Двухэтапная деформация титанового сплава ВТ8М-1 с формированием ультрамелкозернистой структуры в деталях для авиации
DOI:
https://doi.org/10.54708/26587572_2026_822558Ключевые слова:
ВТ8М-1, УМЗ структура, ротационная ковка, , изотермическая штамповка, повышенная прочностьАннотация
В статье представлен анализ эволюции микроструктуры, текстуры и механических свойств жаропрочного титанового сплава ВТ8М-1, применяемого для изготовления деталей в авиации, при двухэтапной деформации, позволяющей сформировать и сохранить ультрамелкозернистую (УМЗ) структуру в готовом изделии. Первоначальная деформация сплава проводилась методом ротационной ковки (РК) при 750 ºС. Применение РК как промышленного метода способствует сформированию длинномерного полуфабриката для дальнейшего применения. Последующая деформация для создания готового изделия проводилась методом изотермической штамповки при пониженной температуре по сравнению со стандартным режимом. Первый этап деформации приводит к измельчению бимодальной структуры сплава ВТ8М-1 с сохранением крупных первичных α-зерен и образованию сильной металлографической и кристаллографической текстур. На втором этапе деформации в сплаве проходит частичная рекристаллизация, но структура сохраняется в УМЗ диапазоне. Металлографическая текстура становится менее острой из-за смены схемы деформации. Кристаллографическая текстура также частично ослабевает, но показывает разворот решетки в сторону оси сжатия при штамповке для облегчения деформации за счет базисных систем скольжения. Анализ механических свойств показывает, что применение ротационной ковки и последующей штамповки позволяет сохранить повышенные прочностные характеристики по сравнению с крупнозернистым состоянием. Применение представленного метода формирования изделий с повышенными механическими свойствами является перспективным в производстве авиационных деталей и конструкций.Библиографические ссылки
Anoshkin N.F. Titanium alloys. Metallography of titanium alloys Moscow: Metallurgy, 1980. 464 p. (In Russian) [Аношкин Н.Ф. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов М.: Металлургия, 1980. 464 с.].
Boguslaev V.A., Kachan A.Ya., Kalinina N.E., et al. Aerospace materials and technologies Zaporozhie: “Motor Sich”, 2009. 383 p. (In Russian) [Богуслаев В.А., Качан А.Я., Калинина Н.Е. и др. Авиационно-космические материалы и технологии. Запорожье: ОАО «Мотор Сич», 2009. 383 с.].
Leyens C., Peters M., Titanium and titanium alloys. Fundamentals and applications. Weinheim: Wiley-VCH Verlag, GmbH, 2003. 513 p.
Illarionov A.G., Popov A.A. Technological and operational properties of titanium alloys. Yekaterinburg: Ural University Press, 2014. 137 p. (In Russian) [Илларионов А.Г., Попов А.А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. 137 с.].
Boyer R., Welsch G., Collings E. W. Materials properties handbook: Titanium alloys. Materials Park (Ohio): ASM International, 1994. 1176 p.
Pavlova T.V., Kashapov O.S., Nochovnaya N.A. Titanium alloys for gas turbine engines // All Materials. Encyclopedic Reference Guide. 5, 8–14 (2012). (In Russian) [Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная Н.А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 5, 8–14 (2012)].
Kablov E.N. Modern titanium alloys and problems of their development. Moscow: VIAM, 2010. 106 p. (In Russian) [Каблов Е.Н. Современные титановые сплавы и проблемы их развития. М.: ВИАМ, 2010. 106 с.].
Shiryaev A. A., Nochovnaya N. A. Modern trends in thermal and thermomechanical processing of titanium pseudo-β-alloys // Trudy VIAM. 8(126), 35–49 (2023). (In Russian) [Ширяев А.А., Ночовная Н.А. Cовременные тенденции в области технологий термической и термомеханической обработки титановых псевдо-β-сплавов // Труды ВИАМ. 8(126), 35–49 (2023)]. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2023-0-8-35-51.
Hu Z., Zhou X., Liu H., Yi D. The formation of microtextured region during thermo-mechanical processing in a near-β titanium alloy Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe // Journal of Alloys and Compounds. 853, 156964 (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156964.
Sauer C., Luetjering G. Thermo-mechanical processing of high strength β-titanium alloys and effects on microstructure and properties // Journal of Materials Processing Technology. 117, 311–317 (2001). DOI: https://doi.org/10.1016/S0924-0136(01)00788-9.
Yashin M.S., Kapitanenko D.V. Study of the structure and properties of the VT3-1 alloy as applied to the technology of producing stampings of disks and blades // Trudy VIAM. 8(126), 52–63 (2023). (In Russian) [Яшин М.С., Капитаненко Д.В. Исследование структуры и свойств сплава ВТ3-1 применительно к технологии получения штамповок дисков и лопаток // Труды ВИАМ. 8(126), 52–63 (2023)].
Semenova I.P., Modina Yu.M., Stotskiy A.G., et al. Fatigue properties of Ti alloys with an ultrafine grained structure: challenges and achievements // Metals. 12, 312 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/met12020312.
Semenova I.P., Polyakov A.V., Pesin M.V., et al. Strength and fatigue life at 625 K of the ultrafine-grained Ti-6Al-4V alloy produced by equal-channel angular pressing // Metals. 12(8), 1345 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/met12081345.
Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk nanostructured materials: fundamentals and applications. New Jersey: John Wiley & Sons, 2014. 435 p.
Cavaliere P. Fatigue and fracture of nanostructured materials. Cham: Springer Cham, 2021. 425 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-58088-9.
Estrin Y., Vinogradov A. Fatigue behaviour of light alloys with ultrafine grain structure produced by severe plastic deformation: An overview // International Journal of Fatigue. 32(6), 898–907 (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2009.06.022.
Zherebtsov S., Salishchev G. Production, properties and application of ultrafine-grained titanium alloys // MSF. 838–839, 294–301 (2016). DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.838-839.294.
Modina I.M., Dyakonov G.S., Polyakov A.V., et al. Effect of texture on the ductile-brittle transition range and fracture mechanisms of the ultrafine-grained twophase Ti-6Al-4V titanium alloy // Metals. 14, 36 (2023). https://doi.org/10.3390/met14010036.
Semenova I.P. Formation of ultrafine-grained structures and improved mechanical properties in lowalloy titanium alloys by combined methods of severe plastic deformation: Abstract of PhD thesis. Ufa, 2011, 40 p. (In Russian) [Семенова И.П. Формирование ультрамелкозернистых структур и повышенных механических свойств в малолегированных титановых сплавах комбинированными методами интенсивной пластической деформации: автореф. дис. докт. тех. наук: 05.16.01. Уфа., 2011, 40 с.].
Zherebtsov S.V. Structural changes during large plastic deformation and development of methods for obtaining ultrafine-grained structure in semi-finished products from titanium-based alloys: Abstract of PhD thesis. Ekaterinburg, 2013, 43 p. (In Russian) [Жеребцов С.В. Структурные изменения в ходе большой пластической деформации и развитие методов получения ультрамелкозернистой структуры в полуфабрикатах из сплавов на основе титана: автореф. дис. докт. тех. наук: 05.16.01. Екатеринбург., 2013, 43 с.].
Moiseyev V. N. Titanium alloys in Russia. Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2006. 206 p.
Roy S., Madhavan R., Suwas S. Crystallographic texture and microstructure evolution during hot compression of Ti–6Al–4V–0.1B alloy in the (α + β)-regime // Philosophical Magazine. 94(4), 358–380 (2014). DOI: https://doi.org/10.1080/14786435.2013.853141.
Lim S.C.V., Yang K.V., Yang Y., et al. Tracking microstructure, texture and boundary misorientation evolution of hot deformed and post-deformation annealed Ti–6Al–4V alloy // Materials Science and Engineering: A. 651, 524–534 (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2015.09.060.
