Структурно-фазовые превращения в материалах деталей машин под действием электромеханической обработки

ВВЕДЕНИЕ
Экстремальные условия эксплуатации деталей, характерные для многих отраслей промышленности, а так же постоянное увеличение требований к надежности конструкций, подталкивают к поиску материалов и сплавов, способных справиться с возрастающими нагрузками на изделия, в которых они используются. Сплавы на основе титана обладают высокой удельной прочностью, жаропрочностью и низкой плотностью. Сочетание высоких эксплуатационных характеристик и низкой плотности позволяет применять данные сплавы в авиастроении, ракетостроении, кораблестроении и химической промышленности Уникальное сочетание повышенной удельной прочности и коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, высоких пластических свойств и вязкости разрушения при комнатной и умеренных температурах, хорошей свариваемости в тонких и толстых сечениях, низких коэффициентов термического расширения и теплопроводности, немагнитности, высокой температуры плавления и малой склонности к радиационному распуханию – определили их широкое применение в судостроении, авиакосмостроении, медицине, нефтяной и в других областях промышленности. Механические свойства титана зависят от наличия таких примесей как водород, кислород. Водород, присутствуя в незначительных количествах выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что значительно охрупчивает титан. Это вынуждает проводить обработку не в аммиаке, а в тщательно очищенном от кислорода и влаги азоте, что значительно увеличивает стоимость проведения обработки и конечного изделия. Все это в некоторой степени обусловливает возникновение механических и термических внутренних напряжений, которые наряду с высокой дефектностью кристаллической решетки титана (особенно вблизи температуры полиморфного превращения Тпп), способствуют образованию значительной концентрационной5 неоднородности распределения легирующих элементов и неоднородности протекания структурных и фазовых превращений.
Одним из подходов к решению этой проблемы является создание регламентируемой структуры путем управления структурными и фазовыми превращениями в промышленных титановых сплавах. Для титановых сплавов широкое распространение получили три основных вида термической обработки: отжиг, закалка и старение.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4
1 Состояние вопроса ................................................................................. 6
1.1 Анализ состава, структуры и свойств титановых сплавов ............. 6
1.2 Структурные превращения в титановых сплавах при термическом
воздействии........................................................................................................ 10
1.3 Основные методы термической обработки титановых сплавов .. 15
1.3.1 Получение неравновесной структуры сплава............................. 16
1.3.2 Способы закалки и свойства закаленного титанового сплава .. 17
1.3.3 Строение и структура зоны лазерного воздействия титановых
сплавов при лазерной закалке................................................................ 20
1.3.4 Химико-термическая обработка титановых сплавов ................. 22
1.3.5 Электромеханическая обработка титановых сплавов................ 25
1.4 Контроль качества поверхностной обработки............................... 27
1.5 Постановка цели выпускной квалификационной работы ............ 28
2 Материалы и методики исследований............................................... 30
2.1 Объекты исследований..................................................................... 30
2.2 Пробоподготовка............................................................................... 31
3 Исследовательская часть..................................................................... 37
3.1 Анализ исходных образцов.............................................................. 37
3.2 Исследование влияния электромеханической обработки ............ 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................... 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ А................................................................................... 51

Состояние вопроса
1.1 Анализ состава, структуры и свойств титановых сплавов
Прочность титановых сплавов определяется содержанием - и -фаз,
соотношением их количества, степенью дисперсности и однородности
структуры.
Для - и псевдо--сплавов титана увеличение уровня прочности как
правило связано с твердорастворным механизмом упрочнения как за счет
легирования алюминием и нейтральными упрочнителями, так и -
стабилизаторами на пределе их растворимости в -фазе. В (+)-сплавах кроме
твердорастворного упрочнения может быть реализовано дисперсионное
упрочнение, реализуемое в процессе закалки и последующего старения.
При увеличении содержания -стабилизаторов прочностные свойства
промышленных (α+β)-сплавов в отожженном состоянии возрастают, достигая
максимума при таком их содержании, которое обеспечивает примерно равное
количество - и -фаз. Однако упрочнение, обусловленное переходными
элементами, алюминием и нейтральными упрочнителями, не должно превышать
приемлемого предела, свыше которого теряется пластичность, технологичность
сплавов, вязкость разрушения, резко возрастает скорость роста трещин.
При сопоставимых количествах -стабилизаторов в структуре типичных
(+)-сплавов содержится примерно одно и то же количество -фазы. В то же
время сплавы системы Тi-Аl-Мо прочнее, чем более технологичные сплавы
системы Тi-Аl-V. При аналогичном уровне прочности (+)-сплавы
технологичнее -сплавов и жаропрочных псевдо--сплавов [1].
Характер микроструктуры существенно влияет на механические свойства
отожженых (+)-титановых сплавов. Сплавы с зернистой и пластинчатой
структурой имеют наибольшие различия. Для сплавов с зернистой структурой7
характерны: пластичность, технологичность, высокая циклическая прочность,
кратковременная прочность, ударная вязкость. В (+)-сплавах с зернистой
структурой частицы - и -фаз настолько мелки, что сплавы способны к
сверхпластической деформации при температурах 900-950°С без какой-либо
специальной предварительной обработки [1].

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЕ
НА ТЕМУ:
«Структурно-фазовые превращения в материалах деталей машин под
действием электромеханической обработки»
АННОТАЦИЯ
Расчетно-пояснительная записка 57 с., 23 рис., 8 табл., 31 источник, 1 прил.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, ПОВЕРХНОСТНОЕ
УПРОЧНЕНИЕ, ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ, СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ.
Объектами исследований являются титановые сплавы ВТ6 и ВТ16.
Цель работы — исследование влияния режимов электромеханической обработки на структурно-фазовые превращения в титановых сплавах. Поставленная цель достигается проведением электромеханической обработки на объектах исследования с использованием установки ЭМО на базе универсального токарного станка и последующего анализа изменившейся микроструктуры и микротвердости с использованием исследовательского оборудования

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Глазунов С.Г. Конструкционные титановые сплавы/ В. Н. Моисеев – М.:
Металлургия, 1974. – 368 с.
2. Ильин А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства / Б .А.
Колачёв, И. С. Полькин // Справочник. – М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. – 520 с.
3. Колачев Б.А. Металловедение и термическая обработка цветных
металлов и сплавов/ В. И. Елагин, В. А. Ливанов, - 3-е изд. –М.: МИСиС, 1999. -
416 с.; 4-е изд. 2005. - 432 с.
4. Новиков И.И. Металловедение, термообработка и рентгенография/ Г. Б.
Строганов, А. И. Новиков. – М.: МИСИС, 1994. – 480 с.
5. Металлография титановых сплавов. Коллектив авторов/ Под общ. ред.
д.т.н., проф. Глазунова С.Г., д.т.н., проф. Колачева Б.А. – М.: Металлургия, 1980.
– 464 с.
6. Воздвиженский В.М. Сплавы цветных металлов для авиационной
техники/ А. А. Жуков, А. Д. Постнова, М. В. Воздвиженская, Под общ. ред. В.М.
Воздвиженского. – Рыбинск: РГАТА, 2002. – 219 с.
7. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений
в титановых сплавах/ – М.: Наука, 1994. – 304 с.
8. Хорев А.И. Титановые сплавы для авиакосмической техники и
перспектива их развития/Авиационные материалы и технологии// 2002, №2, С.
11-32.
9. Хорев А.И. Титан – это авиация больших скоростей и космонавтика/
Технология легких сплавов// 2002, №4, С. 92-97.
10. Хорев А.И. Комплексное легирование и термомеханическая обработка
титановых сплавов/– М.: Машиностроение. 1979. – 228 с.
11. Моисеев В.Н. Поляк Э.В. Соколова А.Ю. //МиТОМ, 1975, №8, С. 45-
49.49
12. Должанский Ю.М. Изв. вуз. Цветная металургия/ В. Н. Моисеев, Л. И.
Сибелева, Л. Н. Тереньтьева - 1973, №4, С. 132-137.
13. Багмутов В.П. Структура и микротвердость титановых сплавов после
электромеханической обработки и ультразвукового поверхностного
легирования/ В. И. Водопьянов, Д. С. Денисевич, И. Н. Захаров, Е. Б. Захарова –
2015. – №4. – С. 272-276.
16. Фёдорова Л.В. РИТМ Электромеханическая обработка для тяжелого
машиностроения/ К. С. Фёдоров, В. П. Багмутов, В. И. Калита, И. Н. Захаров –
2012. – №73, – С. 16
17. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей машин
электромеханической обработкой/ - 1989, 200 с.
18. Арзамасов Б.Н. Материаловедение: Учебник для высших технических
учебных заведений/ И. И. Сидорин, Г. Ф. Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н.
Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986, 378 с.
19. Малышко С.Б. Влияние режимов электромеханической обработки на
параметры шероховатости поверхности деталей/ В. В. Тарасов// Вестник
Морского государственного университета/ 2013, № 60, С. 14-17.
20. Махалов А.Г. Исследование надежности технологической обработки
зубчатых колес Авсиевич С.Г. В книге: НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ Тезисы докладов студенческой научной конференции.
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР; под
редакцией Махалова А.Г.. – 1986. – №2. – С. 30.
21. Крапошин В.С. Инженерные соотношения для глубины
поверхностного нагрева металла высококонцентрированными источниками
энергии// МИТОМ. – 1999. – No7. – С. 31-36.
22. Федорова Л. В. Повышение износостойкости резьбовых соединений
бурильных труб электромеханической поверхностной закалкой/ Ю. С. Иванова,
М. В. Воронина // Записки Горного института. – 2017. – Т. 226. – С. 456-461.
23. Морозов А.В., Федорова Л.В., Горев Н.Н., Шамуков Н.И.
Исследование влияния режимов сегментной электромеханической закалки на50
формирование участков регулярной микротвердости.// Сборка в
машиностроении, приборостроении. – 2016. – № 2. – С. 24 – 27.
24. Федоров С. К.,. Федорова Л. В, Садовников А. В., Иванова Ю. С.,
Ломпас А. М., Власов М. В. ЭМО для повышения надежности машин //РИТМ.
Машиностроение. – 2017. – № 4. –С. 96 – 98.
25. Багмутов В.П. Н. Г. Исследование структуры поверхностного слоя
среднеуглеродистой стали, упрочненной электромеханической обработкой/
Дудкина, И. Н. Захаров// М.: Машиностроение
26. Асеева Е.Н., Багмутов В.П., Паршев С.Н., Асеева С.Д.Ускоренные
испытания материалов на изнашивание//Заводская лаборатория. Диагностика
материалов. – 2016. – Т. 82. – № 7. – С. 64-66.
27. Надольский В.О., Яковлев С.А., Павлов А.В. Способ
электромеханической обработки деталей машин, патент на изобретение RUS
2285728 29.11.200.
28. Фасхиев Х.А. Повышение долговечности резьбового соединения.
Техника машиностроения. – 2010. – № 2. – С. 43-51.
29. Федоров С.К., Федорова Л.В., Гамидов А.Г., Бураков В.О.
Повышение износостойкости втулок защитных насосов электромеханической
поверхностной закалкой. Международный технико-экономический журнал. –
2013. – № 5. – С. 91-96.
30. Горленко А.О., Давыдов С.В., Сканцев В.М., Куракин М.Ю.
Повышение износостойкости поверхностей трения. Вестник Брянского
государственного технического университета. – 2013. – № 1 (37). – С. 80-86.
31. Эдигаров В.Р., Литау Е.В. Тепловые процессы в зоне обработки при
электромеханической поверхносной закалке.В сборнике: АКТУАЛЬНЫЕ
ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ Материалы IV Региональной научнопрактической конференции. Редакционная коллегия: В. И. Суриков, В. К.
Волкова, Т. В. Куниевская. – 2015. – №3.– С. 63-66.