DIAGNOSTICS, RESOURCE AND MECHANICS OF MATERIALS AND STRUCTURES

Настоящая работа посвящена исследованию влияния напряженно-деформированного состояния горячекатаного прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr на микроструктуру и свойства при ротационной ковке. Ротационная ковка рассматривается как перспективный метод интенсивной пластической деформации, обеспечивающий формирование ультрамелкозернистой структуры, равномерное распределение пластической деформации и улучшение свойств сплава.

Для определения напряженно-деформированного состояния разработана конечно-элементная модель, а именно: произведено полное воссоздание геометрии заготовки, определение материалов и их свойств, генерация сетки конечных элементов, настройка решателя модели и назначение граничных условий и нагрузок. Моделирование проводилось с использованием метода конечных элементов, что позволило учесть сложные трехмерные траектории движения инструментов и распределение деформаций в процессе РК. Механические свойства материала были определены экспериментально и использованы для построения модели упрочнения. При моделировании учитывалось поведение материала при нагреве перед деформацией на температуру 450 °C.

Результаты моделирования показали, что максимальные напряжения в прутке после ротационной ковки достигают 955 МПа в зоне контакта с инструментом. Анализ поперечно-го сечения образца выявил концентрические зоны с равномерным распределением напряже-ний и остаточные продольные сжимающие напряжения 0yy = 200 МПа. Продольное распре-деление напряжений демонстрирует высокие напряжения в зоне контакта ковочного инструмента и градиент напряжений от зоны контакта к периферии образца.

Исследование микроструктуры сплава после ротационной ковки показало наличие значительных пластических деформаций и высокую плотность дислокаций в поверхностной зоне. Микротвердость материала увеличилась до 350 HV в поверхностной зоне, по сравне-нию с 250 HV в центральной части образца. Ротационная ковка приводит к формированию текстуры и анизотропии механических свойств, что подтверждается измерениями модуля упругости, который варьируется от 70 до 90 ГПа по сечению прутка.

Цель работы заключалась в разработке многокомпонентной динамической 3D-модели для моделирования процессов ротационной ковки прутка из титанового сплава Ti–39Nb–7Zr с использованием программного пакета Ansys Mechanical. В качестве материала исследования использовался горячекатаный в β-области пруток из биосовместимого сплава Ti–39Nb–7Zr, произведенный на ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».

Методом возврата остаточного электросопротивления исследованы миграция радиационных дефектов и их взаимодействие с примесными атомами Si (0,2, 0,5 и 0,75 ат. %) и Au (0,13 ат. %) в облученных электронами сплавах Fe–16Cr в температурном интервале 80–180 К. Легирование сплавов примесями приводит к подавлению возврата остаточного электросопротивления, что указывает на захват мигрирующих дефектов на атомах примесей, который сопровождается уменьшением удельного вклада дефектов в остаточное электросопротивление. Захват мигрирующих дефектов на атомах примесей начинается выше 150 К в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr-0,2Si и выше 130 К в Fe–16Cr–0,75Si. Плавное и монотонное подавление возврата остаточного электросопротивления при достаточно больших концентрациях примесей указывает на подавление коррелированной миграции в Fe–16Cr–0,13Au и Fe–16Cr–0,2Si, а также рекомбинации близких пар в Fe–16Cr–0,5Si и Fe–16Cr–0,75Si. Плавное подавление возврата остаточного электросопротивления и уменьшение удельного вклада дефектов при захвате указывают на ближнюю миграцию вакансий в температурном интервале 130–180 К. Выше 180 К начинается дальняя миграция дефектов.

Публичному акционерному обществу «Каменск-Уральский металлургический завод» (ПАО «КУМЗ», Свердловская область) исполнилось 80 лет. Пятого мая 1944 года состоялся пуск первой очереди завода, именно эта дата считается днем рождения КУМЗ (тогда завода № 268). Исторически предприятие, его производственно-технологическая база и интеллекту-альные ресурсы были ориентированы на запросы высокотехнологичных отраслей: авиационно-космической, строительной, судостроительной, атомной энергетики, нефтегазовой про-мышленности, транспортного машиностроения.

Исследована структура, механические свойства и износостойкость композита, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), со средним химическим составом, вес. %: 35,47 ± 1,5 Fe; 24,08 ± 1,4 Ti; 13,99 ± 0,5 Ni; 17,91 ± 0,4 B; 8,54 ± 0,5 C. В результате испытаний установлено, что композит обладает износостойкостью на уровне с одной из износостойких сталей Hardox 500. Композит характеризуется широким интервалом значений предела прочности на поперечный изгиб Rbm30 от 200 до 800 МПа. Сталь 40X показала предел прочности на изгиб Rbm30, равный 1590 МПа, а сталь Hardox 500 – 2970–3020 МПа. Композит имеет низкие значения ударной вязкости KCU = 0,02 МДж/м2 по сравнению со значениями KCU = 0,35 МДж/м2 для стали 40X и KCU = 1,59 МДж/м2 для стали Hardox 500. СВС-композит системы Fe–Ni–Ti–C–B не следует применять для деталей, работающих на изгиб и испытывающих ударные нагрузки, однако он отлично подойдет для защиты поверхностей деталей, подверженных интенсив-ному абразивному износу.