Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Смирнов Сергей Вячеславович

• Смирнов Сергей Вячеславович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Смирнов Сергей Вячеславович

Введение

Глава 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КРЕПЕЖА ДЛЯ ФИКСАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИННЫХ МАТЕРИАЛЛОВ

1.1. Детали из композиционных материалов и методы их фиксации в сборной конструкции

1.2. Вариант изготовления игольчатый втулки из листовой заготовки

1.3. Применение титановых сплавов в конструкциях летательных аппаратов

1.4. Общая характеристика структуры деформированных титановых сплавов

1.5. Закономерности формирования структуры двухфазных титановых сплавов

1.6. Зависимость механических свойств титановых сплавов от структуры, влияние легирования и термообработки

1.7. Влияние структуры титановых сплавов на процессы деформации и разрушения

1.8. Особенности формообразования деталей из листовых заготовок

титановых сплавов

Выводы к главе 1 и задачи работы

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Характеристика сплава ВТ6С

2.2. Оборудование для деформирования заготовок сплава ВТ6С с импульсным нагревом электрическим током

2.3. Методики исследования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С

2.3.1. Металлографический анализ

2.3.2. Растровая электронная микроскопия

11

11

26

27

35

40

47

58

61

70

72

72

2.3.3. Просвечивающая электронная микроскопия

2.4. Измерение микротвердости и нанотвердости поверхностных слоев

2.5. Методы определения стандартных механических характеристик

2.6. Методы определения состава и толщины оксидной пленки на

сплаве ВТ6С при нагреве импульсом электрического тока

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЛОКАЛЬНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6С С ИМПУЛЬСНЫМ НАГРЕВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

3.1. Влияние температуры нагрева на механические свойства листов сплава ВТ6С

3.2. Расчетная оценка требуемой амплитуды тока и длительности импульса для нагрева заготовки до пластичного состояния

3.3. Влияние импульсного нагрева электрическим током на структуру заготовок из листа сплава ВТ6С

3.4. Влияние деформации на структуру и свойства титанового сплава

ВТ6С

Выводы к главе

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ И ИСКУССТВЕННОГО СТАРЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6С ПОСЛЕ ИМПУЛЬСНОГО НАГРЕВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

4.1. Влияние режимов импульсного нагрева электрическим током на формирование оксидного слоя на поверхности титанового сплава ВТ6С

4.2. Влияние скорости охлаждения на структуру сплава ВТ6С при импульсном нагреве электрическим током и деформировании

74

76

76

78

78

4.3. Влияние искусственного старения на структуру и свойства заготовок из сплава ВТ6С после скоростного нагрева и

деформирования

Выводы к главе

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ОСВОЕНИЯ ПРЕДЛАГАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИГОЛЬЧАТОГО КРЕПЕЖА

5.1. Результаты прочностных натурных испытаний игольчатых втулок

5.2. Исследование структуры неразъемных соединений иголок с тарелкой втулки, изготовленных по различным схемам

5.3. Результаты механических испытаний неразъемных соединений иголок с тарелкой втулки

5.4. Влияние параметров режима отжига на прочность и структуру неразъемных соединений игольчатых втулок

5.5. Внедрение результатов работы в серийное производство

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Список литературы

Приложение

152

Введение

Актуальность темы. Титановые сплавы нашли широкое применение на данном этапе развития в разнообразных отраслях машиностроения. Титановые сплавы, обладая высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и жаропрочностью, уже сейчас в различных отраслях промышленности конкурируют с лучшими марками сталей. Современная технология и опыт промышленного производства имеют в своем арсенале большой выбор разнообразных приемов, позволяющих в значительной мере управлять структурой и свойствами сплавов титана.

Тем не менее, большинство двухфазных титановых сплавов до настоящего времени используется в отожженном состоянии, далеко не полностью исчерпав резерв прочности. Имеется ряд деталей, условия работы которых, требуют одновременного повышения сопротивляемости высоким механическим и ударным нагрузкам. К таким деталям относятся игольчатые втулки фиксации узлов из композиционных материалов в конструкциях.

Игольчатые втулки получают методом литья в металлические формы (кокили) из титанового сплава ВТ6С. Указанный технологический процесс характеризуется большим уровнем брака из-за проявления дефектов в виде рыхлоты, пор, трещин в теле иголок диаметром 2-3 мм. Наличие внутренних дефектов в теле игл литых игольчатых втулок приводит к их разрушению как в процессе запрессовки иголок в композиционный материал, так и в процессе эксплуатации конструкции.

В силу отмеченного актуальной становится замена литья на процесс деформирования с высоким нагревом конусного выступа с последующей приваркой иголок к тарелке втулки. Для этого требуется провести комплекс металлофизических исследований с соответствующими технологическими операциями для повышения механических свойств изделия.

Степень разработанности темы. В связи с важностью темы общие моменты взаимосвязи структуры и свойств материалов на основе титана развернуто изучены в многочисленных отечественных и иностранных работах. Исследовали возможности управления структурой титановых сплавов А.А.Ильин и И.С.Полькин. Значительный вклад в решение проблемы термической обработки и горячего формообразования двухфазных титановых сплавов внесли Колачев Б.А., Ливанов В.А., Ильин А.А., Буханова А.А., Глазунов С.Г., Скворцова С.В., Коллеров М.Ю., Коммель Л.А., Троицкий О.А., Столяров В.В., РощупкинА.М., OkazakiK., KagavaM., ConradH. и др.

Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является изучение особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при высокоскоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации, а также разработка на основе полученных результатов технологии изготовления игольчатых втулок.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Оценить влияние режимов нагрева на структуру, фазовый состав и механические характеристики титанового сплава ВТ6С;

2. Обосновать выбор комплекса параметров режима формообразования листовой заготовки с импульсным нагревом электрическим током;

3. Изучить влияние амплитудного значения тока в импульсе, скорости деформации и скорости охлаждения на структуру металла в зоне деформированного выступа;

4. Определить влияние параметров импульсного нагрева электрическим током на образование альфированного слоя на поверхности деформированного выступа;

5. Разработать технологическую оснастку для формообразования игольчатой втулки из листовой заготовки;

6. Определить прочностные характеристики соединений иголки с пластиной и исследовать влияние термической обработки на механические свойства полученных соединений.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности влияния импульсного нагрева электрическим током на размер зерна в структуре сплава ВТ6С. Показано, что при импульсном нагреве электрическим током до 1020-1050 °С в течение 0,2-0,8 с размер зерна в структуре сплава ВТ6С составляет 35-80 мкм, в то время как при печном нагреве размер зерна составляет 320-380 мкм.

2. Получены новые данные по механизму формирования структуры сплава ВТ6С при деформировании из в-области, заключающиеся в зарождении а-фазы на границах первичных в-зерен при снижении температуры ниже температуры полиморфного превращения с последующим выделением а-фазы внутри зерен по мере снижения температуры. Приграничная а-фаза претерпевает большую деформацию при температурах а+в-области, в связи с более ранним образованием. К тому же, в приграничных участках в-зерен быстрее начинается рекристаллизация, приводящая к образованию а-частиц сферической формы.

3. Установлено пороговое значение скорости охлаждения сплава ВТ6С после скоростного импульсного нагрева электрическим током до в-области и последующего деформирования составляющее не менее 63-65 °С/с, обеспечивающее образование структур мартенситного типа.

Теоретическая и практическая значимость

На основании полученных результатов исследований разработана производственная инструкция и комплект технологической оснастки по изготовлению игольчатого крепежа. Изготовлены партии игольчатых втулок и одностороннего игольчатого крепежа, которые использованы для крепления узлов из углепластика в конструкции летательных аппаратов.

Результаты исследований включены в учебный процесс при преподавании дисциплины «Технологии конструкционных материалов» в ФГАОУ ВО «Московский Политех» и при руководстве научной работой бакалавров и магистрантов.

Методология и методы исследования

В работе применялись современные экспериментальные методы исследования физико-механических свойств и строения материалов со статистической обработкой собранных результатов экспериментов. На оптических микроскопах "Neofot-32", CarlZeissAxioObserver, растровом электронном микроскопе SEM 515 «Philips» и просвечивающем электронном микроскопе ЭМ-125производился микроструктурный анализ. Твердость и микротвердость материала на поверхности и в поперечном сечении образцов определялась на приборах Виккерса, ПМТ-3, "Nano HardnessTester" NHT-S-AX-000X.

Экспериментальные исследования осуществлялись на машине контактной точечной сварки МТВ-7501. Определение разрушающего усилия неразъемных соединений иголок с тарелкой втулки проводилось на специальном стенде при нагружении иголок статическим и динамическим усилием.

Положения, выносимые на защиту:

1. Совокупность результатов исследований влияния параметров скоростного импульсного нагрева электрическим током с последующим деформированием в нагретом состоянии листовой заготовки из титанового сплава ВТ6С на ее структуру и механические свойства.

2. Рациональный диапазон параметров режима деформирования конического выступа в листовой заготовке с нагревом импульсом электрического тока до температур 980-1050 °С, которая обеспечивается при величине тока импульса в интервале 4,2-5,3 кА и продолжительностью 0,28-

0,35 с с дальнейшим деформированием за счет сжатия электродов со скоростью 38-50 мм/с.

3. Закономерности влияния параметров структуры, включающих в себя ориентационные, геометрические и морфологические показатели на совокупность механических свойств сплава ВТ6С.

Достоверность основных положений и научных выводов основывается на широком экспериментальном материале, полученным с применением современной аппаратуры, достоверных и независимых методов исследования, включающих оптическую и электронную микроскопию, математической обработкой результатов экспериментов,

воспроизводимостью и согласованием результатов с выводами других исследований, полученными при схожих условиях.

Личный вклад автора в работу. Представленные в диссертационной работе результаты исследований получены при непосредственном участии автора. Автору принадлежат идеи в определении цели, анализа и интерпретации результатов, формулировке основных положений и выводов. Основная часть экспериментальных исследований проведена лично автором, под его руководством и непосредственном участие.

Реализация результатов работы: результаты диссертационной работы внедрены в опытное производство при изготовлении игольчатых втулок для фиксации деталей из композиционных материалов в авиастроении.

Апробация работы. Итоги работы доложены и рассмотрены на трех научно-практических конференциях, включая: Российская научно-практическая конференция «Новые материалы, прогрессивные технологические процессы и управление качеством в заготовительном производстве», Рыбинск, 20-21 сентября 2007 г.; Международная конференция «Молодые ученые - промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения», Москва, МГИУ, 19-23 ноября 2007 г.; 10-й Всероссийской научно-технической

конференции с международным участием «Современные инновации в науке и технике»(МТО-50), 15-16 апреля 2020 года, Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия;

Публикации: основное содержание диссертации отражено в 13 научных работах в том числе в 5 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получены 6 патентов на изобретения и полезные модели.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, заключение, список цитируемой литературы (100 наименований), приложения и содержит 182 страницы машинописного текста, в том числе 74 рисунка и 22 таблицы.

Глава 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ИГОЛЬЧАТОГО КРЕПЕЖА ДЛЯ ФИКСАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИННЫХ МАТЕРИАЛЛОВ 1.1. Детали из композиционных материалов и методы их фиксации в

сборной конструкции

Значительное снижение массы конструкции летательных аппаратов дает использование композиционных материалов (КМ), что обусловлено высокими прочностными и жесткостными характеристиками этих материалов. Из металлических КМ применяемых в самолетостроении за рубежом, известны бораминевые композиционные материалы, связующий составляющей которых является сплавы 6061, 2024, 1100 и др. Достоинством таких композиций является то, что их можно применять до температуры 350...370 °С [1].

В конце 80-х годов ХХ века отечественной промышленностью были разработаны легкие композиционные материалы (КМ) на основе алюминиевых сплавов, армированных волокнами бора. Материалы ВКА-1 с плотностью 2,65 г/см3 имеет прочность на разрыв до 1 100 МПа, модуль упругости до 250 000 МПа, предел выносливости свыше 500 МПа. При температуре 400 °С снижение прочности не превышает 10%.

Волокнистые КМ наиболее эффективны в элементах конструкций, в которых направление армирующих волокон совпадает с направлением главных нагрузок. При этом высокая прочность армирующих волокон реализуется практически полностью. Наиболее целесообразно применение местного усиления однонаправленным КМ путем внешнего армирования отдельных силовых элементов. Силовые элементы могут быть подкреплены лентами из КМ ВКА-1 методами диффузионной или контактной сварки, пайки, склейки или клепки с внешней стороны детали.

Несмотря на всю свою привлекательность из-за высокой удельной прочности композиционные материалы обладают и рядом существенных

недостатков, одним из которых является хрупкость и склонность к расслоением. Это вызвало ряд проблем в области применения обычных методов крепежа, при использовании которых необходимо приложение больших усилий, вызывающих разрушение КМ. Для соединения деталей в конструкциях, включающих КМ применялись в основном: пустотелые заклепки, болты-заклепки и односторонний крепеж. Каждый из видов крепежа обладает недостатками, ограничивающими возможность их использования.

Соединения деталей из композиционных материалов в

машиностроении могут быть отнесены к разъемным и неразъемным, подвижным и неподвижным. При этом своеобразные свойства композиционных материалов делаю возможным создавать конструкции, нередко удовлетворяющие противоречивым и даже, взаимоисключающим требованиям. Высокие требования, предъявляемые к конструкциям из композиционных материалов, являются фундаментом для разработки новых технологий их изготовления. В связи с этим, конструкции соединений деталей из композиционных материалов рассматриваются в неразрывной связи с их назначением и технологией производства.

Конструкции соединительных сборочных единиц, изготовленных с использованием композиционных материалов, по виду передачи нагрузок подразделяют на поддерживающие и стыковочные. Наибольшее применение нашли комбинированные и металлопластиковые стыковочные соединения. В стыковочных соединениях нагрузки, приходящиеся на стык, воспринимаются металлическими элементами и передаются через соединительный отсек, представляющий собой оболочку из композиционного материала. В поддерживающих соединениях нагрузка на стыке передается непосредственно адгезионными прослойками (соединением обшивки с сотовым заполнителем). Соединения деталей из композиционных материалов классифицируют на три класса [2]:

1) сплошные (формовочные, сварные и клеевые);

2) механические (сшивные, резьбовые, самозаклинивающиеся, клепаные и игольчатые);

3) комбинированные (клеесшивные, клееигольчатые, клееклепаные, клееболтовые, клеерезьбовые и прочие сочетания механических и клеевых соединений).

В числе этих соединений только механические являются разъемными или частично разъемными, их применяют для передачи сосредоточенных нагрузок в соединениях элементов, имеющих большую толщину, а не с целью обеспечения возможности разборки. Долговечность и прочность таких соединений определяются уровнем концентрации напряжений около крепежных отверстий. При нагружении этих соединений происходит перераспределение напряжений, что ведет к изменению прочностных характеристик конструкции. Для уменьшения концентрации напряжений в зоне отверстий композиционные материалы армируют высокопрочными пленками и металлической фольгой. Применение армирования позволяет снизить массу конструкции без вреда для эксплуатационных характеристик. В тоже время, уменьшение массы позволяет увеличить работоспособность конструкции в условиях динамических нагрузок.

Главными параметрами, определяющими тип и конструктивные особенности механических соединений, являются:

-механические характеристики соединяемых материалов и дополнительных армирующих элементов;

- размеры отверстий и расстояние от отверстий до кромки скрепляемых элементов;

- количество скрепляемых слоев в конструкции;

- количество и геометрическое расположение крепежных элементов.

Сплошные неразъёмные соединения используют для передачи

распределенной нагрузки, комбинированные неразъемные применяют для передачи концентрированной нагрузки с ее перераспределением. Вместе с

тем, важнейшими параметрами, определяющими тип и конструктивные особенности соединения, выступают:

- физико-механические свойства клеевой прослойки;

- соотношение модулей сдвига механического и клеевого соединений;

- соотношение толщины соединяемых элементов;

-жесткость и длина адгезионной прослойки.

Потенциал композиционных материалов к перераспределению нагрузки в процессе эксплуатации должна учитываться при разработке конструкций и соединений элементов в них.

Клеевые соединения. Сплошные неразъемные соединения получают при помощи использования веществ (клеев), обладающих высоким уровнем адгезии к соединяемым материалам. В качестве клеев используются материалы на базе синтетических полимеров. Швы клеевых соединений выполняются внахлест с возможным применением дополнительных накладок, которые усиливают конструкцию.

Технология производства клеевых соединений предполагает следующие этапы; подготовку склеиваемых поверхностей для обеспечения высокой адгезии клея (может осуществляться в несколько этапов и длительное время); нанесение слоя клея на обе или на одну склеиваемые поверхности; прижим склеиваемых поверхностей друг к другу в определённых температурно-временных условиях.

Плюсами клеевых соединений являются:

- высокие показатели прочности;

- способность соединять элементы и детали конструкции, которые имеют малую толщину;

- способность соединять материалы, которые обладают различными физико-механические свойства;

- способность соединять разнотолщинные детали;

- отсутствие следствия снижения прочности соединяемых деталей;

- возможность обеспечить герметичность и исключить появление

коррозии в изделии;

- хорошие тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства;

- универсальность по форме склеиваемых поверхностей;

- возможность создания изделий сложной формы.

Минусы клеевых соединений:

- нестабильность физико-механических и электрических свойств во время эксплуатации и при изменении условий эксплуатации (температуры, влажности, состава окружающей среды);

- сложность технологической оснастки и процесса подготовки склеиваемых поверхностей;

- токсичность клеев;

- огнеопасность;

- небольшая эффективность соединения при высокой жесткости склеиваемых деталей.

Формовочные соединения. Формовочные соединения подобны клеевым. Процесс изготовления формовочных соединений называются приформовкой и контактным формованием. Такие соединения широко используются при изготовлении крупных изделий из стеклопластиков и других композитов. Приформовка заключается в нанесении в место стыка соединяемых деталей слоя наполнителя (к примеру, стеклоткани), пропитанного связующим веществом. После затвердевания связующего вещества образуется прочное соединение. Контактное формование от приформовки отличается цепочкой операций: сперва отдельно формуется и пропитывается матричным материалом (клеем) новый слой наполнителя, а после затвердевания производится операция склеивания нового слоя с заготовкой детали таким же матричным материалом.

Сварные соединения. Сварные соединения относятся к сплошным и обеспечиваются путем нагрева или химического взаимодействия материала свариваемых элементов конструкции. В процессе формирования происходит исчезновение границы раздела между материалами деталей в зоне

соединения за счет их частично или полного перемешивания. При сварке полимерных композиционных материалов прочность сварного шва определяется размерами, формой и ориентацией макромолекул [2]. Процесс сваркикак правило подвергаются конструкции, изготовленные из одинаковых материалов. Нагрев материала свариваемых изделий обеспечивает взаимную диффузию молекул материала в зоне сварки изделия. Подобный результат может быть достигнут с помощью растворителя, нанесенного на свариваемые поверхности. Диффузионная сварка применяется для соединения деталей из термопластов и эластопластов. Основной минус таких соединений заключается в изменении структуры материала в зоне шва.

Процесс химической сварки отличается от диффузионной тем, что вместо растворителя используется химический присадочный реагент, который вступает в химическую реакцию с материалом свариваемых изделий без образования самостоятельной непрерывной фазы. Химическая сварка используется для соединения деталей из термопластов и реактопластов с поперечными связями между молекулами.

Резьбовые соединения. Резьбовые соединения изделий из композиционных материалов выполняются посредством нарезания резьбы на сопрягаемых поверхностях скрепляемых деталей или с помощью металлических крепежных изделий. Конструкция резьбы (диаметр и профиль резьбы) при соединении деталей из полимерных композиционных материалов различаются от конструкции стандартных типов резьбы. Чаще всего, проектируемые конструкции предусматривают резьбовое сопряжение детали из полимерного композита с металлической деталью, либо между двумя деталями из полимерного композиционного материала располагают металлическую деталь с двумя резьбовыми частями. Исходя из того, что металл выдерживает более высокие нагрузки на срез, чем полимерные композиционные материалы, применяемые резьбы имеют несимметричный профиль. Профили используемых резьб, их недостатки и достоинства представлены в табл

Таблица 1.1 - Типы несимметричных профилей и резьбы, для соединения композитных материалов с металлами

Профиль резьбы

Достоинства

Недостатки

Простота

изготовления и контроля, большая площадь среза

Наличие радиальных напряжений при нагрузке, концентрация напряжений в острых углах_

Малая

концентрация напряжений, большая площадь среза

Наличие радиальных напряжений при нагрузке, трудность изготовления и контроля_

Отсутствие радиальных напряжений при нагрузке, простота изготовления и контроля

Уменьшение

площади среза и

снижение

прочности из-за

наличия

ленточной

канавки,

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации»

трудность

изготовления

Отсутствие радиальных напряжений при нагрузке, большая площадь среза

Наличие

концентрации

напряжений,

трудность

изготовления

Прочность резьбового соединения ограничивается низким сопротивлением сдвиговым нагрузкам связующего полимерных композиционных материалов. Известны следующие направления увеличения прочности таких соединений: использование специальных конструктивных решений и изменение технологии изготовления изделий из композиционных материалов.

С учетом характера нагружения применяются конструктивные решения. Например, при нагружении оболочки из композиционного материала давлением, изнутри резьба на ней делается наружной, а металлическая сопрягаемая деталь имеет внутреннюю резьбу (рис. 1.1, а).

Металлическая Металлическая

а) 6)

Рисунок 1.1 - Способы расположения элемента соединения композиционного материала с металлом в зависимости от места приложения давления Р: а - схема с внутренним ; б - с внешним давлением

При нагружении снаружи металлическая деталь изготавливается с внутренней резьбой (рис. 1..21, б). Есть возможность применение конструкций, в которых деталь из композиционного материала обладает одновременно и внутренней и наружной резьбой, отличающиеся разной длиной свинчивания. В таком случае, значительно возрастаетпрочность соединения, но затрудняется изготовление металлической детали.

Технология изготовления изделия из композиционного материала может изменяться в случаях, когда необходимо:

- повышение эластичности связующего;

- особая укладка армирующего наполнителя при производстве детали, предусматривающая восприятие им нагружения на срез, повышает допустимые напряжения до 8 раз;

- проклеивание резьбового соединения (после этогосоединение становится неразъемным), увеличивающее прочность до 30%.

Металлические крепежные изделия, такие как болты и шпильки, используются для соединения как тонкостенных изделий, так и фланцев. При соединении тонкостенных изделий болтами (в комплекте с гайками) большую важность имеют их толщина и состав соединяемых материалов. Например, для изделий толщиной меньше 1,5 мм используют дополнительные накладки или втулки. Для соединения деталей из стекло- и органопластиков используют крепежные изделия относительно больших размеров (диаметром свыше8 мм), а для боропластиков и углепластиков, наоборот, - небольших размеров.

Важным моментом является количество крепежных элементов и их расположение. Отверстия, в которые вставляются крепежные элементы, являются концентраторами напряжений, расстояние между краем детали и отверстиями, а также расстояние между соседними отверстиями, имеют важную роль. В тоже время важно учитывать направление нагрузки, возможность ее перераспределения между крепежными элементами, точность формы, размер отверстий, и при этом точность их взаимного расположения. Штифто-болтовые и штифтошпилечные соединения также используют для скрепления деталей встык (рис. 1.2) [3].

Рисунок 1.2 - Конструкция штифтоболтовых (а) и штифтошпилечных (б)

соединений

Штифты, которые вставляются в отверстия во фланцевых утолщениях, исполняют роль гаек. Фланцевые утолщения могут иметь разнообразные конструкции, изготавливаться различными методами и упрочняться введением дополнительных элементов в виде металлической фольги, борных пленок и др. Для распределения нагрузки на фланце отверстия под штифты могут располагаться не в один, а в несколько рядов.

Клепаные соединения. Неразъемные соединения, полученные при помощи установки заклепок, находят применение в отраслях машиностроения и широко используются в конструкциях из композиционных материалов. Прежде всего, речь идет об авиастроении. Клепаные соединения делают в виде определенно расположенных рядов, так называемых швов, заклепок, соединяющих тонкостенные изделия. На рис. 1.3 показаны наиболее часто используемые швы[2].

^ 1

Н- Н" -

Рисунок 1.3 - Виды клепаных соединений: а - внахлест; б - встык с одной накладкой; в - встык с двумя накладками; г - стрингерные соединения

В предварительно просверленные отверстия в соединяемых деталях устанавливается заготовка заклепки, после чего проводится операция установки второй головки заклепки (замыкающей). Предварительно перед расклепыванием головки соединяемые детали сжимаются. По окончанию операции расклепывания производят контроль полученного соединения.

Для соединения деталей из композиционных материалов используют заклепки из легких сплавов. Процесс расклепывания заготовки осуществляется без предварительного нагрева. Отверстия под заклепки, как правило, обрабатываются в соединяемых деталях одновременно, что дает

и 1 гс)

возможность избежать погрешности их взаимного положения. Особенно широкое применение получили стержневые заклепки. Замыкающая головка формуется специальным инструментом ударного (клепальные молотки) или раскатывающего (пуансоны-раскатники) действия. Для получения герметичной клепаной конструкций применяют упругие прокладки из резины, металла, пластмасс. Лучшая герметизация обеспечивается применением специальных материалов-герметиков, которые после полимеризации приобретают упругие свойства и высокую адгезию к материалу изделия и заклепки.

По мимо стержневых широкое распространение получили специальные заклепки, показанные на рисунок 1.4. Для расчета прочности клепаных соединений разработаны специальные методы, часть из которых стандартизована на уровне предприятий и отраслей промышленности.

Рисунок 1.4 - Заклепки для одностороннего доступа: а - с втягиваемым и обрезным стержнем; б - алюминиевые заклепки с забиваемым стержнем для

расклинивания лепестков

Для выполнения клепки деталей из КМ перспективно использование стационарных и переносных установок для контактной точечной сварки. При этом варианте клепки применяется, стандартные заклепки и снижается усилие расклепывания за счет нагрева стержня заклепки кратковременным импульсом электрического тока. Этот процесс получил название термопрессовой клепки. Для осуществления процесса применяются машины

для контактной сварки МТПУ-300, МТПУ-400 и подвесные сварочные клещи МТПГ-75.

Самозаклинивающиеся соединения. За счет дополнительных концентраторов напряжений вблизи отверстий, проточек, резьбы, в местах соединения изделий из композитов происходит ослабление прочностных свойств материалов. На рисунке 1.1 было показано конструктивное решение, позволяющее увеличить прочность соединения за счет использования эксплуатационной нагрузки. В авиационной промышленности нашли применение аналогичные конструкторские решения, позволяющие использовать значительные эксплуатационные нагрузки для повышения прочности соединения. В основу этих решений положено требование обеспечения сжимающих напряжений между элементарными слоями композиционного материала. При увеличении нагрузки на соединение сжимающие напряжения должны возрастать и, следовательно - увеличивать его прочность и несущую способность.

На рисунке 1.5 показаны примеры самозаклинивающихся соединений. Как видно на рисунках, заклинивающиеся профили размещают на конических сопрягаемых поверхностях. Что дает возможность равномерно распределить нагрузки по толщине детали из композиционного материала. Особое профилирование заклинивающихся поверхностей дает возможность равномерно распределять нагрузки по длине соединения.

с)

Рисунок 1.5 - Самозаклинивающиеся соединения: а - кососимметричное; б -симметричное; 1 - композиционный материал; 2, 3 - неразъемные (а) и разъемные (б) металлические обоймы

В зависимости от характера нагружения и конструкции опорных элементов самозаклинивающиеся соединения могут быть различными. На рисунке 1.5показано разборное самозаклинивающееся соединение труб из полимерного композиционного материала, которые эксплуатируются при наличии внутреннего давления. Конические поверхности Т-Т имеют специальные заклинивающиеся канавки, которые могут быть спиральными (рис. 1.5, а) или кольцевыми (рис. 1.5, б). Угол наклона самозаклинивающегося профиля может быть неизменным по всей длине или меняться по заданному закону, а самозаклинивающиеся профили располагаться асимметрично (рис. 1.5, а) и симметрично (рис. 1.5, б). В соединении используются две металлические обоймы (2 и 3),которые с помощью днища составляют единую силовую конструкцию. При использовании соединения под действием давления происходит равномерное распределение нагрузки между обоймами. При этом труба из композиционного материала сдавливается с усилиями, которые увеличиваются при возрастании давления. При исполнении обойм со спиральными поверхностями конструкцию свинчивают. При использования кольцевых конических поверхностей обоймы изготавливают разъёмными.

Комбинированные соединения. К комбинированным относятся неразъемные соединения, сочетающие клеевые и механические соединения (клееклепаные, клеесшивные, клееигольчатые, клееболтовые, клеерезьбовые). Такие соединения выдерживают большие нагрузки, одновременно распределяя их по всей контактируемой площади сопрягаемых деталей, способствуют полностью использовать несущую способность композиционного материала, уменьшая влияние концентраторов напряжений в зоне механического крепления.

Фланцы, заформованные в различные оболочки и трубы, заформованные фитинги и соединительные втулки относятся к особой группе комбинированных соединений. Подобного вида соединения

рассчитаны на высокие сосредоточенные нагрузки, передаваемые от металлических изделий к композиционному материалу.

Сшивные и игольчатые соединения. При объединение тонкостенных деталей из композиционных полимерных материалов важным моментом является равномерное распределение нагрузки в зоне соединения. В тех случаях, когда клеевые соединения не отвечают достаточной прочности, а механическое крепление при помощи заклепок и болтов значительно ослабляет конструкцию, могут быть использованы сшивные и игольчатые соединения. Прочность таких соединений приближается к прочности материала скрепляемых деталей, а их долговечность может превышать долговечность болтовых соединений (на примерах экспериментальных данных) до 18 раз [2].

Для соединения КМ с металлическими элементами силового каркаса и передачи сосредоточенных усилий применяются болты с игольчатыми шайбами, позволяющими передавать рассредоточенную нагрузку с КМ на болт (рисунок 1.6), так называемый «игольчатый крепеж».

Рисунок 1.6 - Игольчатые втулки для передачи сосредоточенных нагрузок на деталь из композиционного материала

Конструкция игольчатой втулка представляет собой тарелку с коническим выступом и ряд иголок. Иголки втулки впрессовываются в

гп

конус из композиционного материала. В конический выступ тарелки втулки помещается четвертъоборотный замок.

Игольчатые втулки выпускаются методом литья титановых сплавов в металлические формы (кокиль). Данный технологический процесс характеризуется большим уровнем брака из-за появления дефектов в виде рыхлоты, пор и трещин в теле иголок. Общий вид литой заготовки «игольчатого крепежа» представлен на рисунке 1.7.

б в

Рисунок 1.7 - Литая заготовка игольчатой втулки (а), поры (б) и микротрещины (в) в теле иголок

При литье титановых сплавов в процессе изготовления заготовок игольчатых втулок отмечено образованием брака в виде пор и поверхностных трещин преимущественно в теле иголок.

Наличие внутренних дефектов в теле игл литых игольчатых втулок приводит к их разрушению в композиционных материале в процессе приложения нагрузки к узлу из композиционного материала.

В силу этих причин актуальным является разработка и реализация для мелкосерийного производства варианта изготовления игольчатой втулки из листовой заготовки с горячем деформированием конического выступа под четвертьоборотный замок с последующим формированием неразъемных соединений между иголками и втулкой с помощью контактной точечной сварки.

1.2. Вариант изготовления игольчатый втулки из листовой заготовки

Учитывая проблемы, связанные с изготовлением игольчатых втулок методом литья, связанные с появлением дефектов в теле иголок, а также закрытием многих литейных производств по экологическим соображениям, актуальным является следующий вариант изготовления втулок. Процесс изготовления включает: горячее деформирование конического выступа и соединение иголок с тарелкой посредством контактной точечной сварки.

Предлагаемый вариант изготовления игольчатой втулки (рисунок 1.6) предусматривает формирование конического выступа в тарелке 1 и последующую приварку иголок 2 к тарелке 1 методом контактной точечной сварки.

8 ТЗЕ-Нкат.

Рисунок 1.8 -Предлагаемый вариант изготовления игольчатой втулки:

1 - тарелка; 2 - иголка

Формирование конического выступа игольчатой втулки осуществляют из листовой заготовки в виде диска и последующего сверления отверстий под иголки, а также токарной обработкой по габаритным размерам. Для приварки иголок к тарелке наиболее перспективно использование контактной точечной сварки.

1.3. Применение титановых сплавов в конструкциях летательных

аппаратов

Из-за ужесточения требований к увеличению эффективности летательных аппаратов изменяются и требования к ресурсу и массе конструкции в целом. Преобразование требований к экономичности летательных аппаратов привело к общей тенденции в мировом самолетостроении по увеличению ресурса разрабатываемых изделий с одновременным снижением массы конструкции планера, которая теперь приближается к 26-28% от взлетной массы летательного аппарата.

Для силовых конструкций летательных аппаратов наиболее перспективными сплавами являются титановые. Титановые сплавы обладают высокими характеристиками удельной прочности по сравнению с алюминиевыми сплавами и сталями, высокой коррозионной стойкостью и достаточным сопротивлением усталости и отличаются возможностью эффективного использования в условиях высоких температур, при которых применение алюминиевых сплавов невозможно или нецелесообразно.

Процесс производства деталей и элементов конструкций из титановых сплавов более трудоемкий, чем у алюминиевых, из-за присущих титану технологических свойств. Высокие цены титановых изделий и конструкций вызваны следующими факторами [4-7]:

а) активное взаимодействием титана с газами при повышенных и высоких температурах, которое приводит к необходимости защиты металла от этого взаимодействия и применения в ряде случаев вакуумного отжига;

б) недостаточной технологичностью при обработке давлением, что влечет за собой повышение трудоемкости производства деформированных полуфабрикатов и снижению коэффициента использования материала (для титановых сплавов коэффициент использования материала часто равен 0,100,20);

в) низкой производительностью механической обработки (около 15% от производительности механической обработки алюминиевых сплавов);

г) высокой чувствительностью механических свойств титановых сплавов к типу и параметрам микроструктуры, что предъявляет строго регламентированные требования к технологическим параметрам для получения необходимой структуры.

В таблице 1.2 приведены сравнительные характеристики наиболее часто используемые в авиационной промышленности сталей, алюминиевых и титановых сплавов при комнатной температуре, по удельным характеристикам. Особенно по удельной усталостной прочности, титановые сплавы превосходят другие материалы. Вследствие чего, замена

алюминиевых сплавов и сталей на титановые сплавы способствует снижению массы самолетных конструкций и получить более высокие ресурсные характеристики.

По относительной выносливости гладкие образцы титановых сплавов имеют существенно лучшие характеристики, чем аналогичные образцы из алюминиевых сплавов, а по относительной выносливости сплавы практически идентичны.

Титановые сплавы превышают алюминиевые сплавы по модулю упругости на 50-80%, при этом обладают более высокой коррозионной стойкостью, удельными характеристиками прочности и сопротивлением усталости, и представляют собой оптимальный материал для изготовления планера самолетов.

Таблица 1.2 - Характеристики наиболее приемлемых сталей, алюминиевых и титановых сплавов[4, 8-13]

Марка сплава Плотность Временное сопротивление Удельная статическая прочность, км Пределы выносливост и на базе Удельный предел выносливости гладких образцов МПа*см3/г

у, з г/см разрыву Ов МПа ^2*107 циклов О-1, МПа

Алюминиев АК4-1 2,8 420 15 135 48

ые Д16Т 2,87 450 16,2 150 54

сплавы В95 2,85 520 18,2 165 58

Титановые сплавы ОТ4 4,55 800 17,5 420 92

ВТ6ч ВТ22 4,45 4,55 900 1100 20 24,2 550 550 118 120

30ХГСА 7,85 1100 14 600 77

Стали ЭИ643 7,81 1800 23 750 96

ВНС-2 7,76 1250 16 620 80

ВНС-5 7,82 1450 18,5 720 92

Механические и служебные свойства полуфабрикатов на титановых сплавов, особенно двухфазных (а+в)- класса, в значительной степени зависят от микроструктуры. Микроструктура в полуфабрикатах, а, следовательно, комплекс их механических свойств определяются в основном технологией горячей обработки давлением. Высокая чувствительность служебных свойств

титановых сплавов к микроструктуре требует тщательного контроля этого параметра при производстве полуфабрикатов, а спецификация на макро и микроструктуры задавались заказчиком исходя из конкретных условий эксплуатации будущих изделий.

При предъявлении требований к полуфабрикатам по макроструктуре обычно используют 10-бальную шкалу ВИАМа в основу, которой положен принцип увеличения размера макрозерна. Допустимый балл макроструктуры устанавливается техническими условиями к полуфабрикатам из данного сплава применительно к изготавливаемой конструкции. С этой целью иногда приходится проводить специальные исследования.

Характер микроструктуры титановых псевдо-а-сплавов делиться на 9 баллов шкалы микроструктуры. С переходом от 1-го к 9-му баллу микроструктура становиться более грубой и приобретает пластинчатое строение.

В полуфабрикатах с ^-превращенной структурой встречаются «дефектные микроструктуры». У образцов с дефектными микроструктурами (наличие грубых а-прослоек по границам Р-зерен, не претерпевшие Р^а превращение объемы и т.д.) вязкость разрушения заметно уменьшается, что объясняет значительный разброс значений по критерию К1с в плитах с Р-превращенной структурой.

Крупное макрозерно может встречаться в достаточно однородных и даже равноосных макроструктурах. По внешнему виду такая макроструктура может быть вполне допустима в полуфабрикате, однако по своим свойствам она может резко уступать мелкозернистым структурам. По существующей шкале макроструктур для титановых сплавов ее можно ограничить 5...6-м баллами шкалы ВИАМа. Для улучшения механических свойств и эксплуатационных качеств изделий следует стремиться к минимальному баллу макроструктуры и ее максимальной однородности.

Разнозернистость характеризуется одновременным присутствием в непосредственном соседстве макрозерен с резко неодинаковыми размерами.

В требованиях на полуфабрикаты необходимо оговорить допустимую разнозернистость.

Геометрическаятекстура характеризуется ярко выраженной вытянутостью зерен в направлении главной деформации, зоны с текстурой имеют чешуйчатое строение. Данный дефект наиболее характерен для сплава с некрупным макрозерном. Степень текстурованности можно условно оценить соотношением средней длины I чешуйки или волокна к ее усредненной толщине t. Допустимым можно считать отношение Ш < 5.

Строчатость, как правило, сопровождается слабо выраженной текстурой. Обычно строчки представляют собой частички вторых фаз. На сплаве ВТ6ч строчки возникают при дроблении и деформировании бывшего Р-зерна. Само зерно и граница зерна обладают существенно различными пластическими свойствами. Поэтому приграничные зоны не претерпевают заметной пластической деформации при горячей обработке давлением, а ломаются и дробятся. Эти обломки и выстраиваются в направлении основной (главной) деформации растяжения в виде строчек. Этот дефект можно считать допустимым.

Полосчатость представлена крупными макрозернами, вытянутыми в одном направлении таким образом, что толщина зерна значительно меньше его длины. Границы такого участка неровные, сложной конфигурации. Полосчатость - следствие неоднородности пластической деформации металла при горячей обработке давлением и неравномерности химического состава сплава по основным легирующим элементам.

Макрозерно недопустимой балльности с текстурой характеризуется наряду со светлыми языками светлыми раздробленными вкраплениями внутри бывшего Р-зерна. Эта структура характеризуется следующим усредненным комплексом свойств:ов= 876 МПа, 5 = 8,2%, у = 17%, КСи = 64 Дж/см2.

Грубая полосчатость в микромасштабе содержит в большом количестве длинные волокна а-пластин. Эта микроструктура характеризуется

следующим усредненным комплексом свойств: ов= 812 МПа; 5 = 7,9%; у = 20%; КСи = 70 Дж/см2.

Дефект типа «строчатость» не оказывает решающего влияния на уровень стандартных механических свойств и поэтому его можно считать допустимым в тех пределах, которые встречаются на полуфабрикатах.

Грубая полосчатость - следствие плохой проработки металла -является недопустимым дефектом, так как сопровождается потерей гарантированной прочности: о02= 757-775 МПа при овне менее850 МПа согласно действующим ТУ.

Фрактографическое наблюдение разрушения двухфазных структур сплавов обнаружило четкую взаимосвязь характера разрушения с размером зерна и внутризеренных составляющих. Разрушения крупнозернистых образцов с мелкодисперсными выделениями а-фазы, как правило, носит характер скола или ручьистого излома с участками, практически не имеющими следов пластической деформации. Поверхность мелкозернистого образца, как правило, имеет характер разрушения со следами глубокой пластической деформации.

Таким образом, проведенный комплекс исследований по влиянию характера структуры на механические свойства показал, что мелко зернистая структура обеспечивает повышение значения пластичности, усталостных свойств. Обеспечивает более высокое сопротивление зарождению трещины, вместе с тем такая структура несколько хуже сопротивляется развитию зародившийся трещины и за счет этого получаются пониженные значения К1с.

В нашей стране и за рубежом существует большое количество конструкционных титановых сплавов различного назначения. В качестве легирующих элементов используются: а-стабилизирующий элемент алюминий ив-стабилизирующие элементы: железо, хром, марганец, молибден, молибден, ванадий, ниобий. Применяют также цирконий, олово, который относятся к типу нейтральных упрочнителей [14].

В связи с определенным характером воздействия на титан различных легирующих элементов промышленные сплавы по типу структуры могут быть разделены на три группы: титановые сплавы на основе а- структуры, сплавы на основе в-структуры и двухфазные (а+в)-титановые сплавы.

Промышленные титановые сплавы с (а+в)-структурой подразделяются на три группы: псевдо - а-сплавы с небольшим количеством в-фазы со свойствами, схожими с а-сплавам, типичные (а+в)-сплавы и псевдо-в-сплавы. В отожженном состоянии их технологические характеристики и физико-механические свойства типичны для в-сплавов, однако в-фаза у этих сплавов термически нестабильна.

Разделение конструкционных титановых сплавов по химическому составу и по типу структуры представлены в таблице. 1.3. В таблице 1.4 приведена классификация промышленных конструкционных титановых сплавов в зависимости от их предела прочности.

Таблица 1.3 - Классификация промышленных титановых сплавов [4, 1517]

Тип сплава Марка сплава Химический состав, масс. %

Алюминий Остальные элементы

ВТ1-00

ВТ1-0 Нелегированный

а-сплавы ВТ5 титан

ВТ5-1 2,5 Sn

4200 5 0,2 Pd

ОТ4-0 0,8 0.8 Мп

ОТ4-1 1,5 1,0 Мп

ОТ4 3,5 1,5 Мп

ВТ4 5,0 1,5 Мп

Псевдо- ОТ4-2 6 1,5 Мп

а-сплавы АТ2 - 2 Zr, 1 Мо

АТ3 3 1,5 Fe, 1,5 Сг; 1,5 Si, 1,5 В

АТ4 4 1,5 Fe, 1,5 Сг; 1,5 Si, 1,5 В

ВТ20 6 2 Zr, 1 Мо, ^

ТС5 5 2 Zr, 3 Si, 2V

ВТ6С 5 4V

ВТ6 6 4,5 V

ВТ3-1 6 2,5 Мо, 2 Сг; 0,3 Si, 0,5 Fe

(а+в)- ВТ14 4,5 3 Мо; ^

-сплавы ВТ16 2,5 5 Мо; 5V

ВТ22 5 5Мо, 5^ 1 Fe; 1 Сг

ВТ23 4,5 5 Мо; 4,5 V; 0,6 Fe, 1 Сг

Псевдо- ВТ15 3 7 Мо, 11 Сг; 5 Мо, 5^ 11 Сг

Р-сплавы

Р-сплавы 4201 - 33 Мо

Высокопрочные титановые сплавы марок ВТ6, ВТ15,ВТ23, ТС6 разработаны для применения в термически упрочненном состоянии. Они могут работать в конструкциях, испытывающих длительный нагрев до 400 °С, но применение их ограничивается отдельными деталями и небольшими конструкциями, что вызвано трудностями упрочняющей термической обработки крупногабаритных изделий. Трудностью для широкого применения термоупрочняемых титановых сплавов является низкая пластичность сварных соединений в термоупрочненном состоянии. При плотности в 1,7 раз ниже, чем у стали, удается получить высокопрочные титановые сплавы с пределом прочности 1800.. .2000 МПа. Таблица 1.4 - Классификация промышленных титановых сплавов по

прочности

Сплав Состояние Временное сопротивление ов, МПа Относительное удлинение 55, %

Малопрочный, высокопластичный:

ВТ1-00 300-450 30

ВТ1-0 400-550 30

0Т4-0 Отожженное 500-650 30

0Т4-1 600-750 20

АТ2 600-750 20

Среднепрочный:

0Т4 700-900 15

АТ3 750-900 12

ВТ5 750-900 10

ВТ5-1 750-900 12

4201 800-850 10

ВТ4 Отожженное 850-1000 12

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Смирнов Сергей Вячеславович, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров В.Г. Справочник по авиационным материалам. М., Транспорт, 1972. - 328 с.

2. Батаев, А. А. Композиционные материалы / А.А. Батаев, В.А. Батаев. - М.: Университетская книга, Логос, 2006. - 252 с.

3. Затуловский, С.С. Литые композиционные материалы / С.С. Затуловский, В.Я. Кезик, Р.К. Иванова. - М.: Тэхника, 2009. - 237 с.

4. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М., Металлургия, 1974 - 368 с.

5. Редчиц В.В., Фролов В.А., Казаков В.А., Лукин В.И. Пористость при сварке цветных металлов. - М: Издательский центр "Технология машиностроения", 2002. - 448 с.

6. Окисление титана и его сплавов. Бай А.С., Лайнер Д.И., Слесарева Е.Н., Цыпин М.И. - М.: "Металлургия", 1970. - 320 с.

7. Уманский Я.С., Скаков Ю.А. Физика металлов. - М.: Металлургия, 1978. -351 с.

8. Потак Я.М. Высокопрочные стали. М., Металлургия. 1972. - 41 с.

9. Справочник металлиста /Под ред. А.Г. Рахштадта, В.А. Брострема. М. Машиностроение, 1976, т.2. - 768 с.

10. Свойства элементов: Справ. изд. в 2-х кн. Кн. 1 /Под ред. Дрица М.Е.. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Металлургия, ГУП "Журнал Цветные металлы", 1997- 432 с.

11. Калачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1981. - 414 с.

12. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. - М.: Металлургия, 1974. - 367 с.

13. Золотаревский В.С. Механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1983. - 350 с.

14. Газоэлектрическая сварка алюминиевых сплавов. / С.Н. Киселев и др. -М., Металлургия, 1972. - 176 с.

15. Мороз Л.С., Чечулин Б.Б., Полин Н.В. Титан и его сплавы. - Л.: Судпром, 1960. - 515 с.

16. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. - М.: Высшая школа, 1984. - 342 с.

17. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Жаропрочные титановые сплавы. - М.: Металлургия, 1976. - 447 с.

18. Брун, М.Я., Шаханова, Г.В. О структуре титановых сплавов и параметрах,определяющих ее многообразие // Титан. - 1993. - № 1. - С.24-28.

19. Шаханова, Г.В., Брун, М.Я., Солдатенко, И.В. Изучение природы «грубыхвыделений» альфа-фазы в структуре титановых сплавов и условия их образования придеформации и термообработке // Физика металлов и металловедение. 1991. - №4. - С.133-137.

20. Александров, В.К., Аношкин, Н.Ф., Белозеров, А.П. и др.Под ред.Н.Ф.Аношкина, М.З.Ерманюк. Полуфабрикаты из титановых сплавов. -М. :Металлургия, 1979. - 512 с; 2 изд. - М., ВИЛС, 1996. - 581 с.

21. Металлография титановых сплавов. / Под ред. Глазунова, С.Г., КолачеваБ.А. - М.,Металлургия, 1980. - 464 с.

22. Аношкин, Н.Ф., Брун, М.Я., Шаханова, Г.В. Требования к бимодальной структурес оптимальным комплексом механических свойств и режимы ее получения. // Титан -1998. - № 1(10). - С. 35-41.

23. Titanium'99: Science and Technology. // Proc. 9th World Conf. on Titanium. -Saintpetersburg, Russia, 7-11 June 1999 - Prometey, 1999. - v.1-3. - 1930 p.

21. Titanmm'2003: Science and Technology. // Proc. 10th World Conf. on Titanium, 13-18 July 2003. - Hamburg, Germany. - v.1-5. - 3425 p.

24. Ильин, А.А, Колачев, Б.А., Полькин, И.С.Титановые сплавы. Состав, структура,свойства. Справочник. - М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

25. Lutjering, C. Critical Review. // Titanium Science and Technology. - Munich. - 1984. - v.4. - Р.2065.

26. Titanium'84. //Science and Technology: Proc. 5th Int. Conf. on Titanium -Munich. - 1984. - v.1-4. Oberursel.1984-1985. - 2695 p.

27. Перцовский, Н.З., Шаханова, Г.В., Брун, М.Я. Особенности деформации ипластичность двухфазных титановых сплавов с пластинчатой структурой. // ФММ. -1973. - т.36. - вып. 1 - С.154-161.

28. Перцовский, Н.З., Брун, М.Я., Шаханова, Г.В. О природе охрупчиваниядвухфазных титановых сплавов с крупнопластинчатой структурой. // ФММ. - 1970. -т.30. - № 5. - С.1047-1054.

29. Перцовский, Н.З., Шаханова, Г.В., Брун, М.Я., Ноткин, Б.А. О влиянии бета-фазына пластичность двухфазных титановых сплавов. / Н.З.Перцовский, Г.В.Шаханова,М.Я.Брун, Б.А.Ноткин. // ФММ. - 1972. - т.22. - №4. - С.887-890.

30. Травин, В.В., Темкин, С.Г. Исследование механических свойств титановогосплава при плоском напряженном состоянии. // Энерготехнологические процессы.Проблемы и перспективы. Ред. Л.В.Лысенко. - М.: МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2000, с.61-69.

31. Бутыгин В.Б. Материаловедение и конструкционные материалы. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2003. - 34 с.

32. Геллер Ю.А. Материаловедение. - М.: Металлургия, 1989. - 454 с.

33. Грошиков А.И., Малафеев В.А. Заготовительно-штамповочные работы в самолетостроении. - М.: Машиностроение, 1976. - 240 с.

34. Свойства сплавов в экстремальном состоянии / Б.М. Драпкин, В.К. Кононенко, В.Ф. Безъязычный. - М.: Машиностроение, 2004. - 256 с.

35. Хейфец М.Л. Проектирование процессов комбинированной обработки. -М.: Машиностроение, 2005. - 272 с.

36. Технология металлов и других конструкционных материалов. / Под ред. Н.П. Дубинина, изд. 2-е перераб и доп. - М.: Высшая школа, 1969. - 702 с.

37. Патент РФ №2212969. Способ листовой штамповки с нагревом. / Марьин Б.Н., Филимонов С.В., Сидов Ю.Г., Муравьев В.И., Марьин С.Б., Меркулов В.И.

38. Романов Д.И. Электроконтактный нагрев металлов.- М.: Машиностроение, 1981 - 240 с.

39. Патент на полезную модель №53201 РФ. Устройство для деформирования листовых заготовок из титановых сплавов при их нагреве. Овчинников В.В., Алексеев В.В., Верденский В.Б., Смирнов С.В. Приоритет от 01 ноября 2005 г.

40. Дальский А.М., Барсукова Т.М., Вязов А.Ф. и др. Технология конструкционных материалов. 6-е изд. - М.: Машиностроение, 2005. - 592 с.

41. Земзин В.Н., Шрон Р.З. Термическая обработка и свойства сварных соединений. - Л.: Машиностроение, 1978. - 367 с.

42. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин и др. - М.: Высшая школа, 2001. - 638 с.

43. Лясоцкая В.С. Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов. - М.: Экомет, 2003.-352с.

44. Коллингз Е.В. Физическое металловедение титановых сплавов. М.: Металлургия, 1988. - 223 с.

45. Патент на изобретение РФ №2325966. Приоритет 30.03.2006. Способ изготовления деталей из листовых заготовок с выступами в виде тел

вращения. / Овчинников В.В., Верденский В.Б., Лопаткин А.И., Смирнов С.В., Силина В.И.

46. Федоров А.А., Петроченко С.В., Моргунов А.П. Измерение толщины оксидных пленок, образованных в процессе ультразвуковой упрочняющей обработки. // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. - №2. - С.365-367.

47. Моргунов, А. П. Спектральный метод контроля деталей после ударно-акустической обработки / А. П. Моргунов, А. А. Федоров // Технология машиностроения. - 2007. - № 7. - С. 64.

48. Федоров, А. А. Спектральный метод контроля деталей после ультразвуковой упрочняющей обработки. Ч. 1 / А. А. Федоров, С. В. Петроченко // Контроль. Диагностика. - 2014. - № 6. - С. 65-71.

49. Совершенствование спектрального метода контроля деталей после ударно- акустической обработки [Текст] / А. А. Федоров [ и др.] // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность! : материалы V Всерос. молодеж. науч.-техн. конф. с междунар. участием. (Омск, 12-14 нояб. 2013 г.): в 3 кн. / ОмГТУ [и др.]; редкол.: А. В. Косых [и др.]. - Омск, 2013. - Кн. 1. - С. 145-148 : ил.

50. Федоров, А. А. Повышение эффективности ударно-акустического метода упрочнения путем подачи азота в зону обработки : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08: защищена 23.06.2010: утв. 19.11.2010 / Федоров Алексей Аркадьевич. - Омск, 2010. - 124 с. - Библи- огр.: с. 112-121.

51. Гилета, В. П. Формирование качества поверхностного слоя при ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработке в диапазоне частот колебаний 18.66 кГц и разработка комплекса решений по расширению

технологических возможностей этого метода : автореф. дис......канд. техн.

наук : 05.02.08 / Гилета Виктор Павлович. - Курган, 1989. - 17 с.

52. Эванс, Ю. Р. Коррозия и окисление металлов (теоретические основы и их практическое приложение) / Ю. Р. Эванс; пер. с англ. под ред. д-ра хим. наук, проф. И. Л. Розенфельда. - М. : Госуд. науч.-техн. изд-во машиностр. лит-ры, 1962. - 856 с.

53. Wang K. Dynamic globularization kinetics during hot working of Ti-17 alloy with initial lamellar structure / K. Wang, W. Zeng, Y. Zhao, Y. Lai, Y. Zhou // Materials science and engineering A 527. 2010. P. 2559-2566.

54. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. - 304 с.

55. Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов A.M. Водородная технология титановых сплавов. М.: МИСиС, 2002. 392 с.

56. Колачев Б.А., Ильин А.А., Носов В.К., Мамонов A.M. Достижения водородной технологии титановых сплавов // Технология легких сплавов. 2007. №3. С. 10-26.

57. Ильин А.А., Скворцова СВ., Мамонов A.M., Коллеров М.Ю. Фазовые и структурные превращения в титановых сплавах разных классов под действием водорода // Титан. 2007. №1. С. 32-37.

58. Панин П.В., Дзунович ДА., Алексеев Е.Б. Способы описания фазового состава титановых сплавов, дополнительно легированных водородом (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. №3. Ст. 03. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.08.2017). DOI: 10.18577/23076046-2015-0-3-3-3.

59. Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. №1 (34). С. 3 - 33. DOI: 10.18577/20719140-2015-0-1-3-33.

60. Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России: сб. научно-информационных материалов. 3-е изд. М.: ВИАМ, 2015. 720 с.

61. Каблов Е.Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки - основа инноваций // Крылья Родины. 2016. №5. С. 8-18.

62. Каблов Д.Е., Панин П.В., Ширяев А.А., Ночовная НА. Опыт использования вакуумно-дуговой печи ALDVARL200 для выплавки слитков жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана // Авиационные материалы и технологии. 2014. №2 (31). С. 27 - 33. DOI: 10.18577/2071-91402014-0-2-27-33.

63. Ночовная НА., Панин П.В., Кочетков А.С. Проблемы получения химически и структурно однородных слитков из жаропрочных сплавов на основе гамма-алюминида титана // Матер. конф. «Проблемы производства слитков и полуфабрикатов из сложнолегированных и интерметаллидных титановых сплавов» (30 окт. 2015 г.). М.: ВИАМ, 2015. Ст. 03. 1 электрон. опт. диск (CD).

64. Овчинников А.В., Носов В.К., Афонин В.Е., Панин П.В. Основные закономерности деформации сплавов титан-водород // Технология легких сплавов. 2007. - №3. - С. 96-99.

65. Скворцова СВ., Ильин А.А., Бецофен С.Я., Филатов А.А., Дзунович Д.А., Панин П.В. Анизотропия механических свойств и текстура листовых полуфабрикатов из титановых сплавов // Технология легких сплавов. 2006. №1-2. С 81 - 87.

66. Панин П.В. Закономерности формирования фазового состава и структуры в титановых сплавах при термо-водородной обработке и пластической деформации: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: МАТИ, 2009. 24 с.

67. Панин П.В., Дзунович Д.А., Засыпкин В.В. Создание двухфазной композитной структуры в альфа-сплаве Т - 6А1 с помощью термоводородной обработки // Научные труды (Вестник МАТИ). 2012. №19 (91). С 33-37.

68. Панин П.В., Дзунович ДА., Лукина Е.А. Управление структурой и свойствами титановых сплавов при обратимом легировании водородом и пластической деформации // Сб. науч. тр. РКК «Энергия» им. СП. Королева. Королев, 2012. Сер. XII. Вып. 1-2: Материалы XIX науч.-технич. конф. молодых ученых и специалистов. С 103 -107.

69. Панин П.В., Манохин С.С, Дзунович Д.А. Получение и исследование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах при обратимом легировании водородом и пластической деформации // Вопросы материаловедения. 2016. №4 (88). С 7 -17.

70. Скворцова СВ., Панин П.В., Ночовная НА., Грушин И.А., Митропольская НГ. Влияние водорода на фазовые и структурные превращения в титановом сплаве ВТ6 // Технология легких сплавов. 2011. №4. С 35-40.

71. Панин П.В., Грушин И.А., Митропольская НГ. Исследование закономерностей изменения структурно-фазового состояния титанового сплава ВТ6 при дополнительном легировании водородом // Научные труды (Вестник МАТИ). 2013. №20 (92). С 31 - 34.

72. Панин П.В., Ширяев А.А., Дзунович ДА. Построение температурно-концентрационной диаграммы фазового состава титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного водородом // Технология машиностроения. 2014. №3 (141). С 5 - 9.

73. Панин П.В., Дзунович Д.А., Алексеев Е.Б. Фазовый состав и структура титанового сплава ВТ6, дополнительно легированного водородом, после вакуумного отжига // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №2 (38). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.08.2020). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-2-5-5.

74. Панин П.В., Дзунович ДА., Ширяев А.А. Исследование термической стабильности структуры титанового сплава ВТ6 после термоводородной обработки // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2016. №3 (39). Ст.

06. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 03.08.2017). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-3-6-6.

75. Дзунович ДА., Шалин А.В., Панин П.В. Структура, текстура и механические свойства деформированных полуфабрикатов из сплава ВТ6, полученных по промышленным и опытным технологиям // Деформация и разрушение материалов. 2017. №6. С 19-27.

76. Никольский, Л.А. Горячая штамповка и прессование титановых сплавов./ С.З. Фиглин, В.В. Бойцов [и др.] - М.: Машиностроение, 1975, - 280 с.

77. Мажарова, Г. Е. Обработка титановых сплавов давлением./ А.З. Комановский [и др.] - М.: Металлургия, 1977. - 96 с.

78. Ильин, А. А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. / Б.А. Колачев, И.С. Полькин -М.:ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 с.

79. Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов./ В. А. Ливанов, А. А. Буханова - М.: Металлургия, 1974. - 544 с.

80. Аношкин, Н.Ф. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов./ Г.А. Бочвар [и др.] - М., «Металлургия» , 1980. - 460 с.

81. Мальцев, М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов. - 2-е изд. Изд-во «Металлургия», 1970, - 364 с.

82. Гордиенко, А.И. Структурные и фазовые превращения в титановых сплавах при быстром нагреве./ А.А. Шипко - Минск: Наука и техника, 1983, - 335 с.

83. Вульф, Б.К. Термическая обработка титановых сплавов.. М.: Металлургия, 1969. - 306 с.

84. Солонина О. П., Глазунов С. Г. Жаропрочные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1976. - 448 с.

85. Металлография титановых сплавов /Е. А. Борисова [и др.]. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

86. Неугодова В. Н., Неугодова З. Н. Структураи свойства сплава ВТ8. В кн.: Титан в промышленности. - М.: Оборонгиз, 1961. С. 176-184.

87. Листвин Г. П., Саблина М. В. Влияние условий деформации и термической обработки наформирование структуры и механические свойстваполуфабрикатов из сплава ВТ6 // Технология легкихсплавов. 1989. № 12. - С. 55-59.

88. Брун М. Я. Возможности повышения механических свойств титановых сплавов с оптимизациейструктуры // Металловедение и термическая обработка металлов. 1979. № 11. - С. 51-55.

89. Александров В. К., Аношкин Н. Ф., Бочвар Г. А. Полуфабрикаты из титановых сплавов. - М.:Металлургия, 1979. - 512 с.

90. Изучение термической стабильности жаропрочного титанового сплава ВТ9 / М. Я. Брун[и др.] // Технология легких сплавов. 1973. № 5. С. 34-39.

91. Yi-Gang Zhou, Wei-Dong Zeng, Han-Qing Yu. An Investigation on the High Temperature Deformation Strength-toughening of Titanium Alloy // Titanium 95: Science and Technology, 22-26 October 1995. InternationalConventionCentre. Birmingham,UK. 1995. P. 1235-1242.

92. Валиев Р. З., Александров И. В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивнойпластической деформацией. М.: Логос, 2000. - 272 с.

93. Влияние интенсивной пластической деформации и термомеханической обработки на структуруи свойства титана / Г.Х. Садикова [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005.№ 11(605). - C. 3134.

94. Жеребцов С.В., Салищев Г.А., Галеев Р.М. Формирование субмикрокристаллическойструктуры в титане и его сплавах // Физикохимияультрадисперсных систем: сб. науч. тр. конф. Екатеринбург, 2001. С. 189.

95. Жеребцов С.В., Галеев Р.М., Валиахметов О.Р.Формирование субмикрокристаллическойструктуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией // Кузнечно-штамповочноепроизводство. 1999. № 7. - C. 17-22.

96. Формирование субмикрокристаллическойструктуры в титане при пластической деформации иее влияние на механические свойства / Г. А. Салищев[и др.] // Металлы. 1996. № 4.- С. 86-91.

97. Zherebtsov S.V., Salishev G.A., Galeyev R.M. Production of sub microcrystalline structure in large-scale Ti-6Al-4V billet by warm severe deformation processing // ScriptaMaterialia. 2004. V. 51. - P. 1147-1151.

98. Патент РФ на изобретение №2352440. Приоритет 19.07.2007. Способ контактной точечной сварки штыря с пластиной из титановых сплавов. / Овчинников В.В., Алексеев В.В., Верденский В.Б., Лопаткин А.И., Смирнов С.В.

99. Свойства сплавов в экстремальном состоянии / Б.М. Драпкин, В.К. Кононенко, В.Ф. Безъязычный. - М.: Машиностроение, 2004. - 256 с.

100. Моисеев В.Н., Куликов Ф.Р., Кириллов Ю.Г. и др. Сварные соединения титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1979. - 248 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1

ООО «Инновационные технологии»

УТВЕРЖДАЮ ч Зам. директора

шЭдионные технологии"

Равинский В.В.

и

2021 г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы «Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации», выполненной Смирновым

Сергеем Вячеславовичем

Мы, нижеподписавшиеся заместитель директора, главный технолог и начальник сектора инноваций составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы по теме «Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации» Смирнова Сергея Вячеславовича имеет теоретическое и практическое значение. Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического процесса изготовления игольчатого крепежа для фиксации деталей из композиционных материалов в конструкциях ответственного назначения.

Главный технолог

Карапетянц В.В.

Начальник сектора

Соловьев М.Е.

Москва, 107497, ул.Бирюсинка, д.6, корп. 1-5

ОГРН 1167746459077ИНН / КПП - 9718007023 / 771801001 р/сч. 40702810338060018785 в ПАО «Сбербанк России» к/сч 30101810400000000225 БИК 044525225 г.Москва

Приложение 2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМЕОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХ)

АКТ

№

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по исследованиям разработкам,

г, Москва

{место составления)

; доцент

Скворцов А.А. 2021 г

О внедрении в учебный процесс университета результатов диссертационной работы «Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТ6С при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации», выполненной ассистентом кафедры «Материаловедение» Смирновым Сергеем Вячеславовичем.

Мы, нижеподписавшиеся начальник учебно-методического управления, декан факультета машиностроение, заведующий кафедрой «Материаловедение» составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы

(науччQ-UCCH4Ùовательской или диссертационной)

по теме «Особенности формирования структуры и свойств титанового сплава ВТбС при скоростном импульсном нагреве электрическим током и деформации» имеют теоретическое и практическое значение для учебного процесса и внедрены в учебный процесс Московского политехнического университета при обучении студентов направлений подготовки: 22.03.01 «Перспективные материалы и технологии» (дисциплина «Технология конструкционных материалов») в форме лекции по теме «Титановые сплавы и методы их обработки».

(направления подготовки: шифры и названия)

Кафедра, внедрившая результаты: «Материаловедение».

Номер протокола и дата заседания кафедры, на котором рассмотрены результаты внедрения: протокол №9 от 21.04.2021.

Начало использования объекта внедрения: 1 сентября 2021 года.

Начальник учебно-методического управления

Декан факультета, внедривший разработку

Заведующий кафедрой

А.Б. Максимов

(личная подпись)

(личная подпись)

Е.В. Сафонов В.В. Овчинников

Составлен в 2-х экземплярах: 1 -й экземпляр - факультет машиностроения 2-й экземпляр - кафедра «Материаловедением