Характеристики размерной стабильности металлических конструкционных материалов в условиях вакуума тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ



Государственный коиитет Российской Федерации по вксаеиу образовании

САНАРОЖ ГОСУДАРСТВЕННЬЯ ТЕХНИЧЕСКИ! УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Щ 683.3:669.71 ТРЕГУБ Валерий Иванович

Характеристики разггернай стабильности" шталлическиз конструкционных катераалоз в услоагет вакууиа

Специальность 01.04.07 -'фззака твердого тела

Автор е.'ф врат диссертации на соискание ученой сгепанп кандидата тегвнчэскшс наук

Сахара 1993

Работа выполнена на кафедре "Технология металлов и авиа-ыатериаловедение" Самарского государственного аэрокосыического университета шшни академика С. П. Королева

Научный руководитель:

доктор технических наук В.Д.Юыин Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор В.Н.Гекиноа кандидат технических наук старшин

научные сотрудник В.Н.Титов Ведущая организация: Центральное специализированное конструкторске бпро, г. Самара.

Защита состоится 1993 г.

ва заседании Спациагааированвого Совета Д 083.16.03 в Самарском государственной технической университете по ' адресу? г.Самара, ул. Галактионовская, 141.

С днссертацкаЗ кохно ознакомится в (Згблжотоке университета.

Отзывы, просим направлять в двух экземплярах, заверенных печатью, со адресу: 443010, г. Самара, ул. Галактионовская, .141. Ученому секретаре Специализированного Совета Л №3.16.03.

1933 г.

Л. А.Кятлина

Автореферат.разослан и ' м

Ученый секретарь

Споцяавизировалаого Совета

дохтор физико-математических науж //

профессор ^ __

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Интенсивное развитие вакуумной науки и техники связано с звоением и имитацией космического пространства и производством злу фабрикатов и деталей в вакуугге.

Расчет на хесткость элементов конструкций летательных ппаратов,одним из условий эксплуатации которых является вакуум, азируется на характеристиках размерной стабильности метал-ических тел, полученных в атмосферных условиях. Вместе с тем рактачески отсутствует работы, позволяющие учесть влияние :тепеаи разрежения на характеристики размерной стабильности. |днако известны исследования, выполненные у нас в стране -.'еркинын Б. И., Гусляковьгм А. А.. Бокштейяом С. 3. и зарубежом -Сгашг I.R., Willams D. Р., Nelson H.G., Schahanian P., Achter 1R., в которых установлено влияние степени разрехения на голэучесть, текучесть и другие физико-механические свойства ¿еталлических тел.

Эти обстоятельства делают актуальный изучение влияния закуума на характеристики размерной стабильности еталлических конструкционных материалов и их структуру.

Цель работы. Исследовать закономерности влияния вакуума на характеристика размерной стабильности металлических кострукцион-ных материалов. Для достижения цели ставились следующие осеовныэ задачи:

- аналитическая оценка влияния процессов,. протехавдих з металлических твердых телах в условиях вахуука, на характеристики размерной стабильности при кратковременном и длительной воздействиях;

- разработка эффективных методик исследования влияния степени разрехения на характеристики размерной стабильности;

- экспериментальные исследования влияния десорбции и изменения давления на стабильность линейных размеров я сопротивление микропластической деформация;

- исследование влияния изотермической выдерххи в вакууме на релаксации напряжений и сопротивление //микропластической деформации;.

- экспериментальное изучение влияния сублимации в вакууме на

1

стабильность геометрических размеров и условный предел упругости;

- разработка кадекных способов оценки влияния среды на условные пределы упругости и релаксации напряжений.

Научная новизна. Расчетами показано, что характеристики разварной стабильности металлических тел должны зависеть от температурно-временных параметров испытания и степени разрежения среды. Механизм воздействия этих факторов определяется длительностью испытаний.

Разработаны оригинальные методики испытаний на релаксацию напряжений и сопротивление микропластической деформации, содержащие обоснование формы и размеров образца, конструкции устройств и усовершенствования промышленной аппаратуры. Это обеспечило повышение точности результатов и позволило установить влияние давления среды на характеристики размерной стабильности и структуру металлических конструкционных материалов.

Установлено, что при кратковременном воздействии это влия-.. ние связано в основном с изменением энергетического состояния поверхностного слоя металлических тел. В вакууме поверхностная анергия возрастает, приводя к возрастанию сопротивления мшсро-пластаческой деформации.

При длительное воздействии вакуума определяющими являются процессы дегазации и сублимации. В отличие от дегазации сублимация существеннее влияет на физико-механичесхие свойства сплавов с компонентами, сбдадавцимн высокой упругостью пара, и проявляется при поакзеиных тешюратурах.

Экспериментально показано, что релаксация -напряжений в сялаво ЛМгб протекает более интенсивно в вакууме, чем в атмосферных условиях. Установлен эффект последействия - частичное восстановление размеров, связанное с обратимыми- процессами в ютерпале образца., прошэдваго испытания на . релаксацию напряжений. •

Научная-новизна подтверждена четырьмя изобретениями, одним патентом в иологитепьши реззгшаы по заявке па изобретение.

Пргоггкчгеган цзгжос?ь. На основе результатов исследований разработана штодоки определения условных пределов упругости е релаксации иапрягений в вакууме.

Обоснована необходимость при конструировании к расчете

систем навигации и ориентации современных летательных аппаратов базироваться на характеристиках размерной стабильности с учетом влияния реальных условий эксплуатации.

Для повышения характеристик размерной стабильности прн эксплуатации металлических конструкций в вакууме необходимо использовать материалы с низкий содержанием растворенного газа и легированные компонентами с низкой упругость» пара.

Использование результатов диссертации позволило повысить надежность работы систем навигации и ориентации современных летательных аппаратов и получить экономический эффект 53 тысячи руб. в годС в ценах 1SS3 года).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции 'Теория и производство двигателей летательных аппаратов", Куйбышев, 1977; научно - технических конференциях молодых ученых КуАИ, Куйбышев', 1980, 1982, 1983, 1986 г.; Х-ой, XI-ой, XI1-ой Всесоюзных конференциях по физике прочности и пластичности металлов и сплавов, Куйбышев, 1983, 1986, 1589; Всесоюзном научно-техническом -семинаре-конференции "Металлы и сплавы пря повышенных температурах", 1S86 г., Москва, МДНТП; VI-ой Всесовэной конференции по . композиционным материалам. Ереван, 1987 г.; Всесоганой школе-семинаре "Роль поверхности в прочности и износостойкости твердых тел", Куйбызев, ИТГИ, 1987 г. ; 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Прикладная рентгенография металлов," Ленинград, 1930 т. ; 2-ом Мегреспублшсаяасом семинара "Современные методы и аппаратура рентгенографических исследований материалов в особых условиях",Киев ,1991 г.

Публикация. Основные результаты'диссертация опубликованы в 24 печатных работах.

Объем диссертации. Диссертация состоит из взведения, пяти глав и выводов. Содержит 160 страниц, 4 таблицы, 50 рисунков, перечень литературных источников из 130 наименований, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

I;

Во введении обосновывается актуальностью я необходимость проведения работы и дается ее краткая аннотация.

В первой главе приведен обзор работ, в которых рассмотрены

3

процессы, протекайте в металлических телах и сплавах п] повышении степени разрежения окружавшей среды, а также влиян; этих процессов на ползучесть, текучесть и ряд других физик/ механгчесхих свойств. Работы, посвященные непосредственно) изучении влияния вакуума на характеристики размерной стадия ности металлических конструкционных материалов практичес: отсутствует, а имевшиеся - не даст объяснения механизму влиян степени разрежения на характеристики размерной стабильности.

Проведенный анализ литературы дает основания предположит что характеристики размерной стабильности металлов и сплавов их структура будут зависеть от степени разрежения окружает среды. Определены цели и задачи исследования.

Во второй глав* выполнена аналитическая оценка влиян процессов, протекавших в металлических телах под воздейсти вакуума, ва характеристики размерной стабильности. При кратк временном воздействии вакуума определявши будет проце поверхностной десорбции, с ростом времени и температу ■*• увеличивается вклад процессов сублимации и дегазации.

В основу аналитической оценки изменения линейных размер металлических конструкций за счет изменения атмосферного лапласовского давлений положено решение задачи Ляме, связывавщ величину радиальной U в осевой V деформации с уровнем напряжен Поверхностая энергия у и поверхностное ватягавие а связаны ыег собой выражением:

да

Y - e*s* -,

as

где s - плодадь поверхности.

Адсорбционное уравнения Гиббса показывает, что значеь поверхностной-энергии ^границы раздела двухатоьшый газ - штг зависит от давления Р, состава окружагщей среды и описывает выражением:

-у = Г -2'R'T-N -In [l+CA'PDl/a], Ш

р * о о

где yo ~ nosspssocTEas анэргия при Р = 0;

R - газовая постоянная;

Т.- абсояатная тегаература металла;

а -

No = 4/ii-d - чесло шлекул диаматроу d, необходимое для образования на 1 гг поверхности металла

монослоя газа;

А - постоянная, равная И-т/С^*} здесь N - число Авогадро;' М - молекулярный вес;

т - время пребывания молекулы на поверхности в

адсорбированном состоянии;

Тг - абсолютная температура газа.

Относительные радиальная С«ц) и осев л Сс^З деформации,

вызванные изменением поверхностного натягения и давления,

описываются уравнениями:

а -с.+Р

£ _ а Ь___&___о__

1+» хГп . 1 С2)

Zv•Ccг.-a -Р й )

£ ~ Ь а л о

2СЖ *С1+у)+ст. С1-иЗ'

О О

сзэ

где

V ^ «цум итуику * V • и ич * г 111Ц 1П

раздела воздух - металл вакуум - металл; в - модуль сдвига; V - коэффициент Пуассона; Р - атмосферное давление; й - радиус цилиндра при атмосферной давлении. Показано,что влияние дегазации на характеристики размерной стабильности, для которых 'определявши является постоянство размеров металлических твердых тел под действием внешних напряжений, связано.с изменением подвижности дислокаций за счет уменьшения концентрации растворенного в металла газа. Поэтому проведена оценка напряжения, необходимого для отрыва дислокации от своей атмосферы, и характера его изменения а зависимости от давления среды.

Стартовое напряжение движения дислокации, таящей атмосферу из примесных атомов, определяется вырагзнизм

сг = П-а-С^/Ь , С4)

где Л = 4,Ь,С*е,Яа

о

I - обаее число всех атомов в единице обьэма; с - относительная разница в атонии радиусах примеси и растворителя;

Я - радиус атома основного металла;

Ь - вектор Бвргерса.

Концентрация примесных атомов С}в атмосферах дислокаций определяется средней концентрацией примесей Се, растворенных в металле, и описывается выражением п Е г «а и/кг

С1 * \ € • СИ

где и - энергия связи дислокации с примесным атомом..

Выполнена теоретическая оценка изменения стартового напряжения о^ движения дислокации в зависимости от длительности выдержки т в вакууме для неограниченной пластины толщиной (1 со средней концентрацией растворенного газа Со при постоянной температуре.

Аналитическая зависимость соотношения стартовых напряжений движения дислокации в зависимости от времени выдержки имеет вид:

^т 1

— = ««/ -= . СВ)

Со 2\?о

где Го - критерий Фурье.

Для аналитической оценка влияния сублимации компонентов сплава в вакуума нг условные пределы упругости и релаксации определяли, как растет толщина слоя СхЭ, га которого удаляется сублимиругщий компонент, в зависимости от длительности ■ эксплуатации т. Эту зависимость получили из ревения дифференциального уравнения диффузии при соответствующих начальных и граничных условиях. В качестве расчетного модельного материала принимали двукоипонентный твердый раствор, один из компонентов которого обладает более высокой упругостью пара. Для оценки условного предела упругости такого материала после сублимации одного из компонентов пользовались<выражением Фридмана, позволяющим определить нэханические свойства многослойных материалов,обладающими

свойствами аддитивности:-

а'*(с!-х) сг"'Х -

" °уср= + . "3— ' С8>

где сГу - условный предел-упругости основы;

а» - условный предел упругости материала покрытия;

с! - толщина пластины.

Получана зависимость условного предела упругости материала в безразмерной форме от длительности эксплуатации для случаев, 6

когда удаление сублимирующего компонента происходит с одной С 0=0,08) й"двух сторон С 0=0,16) пластины:

1 - 0]РЪ'(1- ), С9)

где ^ = ^уср^У

Для оценки изменения релаксационной стойкости в зависимости от длительности эксплуатации в среде с высокой степенью разрежения в данной работе использовали выражение, позволяющее определить средний модуль упругости в двухслойной пластине:

X

Е= Е + Еа—д— , СЮ)

где Е( - модуль упругости слоя, из которого сублимировал компонент с высокой упругостью пара;

Еа - модуль упругости основы.

Теоретически показано, что характеристики размерной стабильности металлических тел должны зависеть от температурно-временных параметров испытания и степени разрежения среды. Следует ожидать, что механизм воздействия этих факторов определяется длительностью испытаний.

Третья глава посвящена методикам испытаний а исследований, разработанным в соответствии с поставленными задачами.

Аналитические оценки показали, что суцествувзше методы исследований не позволяют надежно оценить влиянеэ вакуума на характеристики размерной стабильности, поэтому была поставлена, задача повысить точность известных ютодоз и разработать нсзыэ надежные г*этодяки.

По результатам анализа факторов, влшшанх на точность оценки релаксация напряжений, разработаны: образец, технология его изготовления, методика измерения зазора а нанесения меток. Это позволило оценивать рэлаксащю напряжений с точностью • 0,04МПа. Разработано устройство, позволяющее расширить возможности исследования релаксации напряжений в вакууме и различных газовых средах на кольцевых образцах равного сопротивления изгибу.

Кроме того, разработал способ исследования влияния среды на кинетику релаксация напряжений при растяжение.

Для экспериментального исследования: влияния степени разрежения на сопротивление мшсропластической деформации и

7

условный предел упругости была модернизирована установка ИМА1. Усовершенствованная система регистрации усилия позволила повысить точность оценки нагрузки почти . на порядок. Для регистрации и записи деформации в процессе испытаний был разработан и изготовлен тензометр.

Доработка компаратора ИЗА-2 и разработанная методика разметки рабочей части образца с помощью микротвердомера ПМ-З позволили оценивать относительную деформацию с точностью 1*10~°.

В основу методики оценки линейных размеров в вакууме положен метод струны, т. е. изменений частоты собственных колебаний от уровня напряжений. Для выяснения механизма влияния вакуума на структуру металлов к сплавов были выполнены исследования на оптическом - МИМ-8М - и электронном - УЭМ-100К микроскопах; рентгеноспектральный анализ - на микроскопе РЭМ-100У; рентгеноструктурные - на установке ДРОН-2; исследования микрорельефа поверхности - на профилографе-профилометре С-244; газовый анализ - на масс-спектрометре МХ-7201.

Четвертая глаза посвящена результатам экспериментальных исследований.

Теоретические оценки показали, что при вакуумнровании в твердых шталлаческих телах одновременно протекает несколько процессов, способных повлиять на характеристики размерной стабильности и их структуру -десорбция,диссоциация окислов, дегазация и сублимация компонентов сплава с высокой упругостью пара. Однако в зависимости от конкретных температурно- временных параметров, указанные процессы будут проявляться с разной интенсивностью. При определенных условиях влияние вакуума, на структуру п характеристики разкэрноЗ стабильности металлических тол будет определяться только однка или двумя процессами.

Исходя пз зтого, были выбраны теьшературно-временныэ параметры для экспершгэнтальвоЗ проверки теоретических оценок.

При кратковременном воздействии вакуума сопротивление шкропластической деформации образцов, изготовленных из листа толциноа 1.5 юз сплава АМгб, возрастает С рис 13."

На сопротивление шпсропластнческой деформации могут повлиять снятие напряжений всестороннего сгатия, создаваемого в образце давлешгем окружающей среды, и увеличение поверхностной энергии аа счет десорбции. Подтверждением изменения энергетичес-8

кого состояния поверхности металла при вакуумировании служит изменение относительных линейных размеров порядка 2»10~4 образца сплава Х18Н9Т диаметром 0,1 мм при уменьшении давления на 3 порядка величины.Об этом же свидетельствуют результата измерения микротвердости алюминия в вакууме,описанные в литературе. Снятие напряжения всестороннего сжатия снижает сопротивление микропластической деформации, а увеличение поверхностной энергии -повышает.

1?

6

£ 15

■л

1 «

Рис.1. Сопротивление микропластической деформации: 1 - в вакууме; 2 - на воздухе.

Из экспериментальных данных следует, что определяющим является процесс десорбции. Это связано с тем, что на ранних стадиях деформирования пластическая деформация локализуется в приповерхностных слоях. По мере увеличения прикладываемого напряжения деформированию начинают подвергаться внутренние объема металлических тел, и влияние среды на сопротивление мйкропластическоЯ дефорации снижается.

При длительном воздействии вакуума на металлические конструкционные материалы .определяющими факторами являются дегазация и сублимация. Наиболее наглядно влияние дегазации иллюстрируется данными, получения?® при изучении релаксации напряжений и влияния изотермической выдержки в вакууме на сопротивление микропластической деформации.

Релаксация напряжений в вакууме' независимо от уровня начального напряжения для исследуемых температур протекает более интенсивно. Эффект влияния вакуума на релаксацию напряжений возрастает, с ростом уровня начального напряжения как при температуре 353 К, так и при 293 К. Более интенсивное снятие

9

е^чо»

напряжений в вакууме связано с дегазацией и подтверждает аналитические оценки. Разность напряжений; релаксировавших в вакууме и на воздухе за 250 ч при температуре 353 К, составила для образцов сплава АМгб с начальным уровнем напряжений 50, 80, и 116 МПа соответственно 7, 16 и 20 МПа. Возрастание эффекта с ростом начального напряжения объясняется увеличением вклада дислокационного механизма в релаксацию напряжений.

Подтверждением влияния дегазации на характеристика размерной стаоильности в процессе испытаний на релаксациг напряжений в вакууме может служить частичное восстановление размеров образца поскЪ испытаний. Величина эффекта последействия зависит от условий предшествующих испытаний и связана с протеканием обратимых процессов. К таким процессам можно отнести перераспределение легирующего компонента между зонами сжатия и растяжения в нагруженном состоянии и изменение концентрации растворенного в металле газа при испытании в вакууме. После снятия внешней нагрузки и повышения давления указанные процессы идут в обратном направлении, что и приводит к частичному восстановлению размеров. У образцов из сплава АМгб, испытанных в закууме при начальном уровне напряжения 116 МПа и температуре 293 К, эффект последействия за 3000 ч составил около 50'/. Это в два раза больше, чем для образцов, испытанных в атмосферные условиях. У образцов, испытанных при температуре 353 К в вакууме, эффект последействия в четыре раза больше, чем в атмосферных.условиях, и близок к 10%.

Результаты экспериментального исследования влияния изотермической выдержки в вакууме на ■ сопротивление микропластическоЯ деформации показали независимо от среды параболическую зависимость между величиной напряжения растяжения и микропластическоЯ деформацией. Однако интенсивность нарастания остаточной деформации с ростом напряжения зависит от среды.После выдержки в вакууме интенсивность нарастания микропластической деформации ниже.

Напряжение микропластической деформации зависит от состояния дислокационной структуры и степени блокировки дислокаций. Выдержка на воздухе и в вакууме не оказывает заметного влияния на дислокационную структуру. Поэтому характер сопротивления микропластической деформации на начальной стадия объясняется уменьшением степени блокировки дислокаций в 10

результате снижения концентрации растворенного в металле газа. Это экспериментально подтверждается результатами газового анализа (средняя концентрация водорода в сплаве АМгб в результате вакуумирования в течение 360 ч при температуре 353К снизилась с 0,31 до 0,17 см3/100г Ме) и характером диаграммы растяжения, на которой у образцов, выдержанных в вакууме, начало сброса напряжений, определяющееся степенью блокировки, дислокаций, ниже на 25%.

Выдержка в вакууме приводит к изменениям в структуре сплава АМгб, в частности, характера распределения /3-фазы. Происходит ее перераспределение за счет диффузионных процессов. скорость которых в вакууме повышается благодаря дегазации. Вследствие этого растворимость Мд в а-растворе увеличивается, что подтверждают данные рентгеноструктурного анализа об увеличении параметра его кристаллической решетки.

Более быстро перераспределение /3-фазы происходит в вакууме. Так, за 15 суток Еыдержки в вакууме процесс перераспределения /3-фазы практически завершается, в то время как характер микроструктуры образцов, выдержанных 15 суток на воздухе, аналогичен образцам после воздействия вакуума в течение 6 суток. Измельчение интерматаллидноЯ /3-фазы приводит к росту искаженкости кристаллической реыетки матрицы, а рост степени легирования - и увеличению сопротивления деформации, что вызывает повышенна сопротивления иикропластической деформации сллаза АМгб после изотермической выдержки з вакууме.

3 отличив от дегазации сублимация существеннее влияет на фпзико-механические свойства сплазов с компонентами, обладающими высокой упругостью пара, и проявляется при повышенных температурах. Так, изотермическая выдержка в течение 40 ч сплава Л53 в вакууме 5*10"3Па при температуре 723 К приводит к изменению структуры и химического состава приповерхностного слоя за счет сублимации цинка. Относительное увеличение размера образцов после испытаний составило 5-10"*, а условный предел упругости уменьшился на 20% по сравнению с контрольными образцами, что превышает уровень аналитических оценок.

Это несоответствие связано с дефектностью приповерхностного слоя. Разность коэффициентов гетеродиффузии Си в 2п н 2п в Си приводит к накоплению пор и мшсротрещин в приповерхностном слое,

11

что подтверждается исследованием микроструктуры и микро- рельефа поверхности. В результате создастся концентраторы напряжения, снижающие • механические характеристики, для учета которых предложено эмпирическое выражение, удовлетворительно совпадающее с результатами эксперимента:

Бу= 1 -[0-17о- (1 - СИЗ

где Я - Б Л)"- относительный коэффициент диффузии;

Б"- коэффициент диффузии основы сплава;

Б - коэффициент диффузии сублимирующего компонента.

Таким образом, экспериментально показано, что характеристики размерной стабильности металлических тел и структура зависят от температурно-временных параметров испытания и степени разрежения среды.

На основе выполненных экспериментальных исследований была разработана методика определения условного предела упругости в вакууме, исключающая многократное нагрукение образца.

Используя метод регрессионного анализа по экспериментальным данным получают функциональную зависимость между напряжением и вызываемой им остаточной деформацией в виде многочлена Чебышева. После получения уравнения, удовлетворяющего условйю адекватности, из него расчетным путем определяют условный предел упругости.

Кроме того, была разра'ботана методика экспериментального определения условного предела релаксации напряжений при испытании в различных средах. Для его определения находят функциональную зависимость между уровнем начального напряжения и релаксировавшим за интервал времени 500 т 3000 ч, используя метод регрессионного анализа. Порядок.нахождения функциональной зависимости аналогичен порядку, используемому при определении условного предела упругости. После получения уравнения, удовлетворяющего условию адекватносм, из него расчетным путем определяют условный предел релаксации. _

Разработана программа получения функциональных зависимостей с помощью ЭВМ, что позволило автоматизировать обработку экспериментальных данйых определения условных пределов упругости и релаксации напряжений. 12

В пятой главе на основе выполненных аналитических оценок и экспериментальных исследований рассмотрен механизм влияния процессов, протекавших в металлических твердых телах под воздействием вакуума, на характеристики размерной стабильности и структуру. При кратковременном воздействии вакуума это влияние связано в основном с изменением энергетического состояния поверхностного слоя металлических тел за счет поверхностной десорбции. В вакууме поверхностная энергия возрастает, приводя к возрастание сопротивления микропластической деформации и изменению линейных размеров.

При длительном воздействии вакуума определяющими являются процессы дегазации и сублимации, затрагивающие объемные слои. В отличие от дегазации сублимация существеннее влияет на физико-механические свойства сплавов с компонентами, обладающими высокой упругостью пара, и проявляется при повышенных температурах. Так, сублимация цинка в вакууме 5*10"^ Па из сплава Л63 приводит к изменению структуры и химического состава приповерхностного слоя, что снижает условный предел упругости и изменяет линейные размеры.

Влияние дегазации на сопротивление микропластической деформации и релаксационную стойкость связано с изменением подвижности дислокаций за счет уменьшения концентрации растворенного в металле газа. Релаксация напряжений в вакууме протекает более интенсивно. Обратимость процессов дегазации и перераспределение легирующих компонентов приводит к частичному восстановлению рззлероз образца, пропедыего испытания.

Пояучэнныэ результата подтверждают необходимость определения гарантерзстик размерной стабильности металлов и сплавов с учетом реальных условий эксплуатации.

Оспсвкыэ результаты работы

1. Аналитические оценки показали,что характеристики размерной стабильности металлических тел зависят от температурно--временных параметров испытания и степени разрежения среды. Механизм воздействия этих факторов определяется длительностью и температурой испытаний.

2. Установленно.что при кратковременном воздействии основной вклад в эффект влияния вакуума на характеристики размерной стабильности связан • с изменением энергетического состояния

13

поверхностного слоя металлических тел. В вакууме поверхностная энергия возрастает', что приводит к повышении сопротивления микропластической деформации. Нагружение образцов сплава АМгб в вакууме до напряжения 160 МПа вызывает остаточную деформацию на 40% меньше, чем на воздухе. При изменениях давления с 10я до 10гМПа относительное изменение размеров составило порядка

3. При длительном воздействии вакуума определявшими являются дегазация и сублимация. В отличие от дегазации сублимация существеннее влияет на физико-механические свойства сплавов с компонентами, обладающими высокой упругостью пара,и проявляется при повышенных температурах. Так, изотермическая выдержка в течение 40 ч сплава Л63 в вакууме 5*10-3Па при температуре 723 К приводит к изменению структуры и химического состава приповерхностного слоя за счет сублимации цинка. Относительное увеличение размера образцов после испытаний составило 5-10'*, а условный предел упругости уменьшился на 20% в сравнении с образцами, выдержанными в среде аргона.

Для сплава АМгб, в котором воздействие вакуума связано с дегазацией, релаксация напряжений протекает более интенсивно. Разность напряжений, релаксировавищх в вакууме и на воздухе за 250 ч при температуре 353 К, составила для образцов с начальным ' уровнем напряжений 50,80 и 116 ЫПа соответственно 7,16 и 20 МПа.

4. Для повышения характеристик разпарной стабильности при эксплуатации металлических Инструкционных материалов в вакууме необходимо использовать материалы с низким ' содержанием растворенного газа и легированные компонентами с низкой упругостью пара.

5. Конструирование и расчет работоспособности систем навигации и ориентации современных летательных аппаратов, а также узлов и механизмов, работающее в среде с высокой степенью разрежения, должны выполняться с учетом влияния реальных условий эксплуатации на характеристики р"змерной стабильности металлических тел.

6. Выполнение исследования позволяют прогнозировать влияние длительности воздействия вакуума на характеристики размерной стабильности.

7. Результаты выполненной работы внедрены на предприятии п/я

Г 4213 с экономической эффективностью 53 тыс. рублей в год Св

ценах 1S83 г.) н стали частью методики расчета систем навигации

летатальных аппаратов.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Чемпинский Л. А, Кузяев В В, Трегуб В. И. Экспериментальное исследование взаимосвязи между макро- и микродеформациями // Теория и производство двигателей летательных аппаратов: Тр. научно-технической конференции. - Куйбышев: КуАИ, -1977.-С. 108.

2. Чемпинский Л. А., Трегуб В. И. Влияние вакуума на микроплас-ческую деформацию поверхности меди / Вопросы прикладной механики в авиационной технике: Сб. научн. тр." - Куйбышев, 1380. - С. 15-20,- Деп. в ВИНИТИ 18.03.81, №1209-81Деп.

3. Трегуб В. И., Чемпинский Л. А. Методика исследования зависимости микродеформации поверхности от макродеформации образца / Вопросы прикладной механики в авиационной технике: Сб. научн. тр. - Куйбышев, 1980. - С.21-25. Деп. в ВИНИТИ 18.03.81, № 1209-81Деп.

4. Логвинов А. Н., Трегуб В. И., Юшин В. Д. Изменение механических свойств сплава типа твердый раствор при его выдержке в вакууме // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тез. докл. X Всесовзн. конф. - Куйбышев: КПтИ,-1933.- С. 48.

5. Трегуб В.И. .Вишнякова Г. В. .Костина С.В. Исследование микропластической деформации сплава АМгб.- Куйбышев, 1984,- С. 55-62. Деп. в ЦНИИ Цвет. мет. 12.04.85, Ni 1332-85Деп.

6. Трегуб В. II Влияние отжига сплава ЛВЗ в вакууме на стабильность структуры а геометрические размеры. - Куйбышев, 1S34. -С. 71-80. - Деп. з НИИ Цвет. мет. 12.04.85, № 1332-85Деп.

7. Логвинов А. Н., Трегуб Ъ. И. Влийние вакуума на сопротивление макропластическо деформация сплава АМгб. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тез. докл. XI Всесовзн. конф. - Куйбышев: КПтИ, - 1986. - С. 133.

8. Логвинов А.-Н., Трегуб .В. И. Особенности релаксации напряжений в сплаве АМгб в вакууме. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тез. докл. XI Всесовзн. конф. -Куйбышев:КПтИ, -1S8S.- С. 132..

9. Логвинов А. Н., Трегуб В. И. Особенности применения методики

15

оценки релаксации напряжений для сплавов специального назначения// Порошковая металлургия и металловедение материалов специального назначения: СИ. научн. тр. - Куйбышев: КуАИ, - 1986,- С. 105-109.

10. Трегуб В. И. Влияние вакуума на релаксации напряжений в сплаве типа твердый раствор, - Куйбышев,1986. -С. 22-27. - Деп. в Всесоюз.НИИ межотраслевой информации. 20.08.87, №Д-07283.

11. Логвинов А. Н., Трегуб В. И., Юшин В. Д. Особенности микропластической деформации меди в вакууме// Магнитно-импульсная обработка в современном машиностроении: Межвузовский сб. -Куйбышев, 1986. - С. 112-126.

12. А. с. 1328735 СССР, МКИ G01N 3/08. Способ испытания образцов на релаксацию напряжений/ М. Ф. Калышенко, O.K.Колеров,

A.Н.Логвинов, М. И. Мишин, В. И. Трегуб, В. Д. Юшин. Опубл. 07.08.87, Бвл. №29,- 3 с.

13. А. с. 1336695 СССР, МКИ G01N 7/14. Способ анализа газов в металлах/ М.'Ф.Калышенко, O.K.Колеров, А.Н.Логвинов, М.И. Мишин, В. И. Трегуб, В. Д. Юшин. Опубл. 01.03.88,Бвл. №12,- 3 с.

14. А.с. 1370509 СССР,-МКИ G01N 3/20. Устройство для испытания образцов на релаксацию напряжений / А.Н. Логвинов, В. И. Трегуб, В. Д.йиин, O.K.Колеров. Опубл.30.01.88,Бюл. N2 3.-3 с.

15. Колеров O.K., Юшин В. Д. .Трегуб В.И., Калышенко М.Ф. .Рентге-ноструктурное исследование термически активируемых процессов в поверхностных слоях деформированных полуфабрикатов сплава АМгб. // Физика прочности и пластичности металлов и сплавов: Тез. докл. XII Всесоюзн. конф. - Куйбышев:КПтИ,-1989.-С.370.

16. Бунова Г.3. .Калышенко М. Ф., Логвинов А.Н. Трегуб ь.И. Юшин

B. Д. Влияние изотермической выдержки в вакууме на сопротивление микропластической деформации сплава АМгб. - 10 е. - Деп.' в ВИНИТИ, 27.03.89, №1960-В89.

17. Колеров O.K. ,Юшин В. Д. .Трегуб В.И.Рентгеноструктурный метод

послойного исследования первичной . рекристаллизации в металлах и сплавах// Прикладная рентгенография металлов: Тез. докл.2"ой Всесоюз. научн.-тех. конф. Ленинград, 1990. -С. 149.

18. Пат. 1677575, Российская Федерация, МКИ G01N 3/00 Образец для испытаний на релаксацию напряжений при изгибе/ А. Н. .Логвинов, В.И.Трегуб, В.Д.Юшин, O.K.Колеров, В.Г.Скрябин, от

13. Ol. 93. - Я с.

19. Колеров O.K. , Шин В. Д. , Tperyd В.И. Рентгеновский метод и аппаратура для контроля структурной стабильности металлических конструкционных материалов // Современные методы и аппаратура рентгенографических исследований материалов в особых условиях: Тез. докл.2~го Межреспуб. семинара. -Киев,-1991. - С. 7

20. Логвинов А.Н. .Трегуб В.И. ,Юшин В. Д. Сопротивление микропластической деформации сплава АМгб при одноосном нагружении в различных средах// Современное состояние и перспектива развития магнитно-импульсной обработки: Межвузовский сб.-Самара, 1991.- С. 152-155.

21. Положительное рашение по заявке №4932319/28 МКИ G 01N 3/28 'Способ анализа структуры металлов и сплавов/ В.И.Трегуб,

А.Н.Логвинов, В.Д. Юшин, 0.К.Колеров приоретет от 29.04.92.3 с.

22. A.c. 1752176 МКИ G 01N 3/28 Способ испытаний металлов и сплавов на прочность/ А.Н.Логвинов, В.И.Трегуб, В.Д. Юшин, O.K.Колеров. Опубл. 15.09.92, Бол. №34. - Зс.

23. Логвинов А.Н. Трегуб В, И. Колеров 0. К* Способ механических испытаний с возможность!) оценки ran reo держания в металлах и сплавах// Информационный листок Ns 452-92: Самарский центр научно-технической информации, 1992.

24. Логвинов А. Н., Трегуб В. И., Колеров 0. К. , Юшин В. Д. Образец для испытаний материалов на релаксацию напряжений ' при взгиба// Измерительная техника. -1992.-N»11. -С.34-35.

Тир. 100 экз. Подписано в печать 1993 г.

СГАУ. Участок оперативной полиграфии. -