Деформирование трубных заготовок из титановых сплавов с применением электроимпульсного воздействия тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

"В ОП

. 7 ИШ >"й7

11а прапах рукчишск

МАКАРОВА ЕЛЕНА АЛЕКСЕЕВНА

ДЕФОРМИРОВАНИЕ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК

. ИЗ ТИТА1ЮВЫХ СПЛАВОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность: 01.02.04 - «Механика деформируемого твердого тела»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Комсомол,ск-на-.\м\р.; 11'1)7 :

Работа выполнена па кафедре «Технология самолетостроения» Ком-сомольского-па-Амуре государственного технического университета (г. Комсомольск-на-Амуре).

11аучный руководитель: к.т.н., профессор Феоктистов С.И.

Научный консультант: к. г.н Марьин Б.Н.

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор, Заслуженный меюллург РФ, лауреат Государственной премии СССР и премии Совета Министров СССР, академик Международной инженерной академии, академии транспорта РФ, Ныо-Йоркской академии наук Bpaiyxiin А.Г. (г. Москва); к.т.н., доцент Инзарцев A.B. (г. Комсомольски ;а-Амуре)

Ведущая организация: Дальневосточное опытно-конструкторское бюро (Г. Комсомольск-на-Амуре)

Защита состоится 22 мам 1997 г. в 10 ч па заседании диссертационного совета К 064.70.02 в Комсомольском-на-Амуре государственном тех-ничес ;ом университете по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Лепим; 27, КпАГТУ.

' диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КнАГТУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печат ью организации, просим высылать по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан « 22 » апреля 1997 г.

Ученый секретарь f ' E.M'.Ci

диссертационного совета

К 064.70.02, кандидат

технических паук

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем механики деформируемого твердого тела является исследование поведения конструкций и деталей за пределами угругости. Особый интерес представляет изучение возможностей пластическою деформирования титановых сплавов бед разрушения и образования дефектов.

По сравнению с алюминиевыми сплавами и сталями тиганоные сплавы обладают более высокими характеристиками удельной и усталостной прочности, высокой коррозионной стойкостью, отличаются возможностью эффективного использования в условиях повышенных температур, что делает их незаменимым материалом в конструкциях трубопроводов различных систем. Традиционные способы изготовления деталей трубопроводов из титановых сплавов обладают низкой эффективностью н силу . присущих им технологических свойств: узкого диапазона пластического деформирования, низкой пластичности при комнатной температуре, высоких остаточных напряжений, возникающих в процессе деформирования. Улучшение пластичности возможно при использовании термической интенсификации, но ее применение сопровождается усиленным газопасыше-нием поверхностных слоев, что снижает технико-экономические показатели готовых деталей.

Возникает необходимость использования новых эффективных способов изготовления детален, одним из которых является электроимпульсная обработка (ЭИО), исключающая длительный нагрев зшотонкп и обеспечивающая пластификацию металла за малые промежутки времени. Положительными эффектами являются также ликвидация дефектов структуры материала, повышение термодинамической стабильности мешллов, уменьшение анизотропии металлов и уровня острточных напряжений повышение конструкционной прочности и выносливости.

Таким образом, актуальность работ, которая выполнялась в сош-ветствии с программой Мнноборонпрома 1'Ф (1996 г.) «Исследование жи-можпосгей электронм1тул1.сноп)"воздепс1впя при создании '">ви\ мысоко-эффеь,нпных методов штамповки, сварки, диффузионных покр: шм для увеличения предельной пласшчпосчн фучиодефор ..пруешлх мем.ион и сплавов, дри нч показателей нрочнопп п пласшчпосш. }пе.1пчепп« ресурса н "корроиюппс" аоИкост консф\кннй и пиар) метоп», тпе.юн./аш решение» ь,¡,'Ч|ц||| ¡1.1(И1 ц|о-\()пн"|С1 иенпо/| <а мчи сшпЛ'шт I р\. юсмкосш

илокжления деталей трубопроводных систем, улучшения их качества 11 эксплуатационных характеристик.

Цс ». рябо 11.1: разрабопса, исследование и промышленное внедрение процессов деформирования тр>бпых заготовок из титановых сплавов с применением элсктропмпульсного воздействия (ЭИВ), позволяющего существенно повысить предельные возможности формоизменения, снизить трудоемкость изготовления деталей, повысить их качество и эксплуатационные характеристики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- получены новые эмпирические зависимости, описывающие изменение физико-механических характеристик трубных заготовок из титановых сплавов ОТ4-1 и 11Т7М при различных режимах ЭИО на разных этапах процесса деформирования;

- оптимизированы режимы энергетического и силового воздействия па трубную заготовку, необходимые для достижения эффекта электронм-нульснон пластификации в процессе ее деформирования по жесткому пуансону с цслыо расширения технологических возможностей:

- разработаны и исследованы новые схемы деформирования трубных заготовок из титановых сплавов ОТ4-1 н ПТ7М при различных условиях введения импульсов тока.

Практическая значимость работы заключается в следующем: разработаны и внедрены технологические рекомендации по использованию ЭИО при деформировании трубных заготовок из титановых сплавов. обеспечивающей повышение предельных возможностей формоизменения, улучшение эксплуатационных свойств получаемых деталей и спи-• женне трудоемкости их изготовления;

- на уровне изобретений предложены способ и конструкции устройств ;шя деформирования трубных загоювок, позволяющие осуществ-лям. введение импульсного электрического тока в заготовку в процессе деформирования:

- ра)рабо!аиа'технология изготовления элементов трубопроводных спаем. позволяющая снизить себестоимость за счет сокращения объема ппамповой оснастки при уменьшении количества переходов для значительных степенен формоизменения;

- предложены нсрснскшвныс направления и схемы использования "НЮ для др\|их формообразующих операции.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований кашли применение н промышленности. Экономический эффект от внедрения на Комсомольском-на-Лмуре авиационном производственном объединении технологических рекомендаций но использованию электроимпульсного воздействия при деформировании трубных заготовок из титановых сплавов составил пятьдесят миллионов рублей в цепах 1996 г.

Апробации работы. Основные результаты работы были доложены на международном научно-техническом симпозиуме «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения па машиностроительных и металлургически* предприятиях Дальнего Востока» (Комсомольск-на-Амуре, 1994 г.), на 1У Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов» (Воронеж, 1996 г.), на научно-технических семинарах-КнАГТУ (1992-1996 гг.).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 4 научных статьях и докладах, получен 1 патент на изобретение и 2 положительных решения на выдачу патента на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, списка литературы и приложения.

Работа изложена на 110 стр. машинописного текста, содержит 48 рисунков, 10 таблиц, емнеок литературы из 125 наименований, приложение из 1 стр., всего 145 стр.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, фор-N улируготся цель и методы ее достижения, научная новизна и практическая значимость работы, кратко излагается содержание работы но разделам.

В первой главе приведен анализ патентной и научно-технической :нтерагуры по существующим способам деформирования трубных заготовок. дана об^цая характеристика титановых сплавов, рассмотрено состоял не вопроса но технологическому использованию ЭИВ.

* Установлено, что широкое применение в конструкциях трубопроводов различных систем находят трубчатые детали с раструбом, фланцем на конне или тороидальной законцовкоп. спненчатыс детали, различные переходники и др. В качесте конструкционных маюрпалон для нн\ пре-им\шее!непно исполымоа-я циановые сплавы, особенно для спаем 01-

ветствеиното назначения. Традиционным способом получения деталей указанной формы является раздача трубной заготовки в штампах, т .е. увеличение размеров поперечною сечения части полой заготовки путем одновременного воздействия нпегрумепга по всему периметру. В качестве рабочего инструмента обычно используется жесткий пуансон, рабочая часть которого - коническая, выпуклая пли вогнутая, с положительной или отрицательной кривизной образующей.

Вопросы формообразования деталей из трубных заготовок рассмотрены в работах 11.11. Малинина, НА. Попова, М.В. Сторожева, Е.И. Иса-чепкова, 10.Д. Лверкиева, М.11. Горбунова, В.И. Ершова, В.И. Глазкова, О.В. Лопова, Л Г. Вратухнна и миошх других авторов. На основании анализа существующих способов раздачи был сделан вывод о том, что они являются недостаточно •эффективными для деформирования титановых сплавов, т.к. уже при изменении диаметра па 10-15% возникает потеря устойчивости заюговки в осевом направлении, вследствие чего на недефор-мированной части трубы появляются складки (гофры). Другим дефектом является появление шейки в одном или одновременно в нескольких участках кромки деформированной части заготовки, приводящей к разрушению - треш ше.

I з существующих способов повышения степени формоизменения заготов! и (интенсификации) наиболее эффективным является применение нагрева заготовок в процессе деформирования до температур, обеспечивающих увеличение пластических свойств материалов. Однако, главным и существенным препятствием использования этого способа для деформирования титановых сплавов является их большая химическая активность при высоких температурах. При взаимодействии с кислородом воздуха па поверхности заготовки образуются газонасыщенпые слои, которые ухудшают механические свойства готовых детален, особенно при циклических нагрузках, пластичность и эксплуатационные характеристики материала.

Таким образом, важной производственной задачей является всесю-ронпее исследование и внедрение в производство таких способов деформирования трубных заготовок из титановых сплавов, которые нскЛючают долговременный нагрев заготовки н обеспечивают пластификацию ма1е-риалов за м&тые промежутки времени. К одному из таких способов отлайся электронмнульсная обработка -: ропускание через метил импульсов >лекгрического тока длительностью 0.02 - 0.2 с при плошосш нжа 1001000 Д/мм: и с удельной электрической эиершей 1-10 Д.к/мм .

Исследования в области ЭИО материалов проводились О.А.Троицким, В.И.Спициным, К.М.Климовым, И.И.Новиковым, В.Е.Громовым, Н.Н.Беклемишевым, О.В.Поповым и многими другими учеными. Они были посвящены изучению физики процесса ЭИВ и возможности промышленного использования ЭИО.

В настоящее время сущеавует несколько объяснений механизма ЭИВ. Электрон-дислокационная модель связывает увеличение пластичности с прямым силовым воздействием ИЭТ на дислокации, возникновением электронного ветра в решетке металла и ускорением движущихся дислокаций под его действием. Градиент-днффузионная модель предполагает наличие градиента электрическою потенциала на дефектах структуры н сжимающих гермоулругпх напряжении, приводящих к их залечиванию. В дефектных зонах происходит также мгновенный динамический отжиг с множественными очагами рекристаллизации.

Исследования последних лег покмгзлн, что электронмпульеную ила-стификацию следует считать сложным комплексным явлением, происходящем одновременно на нескольких взаимосвязанных и взаимообусловленных, но не сводимых друг к ;ipyi у структурных, уровнях. В этой концепции особую роль приобретают зоны концентраторов напряжений, где и протекают основные деформационные процессы микро- и мезоскопнческо-го уровней.

Анализ опубликованных научно-технических материалов по вопросам ЭИО показал, что механизмы действия тока па обрабатываемые металлы весьма сложны, а законченного представления о природе явлений, происходящих при обработке ИЭТ, в настоящее время нет. Несмотря па это, основные преимущества! использования ЭИО я технологии в целом ясны. В отдельных случаях- только ЭИО позволяет осуществить деформирование н ночучшп кондиционное изделие.

Однако еше нсдостагоч>-э изучен ' эпрос о влиянии ЭИО на свойства тшановмл сплавов. ГК имеющимся публикациям невозможно судить о приемлемости и эффективности ЭИО тля деформировании трубных заготовок из титановых сплавов, т.к. эта область нснользовини.. ЭИО практически не изучалась, отсуютвуют рекомендации по выбору оптимальных схем и режимов деформирования.

t IIa основании аналнш.состояния »опроса и в cooihcicibhh с поставленной целью сформулированы основные ¡адачн диссеркщин-

1. Исследование слияния обработки импульсным электрическим током на пластические и прочностные свойства титановых сплавов ОТ4-1 и ПТ7М.

2. Разработка схем деформирования трубных заготовок с применением ЭИО.

Исследование процессов деформирования трубных заготовок из титановых сплавов с использованием электроимпульсной обработки.

4. Анализ работоспособности и качества изготавливаемых с применением ЭИО деталей трубопровода из титановых сплавов.

5. Промышленное внедрение полученных результатов.

6. Разработка перспективных направлений использования элешро-импульсной обработки.

Во второй главе приведено описание установки для осуществления экспериментальных исследований и методик их выполнения.

Промышленная установка для проведения исследований была создана на базе традиционно применяемого электротехнического п прессового оборудования и включала в себя:

- гидравлический пресс ПУС 250 с бесступенчатым регулированием скорости движения ползуна пресса;

- силовой трансформатор ТОЭСЗ 250/40, обеспечивающий возможность регулирования мощности в широких пределах в зависимости от материала и размерных характеристик заготовки;

- регулятор контактной сваркг РКС-601, обеспечивающий управление параметрами импульс;) тока - амплитудой н напряжением тока, длительностью импульса, паузой между импульсами; •

- гокоподводящие кабели первичной и вторичной сеш трапе форматора;

- кольцевые хлею рокот акты, специально спроектированные и нзго-кшлеиные для обеспечения подвода ПЭТ к тр>бным заиловка.\. заданного диаметра;

- рсгисфнрующнс приборы: запоминающий осциллограф С8-17, предназначенный для определения депавптелыют значения ионной элекфпческоп энергии в одном периоде сети переменною тока, и фапс-формаюр юка, коюр|.1Й подбирался по максимальной величине тока, ком-му|ир\емого в г.-рничиой непп.

На рисунке I показана принципиальная схема установки для обра боткп ЮТ трубных заготовок

зб

\ \

Ч 5

15V

/

0f-

}-с/'^о—с

О'

I - пакетный выключатель; 2 - регулятор коптакш'ой сварки;

3 - электроконтакчнын маноме/р; 4 - понижающий (рансформашр;

5 - токоподводящие кабели; 6 - кольцевые элекфоконпииы;

7 - запоминающий осциллограф; 8 - эквивалентное сопротивление;

9 - трансформатор тока

Рисунок I - Принципиальная схема установки для Г-)ПО трубных заготиок

о

При проведении жснернмешдльнмх исследований псно п> юн,м. ч меюд математического планирования экспериментов. В слупях punciiii: опиши ¡анионных задач применялось кр^юе иосхо-кдеипс по попер ми , > отклика. 1С шачн шм факторам опЬ'СИ шсь

- энергетические '.уровень УЭЭ, число импульсов тока, паузы между

е> '

импульсами тока);

- технологические (степень предварительной относительной деформации, степень восстановления ресурса пластичности).

Результаты экспериментов обрабатывались с помощью пакета прикладных программ «STATIST1CA», предназначенного для статистической обработки экспериментальных данных, на персональном компьютере типа Pentium-100.

В качестве исследуемых материалов были выбраны титановые сплавы ОТ4-1 и 11Т7М. Влияние ЭИО на пластические н прочностные свойст ва титановых сплавом оценивалось при различных условиях введения импульсов тока:

- до деформации в целях повышения пластичности заготовки;

- после определенных степеней деформации в целях восстановления ресурса пластичности;

- в процессе деформации в целях периодического снятия деформационного упрочнения;

- после заключительной оиерацип процесса деформирования для снятия остаточных напряжений, повышения циклической долговечности деталей.

Оценка влияния предварительной обработки ПЭТ т:а физико-механические свойства титановых сплавов производилась но результатам испытаний на одноосное растяжение. Трубные заготовки закреплялись в специально спроектированном токогэдводящем устройстве и подвергались электроимпульсной обработке. Импульсный электрический ток'вводился в трубные заготовки одним импульсом до натружения. Производилось варьирование уровнем удельной электрическом энергии (УЭЭ). Затем и, трубных заготовок в соответствии с действующими ГОСТами вырезались образцы для I спытшшй на растяжение, которые выполнялись на универсальной испытательной машине ZDI0/I0 фирмы TK1TZ I ILiCKHRT". Для одноосного растяжения определялись ветичипы предела прочности аа , условного предела текучее! и а».:, относительного удлинения 8.

Методика оценки возможности использования ЭИО в качестве ,\теж-операциоиной обработки для снятия деформационной) упрочнения предполагала исследование восстановлении ресурса нчастнчносш тшановых сплавов. При )1 м величина предварительной деформации чара.мерн юна-

лась степенью использования ресурса пластичности 4'- которая определялась как:

4/ = А / А,„ где А - логарифмическая деформация;

Ар - предельная логарифмическая деформация, при которой наступает

разрушение.

1 !осле ЭИО образцов опытной партпп с различными уровнями удельной электрической энергии с] определялась геличина конечной логарифмической деформации материала Ак. Вычислялась величина ц/к:

М\ = АК/ Ар

где Ак - конечная логарифмическая деформация;

Ар - предельная логарифмическая деформация.

Определялась геличина степени восстановлен" >я ресурса пластичности по формуле:

ДЧ' = Ч' + ч'к - 1

При проведении исследований реализовыватась модель полнофакторного эксперимента Г1ФЭ-22. В качестве значимыч принимались: степень использования ресурса пластичности ч' и величина удельной электрической энергии q.

После обработки опытных данных составлялось уравнение регрессии и осуществлялось крутое восхождение по поверхности отклика. Строились графические зависимости Д»|/ (ч>) при различных режимах обработки, по фггорым можно судить о том, каким образом ЭИО влияет на восстановление пластических свойств материала.

Определение изменения величин напряжений и деформации производилось при испытаниях образцов на растяжение с применением ЭИО в процессе деформирования. Для обеспечения подвода тока непосредственно в зону деформирования захваты испытательной машины изолировались от массы. Образец нагружался до. определенного усилия растяжения, после чего подвижная траверса испытательной машины останавливалась и выполнялась ее жесткая фиксация в данном положении. Далее снималось давление с рабочих цилиндров испытательной машины. Процесс испытания образцов на растяжение с ЭИО сопровождался записью индикаторной диаграммы.

В этом виде испытаний также выполнялся планируемый нолнофак-торный эксперимент ПФЭ-22. Были приняты следующие значимые факторы. количество удельной электрической энергии в импульсе тока н скваж-

/теп. между импульсами тока т в секундах, которая принималась эквивалентом величине перемещения захватов испытательной машины I,:

1, - VI ,

де V - скорость перемещения захватов.

Параметром ошимшации являлась величина относительного удлинения й. Результаты эксперимента представлялись в виде уравнений регрессии и зависимости б = Г(т).

Для проверки работоспособности материала при циклическом на-т ружении после ЭИО проводились испытания образцов с концентраторами исходной (в состоянии поставки) п опытной (обработанной ИЭТ с различным уровнем УЭЭ) серий па циклическую долговечность при асимметричном цикле нагружепия.

Оценка результатов испытаний осуществлялась по величине относительной наработки до разрушения N.. /Ыц0 , где Ыцо - количество циклов па-гружеппя до разрушения недеформировапных и необработанных ИЭГ образцов. После испытания всех образцов и определения для каждого их них величины количества циклов нагружепия Ыц до разрушения строились .графические зависимости Ы„ (ч*) при различных уровнях УЭЭ.

Для оценки качества получаемых деталей и их эксплуатационных показателей использовались стандартные методики химического анализа п мет; тлографии.

В третьей главе приведено описание комплексных исследований, посвященных деформированию трубных заготовок из титановых сплавов с применением ЭИО. *

Оценка влияния обработки ИЭ'Г на пластические и прочностные свойства титановых сплавов проводилась с использованием методики, описанной в главе 2. В результате выполнения экспериментов был выявлен диапазон УЭЭ от 0,5 Дж/мм3 до 3 Дж/мм3, в котором наблюдалось повышение пластических свойств до 25 % по отношению к исходной величине относительного удлинения 8 и повышение величины предела прочности <т„ на '-МО % во всем диапазоне УЗО, соответствующем диапазону повышения пластичности.

11а рисунке 2 показано изменение величины относительного удлинения о. выраженное но отношению к исходному значению <>„ необработанною материала. в зависимости от количества вводимой удельной электрп-'(ееьон чтерт нн ч

11ри дальнейшем увеличении количества вводимой удельной электрической энергии имело место постепенное снижение сгп до уровня исходного материала. Наблюдалось незначительное снижение величины условного предела текучести п().2 - на 4-5 % по отношению к величине СТо2 исходных материалов.

Оптимальное значение УЭЭ, при котором штампуемоеть титановых сплавов повышалась на 25%, по совокупности всех технологических иока-за[е,г.ей составило 2,5 Дж/мм\

0.3 О 0.25 0.20 0.15 0.10 О 05

0 00 0.0

1

'А

» // \ г

с О •

1.0 2.0 3.0 4.0

Удельная электрическая энергия, Дж/мм3 1 - ОТ4-1; 2 - ПТ7М Рисунок 2 - Зависимость относительной величины относительного удлинения от уровня УЭЭ для титановых сплавов

с При зпцуениях УЭЭ выше 3 Дж/мм' наблюдалось резкое снижение прочности и пластичности обоих сплавов, ч:о обусловлено перегревом образцов н процессе ЭИО.

Ныли проведены также экспериментальные исследования по оценке влияния ЭИО на восстановление ресурса пластичности ппапоиыч сплавов. Полученное уравнение peipeccnn пока ¡ало, чю чем больше eieiieni. пс-

пользования ресурса пластичности, тем в большей степени он может быть восстановлен за счет последующей ЭИО. Полное восстановление пластических свойств тшановых сплавов ОТ4-1 и Г1Т7М в результате их ЭИО наблюдалось в широком диапазоне УЭЭ (1,2 -3 Дж/мм ) и у (до 0,6-0,7). Результаты этих исследований показаны на рисунке 3. Остаточная пластичность у материалов, деформированных и обработанных ИЭ'Г, выше чем у исходных (в состоянии поставки). Таким образом, пластичность титановых сплавов может быть существенно повышена в результате,деформирования с последующей ЭИО.

Ч'

1 - отжиг в печи; 2 - ц = 1,5 Дж/мм1;

3 -1] = 2.2 Дж/мм3; 4 - ц = 3,5 Дж/мм' Рисунок 3 - Восстановление ресурса пластичности сплава ОТ4-1 в результате ЭИО с различными уровнями УЭЭ

Проводились также эксперименты но деформированию образцов из сплава О Г4-1 с одновременной обработкой ИЭТ. В этом случае наблюдались значительная электроимпульспая разгрузка (ЭИР) и элекзроимнульс-ное приращение деформации (ЭИПД). Величина предварительного пластического нагружения несущественно влияет на величину ЭИР, и для уп-

ругой зоны предварительного пагружения материала было обнаружено, что величина ЭИР существенно зависит не только ог уровня УЭЭ, но и от величины предварительного пагружсчия.

Полученное уравнение регрессии позволяет судить о том, что при многократной ЭИО в процессе деформирования увеличение уровня удельной электрической энергии и уменьшение скважности Лт обусловливают увеличение предельной пластичности материала. Причем уменьшение скважности является более значимым. Это объясняется тем, что при уменьшении скважности время остывания образца уменьшается и, следовательно, средняя температура деформирования возрастает.

Па рисунке 4 показана зависимость величины относительного удлинения от уровня УЭЭ при различных значениях скважности Дт.

2.5

3

г? 1.5

05

Удельная электрическая энергия ц, Дж/Чг'

I - Лт = 3 с; 2 - Дт = 5 с: Дт = 7 с

1'г уиок 4 - Влияние скважности многократной ЭИО на пока та''.ми пластичности для сплава ОТ4-1

0

4

«Выпотени,- эксперимент01' на оптимальных режимах ц п Лт потно-I н и) нон мои к ирс ic.ii.in и > теформапшо цианового сп ¡ана О) 4-) почт п и

2,5 pasa, при лом отмечалось существенное снижение потребных усилит деформирования.

Па основании полученных в результате проведения экспериментов данных были предложены принципиальные схемы деформирования трубных заготовок с использованием ЭИВ: одноразовая ЭИО трубной заютов-о

ки до начала деформирования, одноразовая ЭИО между переходами деформирования; введение ИЭТ в трубную заготовку непосредственно в процессе деформировании.

Предложенные схемы деформирования с использованием ЭИО были реализованы в технологическом процессе раздачи трубных заготовок по жесткому пуансону, для осуществления которого был спроектирован н изготовлен комплект шгамиовой оснаст ки.

Трубные заготовки из титановых сплавов ОТ4-1 и IIT7M предварительно обрабатывались ИЭТ, после чего заготовки из необработанной и обработанной партий подвергались деформированию до разрушения - появления разрыва на кромке. Определялось значение предельного лиамегр;. конической части переходника. По результатам замеров был сделан вывод об увеличении диаметра для заготовок, обработанных ИЭТ, по cpa»nenni(i с необработанными в среднем на 12-14%.

Экспериментально была опробована раздачи трубных заготовок из титанового сплава OT4-I с применением ЭИВ в качестве промежуточной обработки между двумя переходами деформирования. Заготовки предварительно деформировались до критических степеней формоизменения, затем подвергались воздействию ИЭ-^ с целью восстановления ресурса пластичности, и выполнялся второй переход деформирования. В результате проведенных экспериментов наблюдалось увеличение предельного диаметра конического переходника на 1J-I8% по сравнению с раздач Л\ в холодном сосюяпич. Основным педоста1ком предложенной схемы являлось то, что для обработки ИЭТ заготовку приходилось снимать с инструмента и перемешать к месту обработки ИЭТ.

Ьыл сделан вывод о том, чю целесообразнее и эффективнее с точки фения производительности исключить стадию сняшя заютовкп с инструмента и осущеавляп. непосредственное введение в заготовку ПЭГ р процессе деформирования. Для реализации этой схемы предложена оршп-нальная консфукцня ннамна дли раздачи трубных закновок из шгаиовы.х сплавов, обшш". г.нт ко юрой пока tan па рисунке 5

1 - опорная плита; 2 - диэлектрический элемент пуансона;

3- токопрочодяшпй элемент пуансона; 4 - ось; 5 - толкатель;

6 - токонодкодяшее кольцо; 7 - трубная заготовка

Рисунок 5 - Штамп для раздачи по жесткому пуансону с ЭИВ и процессе деформирования

Значительная часть экспериментальных исследований была посвящена анализу качества и ресурса службы изготавливаемых с применением ЭИО детален трубопровода из титановых '.'плавов.

Проводились исследования влияния финишной ЭИО на циклическую долговечность деталей из титановых сплавов. Ьыло установлено, чю налнч!"; незначительной предварительной пластической деформации 'до ч' - 0,2) титанового сплава ОТ4-' обусловливает существенное снижение количества никло» нагруженпя до разрушения - до 40% по отношению i; походной. Применение ')ИО, далее.» дип":поие пешачпге.тыитх энергий, нс-сле деформирования прнволиг не только к полному itocciaiuxi.iciinio уровня циклической долговечносгн. но и к его существенному повышение 'Гак. при г)ПО с величиной У')") <| - 2 ДжЛ/ч' после предварпкмымй н ш-стичцекой де(|юрмацни ептава OT4-I (v "" 0.5) величина оиюсшелмвч: и.--paooiKii повысилась более. чем в X pal по ошошеиню к coo i вст с п:\н iii.cii

величине у исходною недеформированного н необработанного ИЭТ материала. в

В результате проведения экспериментальных исследований было оценено температурное влияние ЭИО. Сделан вывод об отсутствии длительного высокотемпературного нагрева при ЭИО и выявлены факторы, влияющие на величину разогрева: количество вводимой УЭЭ, состояние поверхности заготовки.

Известно, что при изготовлении деталей на производстве любое предложение по внедрению новых способов их получения оценивается не только с точки зрения эффективности нового технологического процесса, но и с позиции качества получаемых изделий.

Микроструктурный анализ, проведенный в рамках данной работы, не выявил существенных изменений в структуре исследуемых титановых сплавов, подвергшихся обработке ИЭТ. Структура соответствует I типу шкилы микроструктур псевдо- а-сплавов и а-сплавов инструкции В И AM 1054-.76. Она представляет собой мелкие равноосные зерна ос-фазы, имеется также переходная зона с корзиночной структурой а-фазы, которая получается при быстром охлаждении нз ß-раствора после выдержки в промежуточной (x+ß-области. При «жестких» режимах ЭИО, при увеличении количества вводимой УЭЭ до температур начала рекристаллизации материал приобретает грубую корзиночную структуру с крупными равноосными элементами а-фазы, и. сильно выросшими зернами (¡-фалл. При дальнейшем увеличении! уровня УЭЭ начинается оглавление по границам зерен, возникает литая, структура с игольчатыми и пластинчатыми а-крпста-.лами.

Результаты, металлографических исследований показали также, что существенного изменения микротвердости и хрупкости поверхностного слоя сплавов не наблюдается, отсутствует газонасыщение, химический состав в поверхностной,зоне в пределах нормы.

v

Н чемн'щои i.naiic рассмофены перспективы применения ЭИВ в других процессах деформирования, например в операциях обтяжки и вытяжки лисювых загоювок. Предложены методика проведения эксперимент!) по двухосному растяжению листовых заготовок нз тшаибвых сплавов с применением ЭИВ н вариант ннамиовой оснаакн для ич осуществления Приведены результанл исследований но оГмяжке с ЭИО лисго-В1.1\ загоювок н I циановых сн. 1авов О Г I и Iii._().

Проведена оценка экономической эффективности процесса деформирования трубных заготовок из титановых сплавов с применением ЭИО. Сравнительный экономический анализ свидетельствует о том, что экономический эффект от замены применяемого технологического процесса предлагаемым составил пятьдесят миллионов руб. в ценах 1996 г. за c4et повышения предельных возможностей процесса формоизменения трубных заготовок, сокращения трудоемкости изготовления деталей. Соответствующий акт о реализации результатов работы приведен в приложении.

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

!. Анализ существующих способов деформирования трубных .аго-товок из титановых сплавов показал необходимость использования новых эффективных способов изгоювлстшя деталей, одним из которых является пектронмпульспая обработка, исключающая длительный нагрев заготовки и обеспечивающая пластификацию металла за матые промежутки времени.

2. В результате проведения экспериментальных исследований был выявлен диапазон удельной электрической энергии, в котором наблюдалось повышение пластичности и прочности титановых сплавов. Применение ЭИО в качестве промежуточной обработки и в процессе деформирова-пня позволило существенно (в 2.5 раза) повысит^ предельную пластичность титановых сплавов без снижения их прочности.

3. Примените ЭИО в процессе изготовления Деталей Из титановых сплавов не только не снижает их циклической долговечности, но и приводит к ее существенному увеличению.

4. В результате проведения экспериментальных исследований сделан вывод об отсутствии длительною высокотемпературного нагрева при ЭИО и выявлены факторы, в.тняюшне.на величину разогрева.

5. Микрострукгурнын анализ не выявил существенных изменений в структуре исследуемых циановых сплавов, подпер!шнхея обработке ПЭТ. Результат метатлотрафнчестс.чх исследований показали, что изменения микротвердости и хрупкости потерхпосinoro слоя сплавов не наблюдается, orcjiciDver пполасышепне. химический cocían в поверхностной зеле в пределах нормы.

6. Разработаны и экспериментально опробованы новые перспективные схемы деформирования трубных заготовок из титановых сплавов ОТ4-1 и ПТ7М при различных условиях введения импульсов тока, позво-ляющие-значительпо повысить предельные возможности формоизменения.

7. Разработана орпгинапьная конструкция штамповоп оснастки для раздачи трубных заготовок, позволяющая осуществлять непосредственное введение импульсного электрического тока в заготовку в ходе деформирования.

8. Перспективными направлениями использования элсктроимнульс-ной обработки для других формообразующих операции являются процессы вытяжки и обтяжки листовых заготовок.

9. Опытно-промышленное внедрение на Комсомольском-на-Амуре авиационном производственном объединении технологических рекомендаций но использованию ЭИО при деформировании трубных заготовок из титановых сплавов дало повышение предельных возможностей процесса раздачи трубных заготовок и сокращение трудоемкости на 25-30%. Годовой экономический эффект от их внедрения составил пятьдесят миллионов рублей в ценах 1996 года.

с

С -новное содержание диссертации изложено в работах:

1. Попов О.В., Макарова Е.А., Феоктистов С.И. и др. Интенсификация процесса раздачи трубных заготовок из титановых сплавов воздействием импульсного электрического тока. - В сб. ВГТУ 1У Международной конференции «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов». - Воронеж, ВГТУ, 1996, с. 38.

2. АС № RU 2057607 Cl B2ID 11/20. Способ обтяжки листовых за-гоювок/ Попов О.В., Танненберг Д.Ю., Власенков С.В., Марьпн Б.Н., Макарова Г.. А. - Заявл. 12.11.92 (92005888/08); Опуб. в БИ № 10 от 10.04.96.

3. Феоктистов С.И., Марыш Б.Н., Макарова H.A. Оценка влияния ЭИО на механические свойства титановых сплавов. - Тезисы доклада международного гаучпо-тсхничсского симпозиума «Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока», Комсомольск-на-Амуре, 1994 г., с. 73

4.Феок1 истов С.П., Попов О.В., Макарова Г.А. Влияние электронм-тльсной oopafmiKii на механические свойства н экенлуакщпокпые харак-

теристйки титановых сплавов. * в сб. ^Вестник КиАГТУ, вып. I. Прогрессивная технология обработки Материалов». - Комсомольск-на-Амуре, КиАГТУ, 1995, с. 43

5. Положительное решение о выдьче патента на изобретение по заявке № 94020023/02 (019944) от 31.05.94 г. Устройство для обработки давлением/ Фролов П.В., Марыш Б.Н., Макарова Е.А. и др.

6. Положительное решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 96110167/0? (015828) от 21.05.96 г. Штамп для раздачи труб из титановых сплавов/ Марьин Б.П.. Макарова к.А., Фролов П.В. и др.

7. Макарова Е.А., Марьин Б.П., Иванов Ю.Л., Муравьев В.И. Эффективный технологий Ь Производстве самолета 80-27. - Самолеты, 1997. № 2.