ПОЛУЧЕНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ ТИТАНА Ti3Al МЕТОДОМ МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Анциферов В.Н., Сметкин А.А.

ГНУ «Научный центр порошкового материаловедения», г.Пермъ

Для перспективного использования значительный интерес с точки зрения создания лёгкого жаропрочного конструкционного материала с рабочей температурой до 700-900 °С представляют интерметаллидные сплавы системы Ti-Al. Цель многих процессов их получения состоит в том, чтобы разработать мелкозернистую, однородную управляемую микроструктуру. Различная микроструктура - хаотическая, упорядоченная, слоистая или дисперсная - обладает различными свойствами, и важной задачей в материаловедении, является максимальное повышение свойств и экономичности материалов и технологий их изготовления, которая не может быть решена без мультикомпонентной организации структуры материала и максимального повышения свойств каждого из элементов.

Для повышения механических свойств материала используют различные способы воздействия на них, однако цель у них одна - мелкокристаллическая структура или аморфное состояние, т.е. высоконеравновесное состояние твердого тела. В последнее время отечественные и зарубежные специалисты большое внимание уделяют достаточно доступным способам получения материала в высоковозбужденном состоянии, пригодным как для получения материала матрицы, так и для получения упрочняющей фазы в композиции. Одним из таких способов является высокоэнергетическая механоактивация (МА) и механическое легирование (МЛ) порошковых систем.

Для получения алюминида титана использовали элементарные порошки титана и алюминия. Технические характеристики высокоэнергетической мельницы - аттритора обеспечивают необходимую энергию механоактивации порошковых систем, обусловленную. действием мелющих тел (шаров), которые приводятся в движение вращающейся мешалкой. Оптимизированы технологические параметры механического легирования порошков, позволяющие получать легированные композиции системы Ti-Al требуемого фазового состава и исключающие загрязнение обрабатываемого материала нежелательными металлическими и неметаллическими примесями, оксидными включениями, отрицательно влияющими на свойства конечного продукта. В результате получены мелкокристаллические порошки алюминида титана со средним размером частиц ~ 10 мкм состава a 2-Ti3Al (структурный тип DOI9).

Исследовали эволюцию зеренной структуры механически легированного в течение 15 и 30 мин материала при различных температурно-временных параметрах спекания (см. таблицу).

Таблица Эволюция зеренной структуры и микротвердости а 2-алюминида титана при спекании

Увеличение температуры нагрева до 1250 °С и изотермическая выдержка в течение 2 ч незначительно влияют на рост зерна МЛ композиций. На основе результатов рентгеноструктурного и микродюраметрического анализов установлено, что в температурном интервале 1250-1300 °С наблюдаются интенсивные релаксационные процессы и рост зерна в материале, обусловленный отсутствием стопоров движения границ. Анализ микроструктуры спеченного алюминида титана, полученных механическим легированием в аттриторе в течение 15 и 30 мин и спеченных при 1300 °С/2 ч показал, что зерна а 2-фазы однородны по своему строению и имеют форму, близкую к равноосной.

Таким образом, на примере системы Ti-Al показано, что метод механического легирования с последующим спеканием позволяет получать мелкокристаллические порошковые интерметаллические композиции заданного фазового состава и типа структуры.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 01-03-96490.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВОДНОСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВ ПОЛИМЕТИЛМЕТААКРИЛАТА

Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Федотов А.В. Пермский государственный технический университет

Интенсивное развитие в настоящее время получила технология на основе воздействия высокоскоростной водной струи на поверхность материала. В зависимости от технологических параметров подобное воздействие способно приводить к различным результатам. Наибольшее распространение получила технология гидроструйной резки. Однако развитие данной технологии в основном происходит на основе эмпирических исследований. Это обстоятельство затрудняет широкое применение технологии гидроструйной резки для ряда новых и особенно композиционных материалов.

Определенные успехи в этой области научного исследования изложены в работах таких ученых как Бреннер В.А., Тихомиров Р.А., Oweinah Н ., Louis Н., Sugimoto Y. и ряда других /1, 2, 3/. В этих работах особо подчеркивается наименее вредное воздействие данной технологии на организм человека и окружающую среду по сравнению с традиционно применяющимися в настоящее время методами методами. Однако, не смотря на проводимые исследования, вопрос выбора оптимальных параметров резания при применении различных материалов и их композиций вызывает определенные трудности.

В рамках данной работы проводилось исследование остаточной усталостной прочности образцов полиметилметаакрилата (ПММА) при варьировании технологическими параметрами гидроструйной обработки и, соответственно, изменении характеристик эрозионного следа. Эксперименты проведены на образцах ПММА в виде двусторонних лопаток. В рабочей зоне образцов предварительно был сформирован эрозионный след гидроструйной обработки. В рамках данной работы исследовались шесть партий образцов ПММА, пять из которых имели эрозионный след при различных технологических параметрах гидроструйной обработки, и одна партия необработанного материала. До проведения усталостных испытаний, также, были проведены тщательные исследования геометрии и структуры эрозионных следов каждой партии образцов. Усталостные испытания проведены на специальной мащине-качалке, осуществляющей жесткое кинематическое нагружение образцов консольным изгибом. Испытания проведены при симметричном цикле нагружения с амплитудой колебаний, соответствующей условному пределу усталости неповрежденных образцов данного материала на базе порядка 104 циклов. Необходимо отметить, что все образцы, имеющие начальное повреждение в виде эрозионного следа гидроструйной обработки в ходе испытаний были разрушены. Для расчета напряженнодеформированного состояния каждого образца применялись процедуры метода конечного элемента в рамках программного пакета ANSYS. Таким образом, всего было испытано 36 образцов (по шесть образцов в каждой партии), результаты эксперимента, вычислений и технологические данные гидроструйной обработки приведены в таблице.

Работа выполнена в рамках проекта № 00-0268 программы INTAS и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта РФФИ-Урал №02-01-96403.

Список литературы

1.Тихомиров Р.А., Гуенко В.С. Гидрорезание неметаллических материаловКиев: Техника,

1984.-150с.

2.Бреннер В.А., Жабин А.Б., Пушкарев А.Е., Щеголевский М.М. Гидромеханическое разрушение горных пород.// М.: Академия горных наук. - 2000. - 343с.

3.Louis Н., Milchers W. and Pude F.: Experimental and Theoretical Investigation of the Decoating

Process by Pure Waterjet. 10th American Waterjet Conference. Houston, USA, Waterjet Technology Association, 1999, p.695-706.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИКИ СТРУКТУРНО НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ И КВАЗИСТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ С УЧЕТОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И АГРЕССИВНЫХ СРЕД

Бабушкин А. В.

Пермский государственный технический университет

Исследованы пористоя структура, особенности деформирования и разрушения особо чистого железа в интервале пористости от 0 до 30 %. Установлено монотонное снижение усталостной выносливости при увеличении пористости. Зависимость предельной интенсивности деформации от пористости имеет немонотонный характер с максимумом, приходящимся примерно на П=13 %. Вид зависимости усталостных характеристик от пористости связан с изменениями пористой структуры /1/.

Проведено исследование усталости при многоосном циклическом нагружении образцов порошкового железа ПЖРЗ .200.28. В эксперименте реализовано многоосное кинематическое нагружение осесимметричного образца. При расчете НДС образцов сложный процесс нагружения был разделен на кручение и изгиб. Амплитудные значения напряжений в опасном сечении образцов определялись на основе процедур метода конечных элементов с использованием расчетного пакета ANSYS /2/.

Проведено экспериментальное исследование остаточной прочности однонаправленного стеклопластика РБН 1680-УП 2217 после искусственного старения в виде циклического нагружения разной степени интенсивности. Причем остаточную прочность образцов исследовали как в нормальных условиях, так и при повышенных температурах. По результатам исследования сделаны выводы о механизме разрушения образцов, характере изменения остаточной прочности стеклопластика и влиянии на остаточную прочность поврежденности связующего /3/.

Проведены экспериментальные исследования остаточных жесткости и прочности несущего стеклопластикового слоя композитных труб. Объектом исследования выступали неэксплуатируемая труба, труба после четырех лет эксплуатации на трубопроводе гидрозакладки и труба после пяти лет эксплуатации на реагентопроводе, изготовленные по единой технологии. Экспериментам подвергались образцы, вырезанные из труб в продольном и поперечном направлении при нормальной и повышенных температурах. Проведен микроструктурный анализ стеклопластиковых образцов тех же труб. На основе анализа структуры и механических свойств исследуемых образцов был осуществлен прогноз прочности и надежности изделия с учетом анизотропии свойств, воздействия агрессивной среды и эксплуатационных нагрузок /4/.

Проведены испытания образцов алюминиевого сплава АК9Ч на усталость, циклическую и статическую трещиностойкость. Определены амплитудные напряжения и деформации, усталостные свойства, а также характеристики усталостной и статической трещиностойкости образцов алюминиевого сплава, вырезанных из различных критических зон корпусного изделия М216 /5/.

Экспериментальному исследованию механических свойств подвергались сварные соединения ракетного двигателя РД-253. Испытания на поперечное растяжение, сдвиг вдоль шва и статическую трещиностойкость проводились на образцах, вырезанных из готового изделия. В результате экспериментальных исследований определены механические характеристики сварных соединений, используемые при расчете прочности и надежности конструкции /6/.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках проекта РФФИ-Урал №02-01-96403.

Список литературы

3.Анциферов В.Н., Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Шацов А.А., Чекалкин А.А. Особенности деформирования порошковых материалов при циклическом нагружении. // Пор. мет. -2001. -№11/12. С.35-39.

4.Родин С.В., Бабушкин А.В. Оценка усталости образцов порошкового железа при многоосном циклическом нагружении // Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. -Пермь: ПГТУ. -2002. № 14. -С17-20.

5.Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Влияние температуры на остаточную прочность однонаправленного стеклопластика при циклическом нагружении / Сб. тр. международной конф. «Актуальные проблемы динамики и прочности в теоретической и прикладной механике». -Мн: УП «Технопринт», -2001. -С .36-40.

6.Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Длительная термическая стойкость стеклопластиков при эксплуатации на пульпо- и реагентопроводах // Мех. комп. мат. - 2002. (в печати).

7.Фомин И.Б., Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Экспериментальное исследование механических свойств специальных сплавов на основе алюминия Вестник ПГТУ. Аэрокосмическая техника. - 2001. -№ 9. -С. 120-125. 6. Сатюков В.А., Бабушкин А.В., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Исследование прочности и трещиностойкости сварных соединений хромоникелевой стали // Тез. докл. Всерос. науч.-тех. конф. «Аэрокосмическая техника и высокие технологии — 2002». — Пермь: ПГТУ. - 2002. — С. 234.