вакуумуванням в ка-мерi печi досягали залишкового тиску 0,12 Па, тсля чого камера заповнювалась аргоном до тиску 50 кПа. Зливки одержували в мiдному водоохолоджувально-му кристалiзаторi.
В одержаних зливках титанових сплавiв визначали хiмiчний склад (табл. 1) i твердiсть сплавiв за Бршел-лем (НВ) ввдповщно до ГОСТу 9012-59 (твердомiр марки ТБ 5056 з вишрюванням ввдбитку вiд сталево! кулi даметром 10 мм при навангаженнi 15000 Н). Для отри -мання зламiв на серединi виливк1в робили надрiз гли-биною 2 мм та руйнували !х ударом молота. Структуру зламiв фотографували за допомогою растрового елект-ронного мiкроскопа 18М, оснащеного системою рент-
геноспектрального енергодисперайного мiкроаналiзу (PCMA) JED 2200 при прискорювальнш Hanpy3i 20 кВ та AiaMeTpi електронного зонду 4 нм. Вщ зламiв кожно! марки сплаву при збтшеннях х 100, х200, х500, х 1000 i х2000 було одержано фотографп типових структур розмiром 100х 133 мм. Для забезпечення бiльш точних вимiрювaнь складових злaмiв було використано фото при збшьшенш х2000.
Ввдповвдно до встановлено! класифтаци руйнувань у металах i сплавах структура злaмiв може бути: 1) крихкою; 2) в'язкою; 3) квaзiвiдкольною; 4) крихкою мiжзеренною; 5) в'язкою мiжзеренною. За цieю кла-сифiкaцieю злам сплаву Ti-27Al-13V-0,2Ce мав структуру квaзiвiдколу (КВ), сплави Ti-29Al-10V-0,1Ce i Ti-33Al-5Nb-3Cr-0,2Ce - змшану квaзiвiдкольну та крих-ку мiжзеренну (КМ) (рис. 1).
Типовi зображення злaмiв було iмпортовaно до гра-фiчного редактору векторно! граф^ CorelDRAW® 12. На фотографп зламу було нанесено ам горизонталь-них лшш, на кожнiй з котрих було визначено точки перетину з контурами структури злaмiв (рис. 1, б - лшя з нанесеними цифрами бшя точок). За допомогою шструмента Dimension Tool було вимiряно довжини вiдрiзкiв i занесено до розмiрних груп однаково! дов-жини (табл. 2).
в
Рис. 1. Типов1 фрактограми злам1в титанових сплав1в, х2000 (зменшено в 1,7 рази): а - Ti-27Al-13V-0,2Ce; б - Ti-29Al-10V-0,1Ce; в - Ti-33Al-5Nb-3Cr-0,2Ce
ISSN 1607-6885 Hoei MamepiaMU i технологи в металургп та машинобудувант №1, 2007
117
Таблиця 1 - Хiмiчний склад, структурш складовi та твердеть зливк1в титанових craaBiB
Сплав Масова доля елеменгiв, % 1ндекс зламу Розмiр структурних складових зламу, мкм Твердють за Бршеллем (НВ)
Al V Nb Cr Ce КМ КВ КМ КВ
Ti-27Al-13V-0,2Ce 26,6 12,8 - - 0,2 - 1,022 *) 100 - 0,3-19,5**) 327
- - 2,9
Ti-29Al-10V-0,1Ce 28,7 10,4 - - 0,1 0,709 0,323 1,2-23,5 0,4-18,9 356
68,69 31,31 8,1 6,0
Ti-33Al-5Nb-3Cr- 0,2Ce 33,4 - 4,8 2, 6 0,2 0,563 0,444 3,2-27,7 2,0-17,9 215
55,90 44,10 12,6 9,0
*) чисельник — тдекс зламу; знаменник — вiдсоток;
**) чисельник — мштальний та максимальний розмiр структурних складових; знаменник — середнт розмiр.
На кожнш фотографп (рис. 1) загальна довжина тдрахунку складала 933 мм (L). Подaльшi розрахун-ки проведено з використанням електронних таблиць Microsoit® Office Excel 2003.
Кшьшсть структурних складових злaмiв кожного сплаву (табл. 3) дозволила визначити iндекc структур-
но! складово! (1стр скл) за формулою (1):
I,
Z (ai • mi)
стр.скл.
(1)
де а1 - середне значення розмф1в структурних складових у груш на фото при х2000, мм (табл. 2, табл. 3);
ш. - кшьшсть структурних складових дано! групи (табл. 3).
Ыдносну похибку визначення 1ндексу структурних складових злам1в (табл. 4) обчислювали за формулою:
е =
|I I-1*
I *
•100, %
(2)
де Ii - загальний сумарний iндекc структурних складових;
* • ~ •
I - номiнaльний iндекc структурних складових,
I * = 1.
В даному випадку:
II = IКВ + 1КМ , (3)
В зaлежноcтi вiд особливостей структури злaмiв кiлькicть груп може змшюватися для зменшення вiдноcно! похибки i покращення точноcтi вимiрювaнь (рис. 2). Рiвняння залежностей вiдноcно! похибки вщ кiлькоcтi груп показують, що при знaченнi останньо! > 8 вщносна похибка мiнiмaльнa (рис. 2). Обрана кшьшсть груп, що дорiвнюe 10, задовольняла цим ви-могам (рис. 2).
Використовуючи дaнi табл. 2 i табл. 3, було побу-довано грaфiки частотних розподiлiв у зaлежноcтi вщ середньо! довжини структурно! складово! зламу в груш (рис. 3).
Рис. 2. Вплив юлькост груп на вщносну похибку визначення шдексу структурних складових злам1в
L
Таблиця 2 - Групи структурных складових злам1в
Й
Os •Jj
Оо Оо о,
с 3
г
S
Х-
-ту 7, ух
7 О-К' 2 (^ÜZ^XÍ} '."i. ÍY"X,J - }: y.o-lf г. У i;:c:ïj,0:;c*: ::.:£. ¿OVO 7.™) i "У/ -7 ïï-
2 5 б '/ 8 9 'С
С,S S/ X
i,y S,.,
¡C
Îî 33 5 чв/ /3 0 * /7 7
,y .9,3 .,5,6 //„v. //,3 /.s,> 33,/ is,i
3" 3 ?ÎÏ 7 ч /
3ÍI / 7 /Д 3 /' ñ M ï /А 4 ч* ч V < S
".9,7 "3,8 JSC 5,5 " 3ÎÎ3 s ■ > » -
примипка. Цта поошки 1 мм при зошьшент xJUUU ôopiemoe 1),э мкм.
Таблиця 3 - Кшьшсть (чисельник, т.) та вадсоток (знаменник) структурных складових крихкого \пж!срснного та кваз1в1дкольнош (в дужках) злам1в на довжиш 933 мм на фото при збшыпенш х2000
4
m ь
5
го
>
m m я =1 TI
О 1= m о го
го ^
m £
TI
> Е
СО
f\ ' I, 1
AI-13V-0,2Ce, Квд:н|Н|дкпп AI-10V-0,1Ce, Крихкий м1жзеренний M-WV-O.ICe, KMsiBiflran
= Ti-29 a Ti-эа
i Ti-33AI-5Nb-3Cr-0,2Ce, Крихкий мЬкзереннмй 4 Ti-33AI-5Nb-3Cr-0,2Ce. KaasiaiflHMi
!
-H
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Середня довжина структурно! складовоГзламу по rpyni на фото при Х2000, мм
Рис. 3. Частотний розподш для рiзних сплавiв i видiв руйнування
З1 збшьшенням вм1сту ванадш структура зламу подр1бнюеться (рис. 3), що приводить до змши характеру руйнування сплаву з крихкого м1жзеренного на кваз1в1дкольне руйнування 1 зменшення твердосп за Бршеллем (табл. 1). Алюмшш в свою чергу збшьшуе величину структурних складових злам1в (рис. 3).
Розрахована вщносна похибка визначення 1ндексу структурних складових злам1в (табл. 4) не перевищу-вала техшчно!' припустимо!' похибки 5 %, що сввдчило про правильшсть вибору шлькосп груп та загально! довжини тдрахунку.
Таблиця 4 - Ыдносна похибка визначення 1ндек-су структурних складових злам1в
№ сплаву Вiдносна похибка, %
1 2,2
2 3,2
3 0,8
При одержанш вщносно! похибки бшьше 5 % по-тр1бно повторно бшьш ретельно провести вим1рюван-ня довжин складових зламу, збшьшити загальну дов-жину шдрахунку або змшити групи структурних складових злам1в у 6iK 1хнього б1льшого подр1бнення (табл. 2).
Описаний у статп метод шльшсно! оцiнки струк-тури злaмiв титанових cплaвiв дозволяе одержати частота розпод^ структурних складових за групами вiд середньо! довжини структурно! складово! зламу у групi, а також е добрим шструментом для вивчення впливу хiмiчного складу на характер руйнування та властивосп cплaвiв. Достатня точнicть та невелика трудомютшсть (тривaлicть оцiнки одного зламу не пе-ревищуе 60 хв.) показуе перcпективнicть ще! методики для оцшки будь-яких злaмiв кольорових i чорних метaлiв та cплaвiв як на комп'ютерi з використанням грaфiчного редактору векторно! грaфiки CorelDRAW®12 та електронних таблиць Microsoft® Office Excel 2003, так i безпосередньо на мжрофотог-рaфiях.
Перелiк послань
1. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений. - М.: Изд-во стандартов, 1970. - 24 с.
2. ГОСТ 5639-82. Сталь. Методы выявления и определения величины зерна. - М.: Изд-во стандартов, 1982. -25 с.
3. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. - М: Металлургия, 1976. - 272 с.
4. Справочник по практическому металловедению / В. Л. Пилюшенко, Б.Б. Винокур, С.Е. Кондратюк и др. - К.: Техника, 1984. - 135 с.
Одержано 15.01.2007
Рассматривается актуальная проблема - количественная оценка структурных особенностей изломов титановых сплавов при помощи метода отрезков (метода секущих). Эту методику целесообразно использовать для оценки любых изломов цветных и черных сплавов как на компьютере с использованием графического редактора векторной графики CorelDRAW®12 и электронных таблиц Microsoft® Office Excel 2003, так и непосредственно на микрофотографиях.
Important problem of titanium alloys structural fracture features quantitative evaluation by means of segments method (secants method) is considered. This technique advisably can be used for any ferrous and non-ferrous alloys fracture evaluation both on computer using vector graphics editor CorelDRAW®12 and spreadsheet program Microsoft® Office Excel 2003 and directly on microphotography.
