книги / Прогнозирование прочности и анизотропного состояния деформированных конструкционных материалов
..pdfРис. 19. Зависимость механических свойств металла листа 1 от направления испытания
при И 20 К.
и»
о
а
Рис |
.20. |
Зависимость |
величины механических свойств и их аии |
и вдоль |
W |
^сплошные - |
в поперечном направлении относительно |
сплав Tl-AL листа 4 . Для сохранения близких уровней их свойств при выплавке слитка из сплава TL-AL- V использован более мяг кий (а значит, болев чистый от примесей) сорт титановой губки. Поэтому химическая неоднородность структурных элементов в ме
талле листа 3 меньше, чем в металле листа I . |
имеющего |
|
Образцы из металла листа 4 из сплава |
TL-AI-V , |
|
менее грубую полосчатость, а также листа |
2 из сплава |
T i-A t с |
мелкозернистой однородной структурой без полосчатости характе ризуются более плавными кривыми анизотропии пластичности.
Кривые изменения ударной вязкости в зависимости от ориен тировки образцов не имеют таких резких перегибов и понижений, как кривые пластичности, и анизотропия по ударной вязкости ха-
аотропии от суммарного обжатия при прокатке пластин поперек («) направления прокатки исходного листа; штриховые - в продольном),
растеризуется главным образом различием значений в направлени ях осей.
Таким образом, о точки зрения уменьшения анизотропии бо лее предпочтительными технологическими схемами изготовления ли стов являются схемы, устраняющие грубую полосчатость макрост руктуры, либо обеспечивающие получение листов с мелкозернистой равноосной структурой совсем без полосчатости.
Для оценки технологических возможностей управления процес сом формирования анизотропии механических свойств горячеката ных титановых листов в ходе прокатки автором выполнены лабора торные опыты горячей прокатки образцов-пластин.
Пластины, вырезанные из листа I , были подвергнуты горячей прокатке в температурной области ©up -титана на карточки раз-
личной толщины, так что суммарные обжатия составляли |
|
|
|
- 1,31; 1,67;. 2,22; |
3 ,33 . Половина пластин прокатывалась |
в |
том |
же направлении, что |
и исходный лист, а другая половина - |
в |
по |
перечном направлении. После прокатки и обычного рекристаллиэапиоиного отжига из поверхностного слоя карточек были приготов лены и испытаны продольные и поперечные (относительно направ ления прокатки исходного листа) образцы на растяжение я удар ной излом типа Гагарина и Менаже. Подученные результаты (сред
ние значения испытаний трех-четырех образцов на каждую |
точку) |
||
представлены на рис.20 . Анизотропия механических |
свойств |
па |
|
этих рисунках оценивается коэффициентом анизотропии /С, |
|
пред |
|
ставляющим отношение поперечного значения свойства |
к |
соответ |
ствующему продольному, так что при уменьшении анизотропии /М . Па рис.20 следует, что при докатке на меньшие толщины ли стов, имеющих полосчатую структуру, наблюдается повышение уров
ня значений характеристик пластичности и ударной вязкости |
чаще |
|
с одновременным уменьшением их анизотропии по мере роста |
сум |
|
марного обжатия. Однако существенное понижение при этом |
вели |
|
чины прочностных характеристик (<з?в и |
особенно в |
попе |
речном направлении, требует при докатке полосчатых листов |
вы |
|
полнения условия !/? £ ^ 1 ,8 . |
|
|
Рже.20 позволяет сделать вывод,, что цри докатке листов на меньшую толщину управление анизотропией свойств изменением ве личины суммарной деформации и выбором направления докатки воз можно лишь в ограниченных пределах. Уровень свойств изменяется более существенно.
Значительный вклад в развитие анизотропии |
механических |
свойств горячекатаных листов, по-видимому, вносят |
процессы, про |
исходящие при первоначальной прокатке слитка или |
сляба в лист, |
когда образуется соответствующая деформированная |
структура к |
происходит ориентированное перераспределение различных физиче ских и химических неоднородностей.
Для проверки этого предположения автором выполнен опыт го
рячей прокатки литых |
образцов - пластин из того |
же |
сплава |
14 - |
|
-Д1 размером (в миллиметрах): |
9 0 x 9 0 x 1 2 0 ...150 в |
карточки тол |
|||
щиной 54, 45, 36, 27 |
и 18 ж , |
т .э . с суммарными обжатиями,рав |
|||
ными соответственно |
= 1,67; 2 ,0 ; 2,50; 3,33 |
и 5 ,0 0 . |
|
||
Образцы для опытной прокатки были вырезаны |
из |
средней |
по |
сечению части промышленного слитка, имеющей равноосную струк104
туру. Размер длины литых образцов-пластин |
(120..*150 мм) |
при |
|
вырезке был параллелен продольной оси слитка. |
|
||
Прокатка производилась в два этапа: |
|
|
|
1. Нагревание пластин-заготовок в |
силитовой электропечи до |
||
1250 К, выдержка при этой температуре |
2 ,5 |
ч, затем прокатка на |
лабораторном стане дуо о валками диаметром 240 мм в продольном
направлении по схеме |
90 |
- 84 |
- 81 - |
76 |
- |
72 |
- |
67 - 63 мы. |
|
||||||
2. Нагревание подкатов толщиной 63 мм в |
той же печи |
до |
|||||||||||||
1220 К, |
выдержка 1 ,5 |
ч , |
затем |
прокатка до заданной толщины |
по |
||||||||||
одной из следующих трех схем: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
а) |
прокатка вдоль |
(б аз |
кантовок) |
- |
63 |
- |
61,5 - 59 - 56,5 - |
||||||||
- |
54 |
- |
51,5 |
- |
48 |
- |
45 |
- |
4 1 ,5 - |
38 |
- |
36 |
- |
34 - 31,5 - 29 - |
|
- |
27 |
- |
25 - |
23 |
- |
21 - |
19 |
- 18 |
мм; |
|
|
|
|
|
б) прокатка поперек (одна кантовка при толщине 63 мм),схе ма обжатий т а же, наименьшая выкатанная толщина 27 мм;
в) прокатка поперек до толщины 41 ,5 мм, затем снова |
вдоль |
(две кантовки), величины частных обжатий как в п . а ) . |
|
В схеме обжатий подчеркнуты названные выше конечные |
тол |
щины.
Соотношения обжатий и последовательность наложения дефор маций вдоль и поперек по всем вариантам прокатки удобно иллю
стрирует следующая сокращенная |
запись |
(первое |
число |
в |
скобках - |
||||
, второе - |
I /ц при |
прокатке вдоль, третье - I/т] |
при про |
||||||
катке поперек, |
четвертое |
- |
l / f l |
при прокатив |
снова вдоль; |
еди |
|||
ница означает,, что прокатка в соответствующем направлении |
не |
||||||||
производилась): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Толщина проката, |
мм |
54 |
(1,67 |
1,67; |
1Д7; |
I) |
|
||
|
|
|
54 |
(1,67 |
1.43; |
I) |
|
||
|
|
|
45 |
(3,00 |
2,00; |
I; |
I) |
|
|
|
|
|
45 |
(2,00 |
1,43; |
1,40; |
*) |
|
|
|
|
|
36 |
(3,60 |
2,50; |
I; |
i) |
|
|
|
|
|
36 |
(2,50 |
2»43; |
1,7 5 ; |
О |
|
|
|
|
|
36 |
(2,50 |
1,43; |
1,52; |
1,15) |
|
|
|
|
|
27 |
(3.33 |
з.зз; |
I; |
i ) |
|
|
|
|
|
27 |
(3,33 |
: м э ; |
2,зз; |
i) |
|
|
|
|
|
27 |
(3,33 |
м з ; |
1,52; |
1,53) |
|
|
|
|
|
18 |
(5,00' |
5,оо; |
i; |
i) |
|
|
|
|
|
18 |
(5,00 |
м з ; |
2,52; |
2,30) |
|
Рис .21 . |
Изменение величины механических |
свойств |
и их ши |
||
штриховые - |
с одной кантовкой при Л/=63 |
мм; |
штрихпунктирные - |
||
и продольном направлениях). |
|
|
|
||
Из металла |
прокатанных карточек после отжига были выреза |
||||
ны в продольном |
и поперечном направлениях |
и |
испытаны |
круглые |
пятикратные раарывные образцы с диаметром рабочей части 3 мм.
Образцы вырезались изг разных слоев но толщине карточек на глу бине я от одной и другой поверхности.
По результатам испытаний разрывных образцов отроились тра фики (часть которых приведена на рис .21) изменения величины ме ханических свойств по толщине карточек и их анизотропии. Р и с .^ иллюстрирует высокую чувствительность анизотропии к изменениям схемы прокатки, причем определяющее значение имеет преимуще ственное направление течения металла на заключительной стадии
прокатки. Эта |
закономерность цроявляетоя все более четко по ме |
ре увеличения |
суммарного обжатия и доли обжатия на заключитель |
ной стации деформации в обжатии суммарном .
Действительно, после прокатки с кантовкой кривая значений
коэффициента анизотропии |
К при |
малых суммарных обжатиях (тол |
|
щина 54 мм, 1/ф £ |
= 1 ,6 7 ) |
незначительно отличается от кривой |
|
значений К после |
прокатки |
с тем |
же суммарным обжатием без кан - |
б02,МПа
вдо г
|
|
К |
К L |
|
|
зотропии |
но толщине |
проката (сплошные |
- прокатка |
без |
хантовок; |
с двумя |
кантовками |
при Л, = 63 и 41 ,5 |
мм; а , о |
- в |
поперечном |
товкл, и анизотропия в результате кантовки лишь увеличивается в средних слоях по толщине проката.
При средних суммарных обжатиях (толщина 36 мм, I / ^ s =2,50) кривая значений К после прокатки с одной кантовкой по срзвне-
нию с кривой после прокатки без кантовок резко меняется в поверхностшх слоях ила по всему сечению проката. После прокатка с двумя кантовками, когда направление прокатки на заключитель
ной стации деформации снова становится продольным, кривая |
ани |
|||
зотропии в поверхностных сдоях проката приближается |
к |
кривой, |
||
описывающей результат прокатки без |
кантовок, или же |
|
остается |
|
близкой к кривой после прокатки с |
одной кантовкой, так |
как |
ве |
|
личина деформации после второй кантовки в этом случае |
еще очень |
|||
мала (I/ty * 1 Д 5 ). |
|
|
|
|
При еще большем суммарном обжатии (толщина 27 мм, |
I /V s “ |
|||
- 3,33) и росте обжатия после второй кантовки о 1/чр |
= I Д 5 |
до |
||
1,53 кривая значений К в результате одной и двух кантовок |
каж |
дый раз резко меняется по всему сечению проката. Прокатка с дву
мя кантовками (с заключительной прокаткой снова вдоль) |
возвра |
|
щает кривую значений К в положение, очень близкое к тому» |
ко |
|
торое занимает кривая в результате прокатки без кантовок. |
|
|
Из рис.21 также следует, что на уровень значений |
механи |
|
ческих свойств оказывает положительное влияние не только |
сум |
|
марная деформация, но и кантовки, которые измельчают |
макрост |
руктуру, в результате чего пластичность металла повышается. Таким образом, лабораторная горячая прокатка достаточно
убедительно свидетельствует, что, изменяя схему прокатки тита нового ос-сплава в одном и том же температурном интервале, мож но влиять как на общий уровень, так и на анизотропию механиче ских свойств сплава. При атом определяющее значение для форми рования анизотропии имеет преимущественное направление течения металла на заключительной стадии горячей прокатки.
§ 5 .3 . О природе анизотропии механических свойств горячекатаных листов из титановых сплавов
Прежде всего установим экспериментально, действительно ли относительный вклад преимущественной кристаллографической ори ентировки (текстуры) в анизотропию механических овойотв иссле дуемых листов является незначительным. При такой постановке во проса достаточно получить качественный результат. Горячая про катка исследуемых листов из титановых сплавов, имеющих целиком либо почти целиком a -структуру, начинается, как правило, в р - области, а наибольшая часть деформация осуществляется в двух-
фазной а 4^ -области. Заканчивается обычно прокатка при темпе
ратуре вблизи нижней критической точки, т . е . либо чуть выше, либо путь ниже температуры фазового перехода с/+(Ь-^сс„ Дяя из
мельчения структуры и повышения характеристик пластичности и вязкости всегда стремятся по возможности больший объем дефор мация на заключительной стадии горячей прокатки осуществить в ос-области. Но практически обычно пока удается выполнять в к * .
области лишь последние несколько проходов о малыми частник об
жатиями (не более |
3 £ ) . Осуществление |
значительной доли суммар |
||
ной деформации в |
низкотемпературной |
области лимитируется не тех |
||
нологической пластичностью, |
которая |
у |
а-сп лавов титана при этш |
|
температурах еще достаточно |
высока для |
проведения прокатки [54}t |
а энергосяловыми возможностями существующего прокатного обору дования, так как с понижением температуры сопротивление тита новых сплавов деформации быстро р а с т е т . Со вводом в эксплуата
цию более мощных станов, специализированных по прокатке листов из титановых сплавов, указанная оптимизация промышленной тех нологии горячей црокатки будет, вероятно, сделана. Пока же мел козернистая полиэдрическая структура горячекатаных листов мо
жет быть подучена лишь в результате применения кратко описан
ной выше экспериментальной технологии с промежуточным перекристаллиэационным отжигом и с выполнением затем в ое-области за ключительной стадии прокатки, характеризуемой относительно не большим суммарным обжатием.
Таким образом, при горячей прокатке исследуемых листов ос
новной объем деформации осущ ествляется в таком температурном
интервале, когда в металле может развиться лишь весьма рассе
янная текстура. |
|
|
|
|
Качественная оценка текстурованноотя металла |
образцов |
от |
||
листов I и 5~была сделана по результатам текстурного рептгено- |
||||
аналиэа, выполненного методом съемки "па |
отражение". Цучок рент |
|||
геновских лучей (медное излучение) падал |
на тонкий (0 ,2 .. Д З т ) |
|||
плоский образец под углом ос к его поверхности |
и |
отражалоя |
в |
|
очетчик, расположенный под двойным углом |
Вульфа-Брэгга к пер |
|||
вичному лучу. Съемка велась с увеличением |
угла |
<* |
до З я / 7 . |
С |
целью облучения достаточно большого числа |
зерен |
|
производилось |
вращение образца вокруг нормали к его поверхности, так что пло щадь облучаемой поверхности составляла около 170 мм2 .
Данные о частоте появления в отражающем положении tqpac по сравнению с эталонным
Индексы крис |
|
|
|
|
|
|
|
таллографиче |
|
|
lix y ilf |
^6куп7 |
|
^Sxjfct |
|
ских плоскостей |
У. |
% |
* |
% |
1. |
i. |
|
Мил |
Миллера- |
||||||
Браво |
|
|
|
|
|
|
|
лера |
|
|
|
|
|
|
|
010 |
0110 |
13,9 |
6,9 |
8 ,8 |
9 ,4 |
7 .9 |
24,6 |
002 |
0002 |
10,9 |
16,6 |
5 ,0 |
4 ,3 |
2 ,5 |
2,8 |
101 |
10И |
38,2 |
49,0 |
43,2 |
46,3 |
3 0 ,0 |
18,2 |
012 |
0112 |
Н ;7 |
5 .7 |
10,8 |
12,7 |
8 .1 |
7 ,0 |
110 |
1120. |
8 ,2 |
4,0 |
14,9 |
7 .1 |
12,9 |
10,5 |
103 |
1013 |
6,7 |
6 ,5 |
6,5 |
8,3 |
14,4 |
19,0 |
112 |
1122 |
5,2 |
7 ,9 |
3 .0 |
6 Д |
8 ,5 |
16,0 |
201 |
2021 |
5 ,2 |
3 ,4 |
7 ,8 |
5 ,8 |
15,7 |
1.9 |
|
|
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
100,0 |
|
Фиксируемые счетчиком интегральные интенсивности отраже |
||||||
ния от каждой кристаллографической плоскости |
подсчитывались |
как площади под максимумами на записанной при съемке диаграм ме интенсивностей отражения ■ выражались затем в относитель ных числах I в процентах от суммы, отдельных площадей. Текстурованность оценивалась частными от деления всех полученных та ким образом относительных значений интегральных интенсивнос тей отражения I на такие же относительные значения интенсив ностей» полученные в результате съемки эталонного (разориентированного) образца I * .
Результаты описанной обработки измерений сведены в табл.
5 Т
• JL ф
Цифровые индексы I и 5 при I в таб л .5 .1 обозначают номе ра листов» из которых были приготовлены соответствующие образ цы» а буквенные индексы - ориентировку этих образцов в приня
той системе осей листа. При этом'в |
плоскости прокатки |
жу от |
||
обоих листов исследовалось по два |
образца: жуп - из |
поверх |
||
ностного слоя и |
му с - из |
среднего |
слоя по толщине листа. |
|
Из табл .5.1 |
следует» |
что полученный экспериментальный ре |
зультат полностью подтверждает основанное на литературных данНО