cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2016-1-32-38cvmet-294Research ArticleОбработка металлов давлениемPressure Treatment of MetalsИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА РАСКАТНЫХ КОЛЕЦSTUDY OF MECHANICAL ANISOTROPY FORMATION IN ROLLED RING PRODUCTIONКостышевВ. А.KostyshevV A.

докт. техн. наук, профессор кафедры обработки металлов давлением,

443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Dr. Sci. (Tech.), prof., Department of metal forming,

443086, Samara, Moskovskoe sh., 34

kostyshev@ssau.ruЕрисовЯ. А.ErisovYa. A.

канд. техн. наук, вед. инженер НИЛ-37,

443086, г. Самара, Московское шоссе, 34

Cand. Sci. (Tech.), senior engineer, NIL-37,

443086, Samara, Moskovskoe sh., 34

yaroslav.erisov@mail.ruСамарский государственный аэрокосмический университет (СГАУ) им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет)РоссияSamara State Aerospace UniversityRussian Federation201627022016013238Copyright © Костышев В.А., Ерисов Я.А., 20162016Костышев В.А., Ерисов Я.А.Kostyshev V.A., Erisov Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/294

Проведен анализ влияния анизотропии механических свойств титановых сплавов на эксплуатационные характеристики кольцевых деталей газотурбинных двигателей (ГТД) с учетом технологического цикла их изготовления. Приводятся необходимые зависимости для определения показателей поперечной деформации при оценке анизотропии при формоизменении. Установлено, что коэффициенты поперечной деформации и прочность металла в процессе формоизменения (ковки и раскатки) возрастают. При этом процесс раскатки способствует появлению трансверсальной изотропии в материале колец. Для оценки влияния величин коэффициентов поперечной деформации на работоспособность конструкции рассмотрено напряженное состояние в полом однородном цилиндре под действием внутреннего и наружного давлений. Эта схема с достаточной степенью достоверности описывает условия работы проставки дисков компрессора ГТД без учета осевых нагрузок. Анализ показал, что при возрастании коэффициентов поперечной деформации допустимое внутреннее давление, воспринимаемое проставкой, увеличивается.

The effect of titanium alloy mechanical anisotropy on the performance of gas turbine engine (GTE) ring-shaped parts was analyzed with account for their production cycle. Necessary dependencies were provided for transverse strain identification when assessing anisotropy during forming. It was found that both transversal strain coefficients and metal strength increase during the forming process (forging and rolling). In addition, the rolling process facilitates the transversal isotropy occurrence in the ring material. The stress state in a hollow homogenous cylinder under internal and external pressures was examined to evaluate the effect of transverse strain coefficients on the structure functionality. This scheme describes operating conditions of GTE compressor disks spacer with a reasonable degree of certainty while ignoring axial loads. The analysis showed that the allowable internal pressure taken by the spacer increases with the increase of transverse strain coefficients.

раскатка колецанизотропия механических свойствматериальный тензорработоспособностьпоказатели анизотропииring rollingmechanical anisotropymaterial tensoravailabilityanisotropy valuesReferencesСмирнов В.С., Дурнев В.Д. Текстурообразование металлов при прокатке. М.: Металлургия, 1971.Smirnov V.S., Durnev V.D. Teksturoobrazovanie metallov pri prokatke [Formation of texture in metals by rolling]. Moscow: Metallurgiya, 1971.Гречников Ф.В. Деформирование анизотропных материалов: Резервы интенсификации. М.: Машиностроение, 1998.Grechnikov F.V. Deformirovanie anizotropnykh materialov: Rezervy intensifikatsii [Deformation of anisotropic materials: Intensification reserves]. Moscow: Mashinostroenie, 1998.Гречников Ф.В., Уваров В.В. Энергетическое условие пластичности при разных по величине пределах текучести на сжатие и растяжение // Изв. СНЦ РАН. 2008. No. 3. С. 881—883.Grechnikov F.V., Uvarov V.V. Energeticheskoe uslovie plastichnosti pri raznykh po velichine predelakh tekuchesti na szhatie i rastyazhenie [Energy yield criteria at different tensile and compression yield stresses]. Izv. Samarskogo Nauchnogo Tsentra Ross. Akademii Nauk. 2008. No. 3. P. 881—883.Гречников Ф.В., Ерисов Я.А. Разработка критерия пластичности для расчетов формоизменения высокотекстурированных анизотропных заготовок // Вестн. СГАУ. 2012. No. 1. С. 94—99.Grechnikov F.V., Erisov Ya.A. Razrabotka kriteriya plastichnosti dlya raschetov formoizmeneniya vysokoteksturirovannykh anisotropnykh zagotovok [Development of yield criteria for calculation of forming of highly textured anisotropic blanks]. Vestnik Samarskogo Gos. Aerokosm. Univ. 2012. No. 1. P. 94—99.Кайбышев О.А., Утяшев Ф.З. Сверхпластичность, измельчение микроструктуры и обработка труднодеформируемых сплавов. М.: Наука, 2002.Kaibyshev O.A., Utyashev F.Z. Sverkhplastichnost’, izmelchenie struktury i obrabotka trudnodeformiruemykh splavov [Super plasticity, structure refinement and treatment of difficult-to-form alloys]. Moscow: Nauka, 2002.Kaibyshev O.A., Utyashev F.Z. Superplasticity: microstructural refinement and superplastic roll forming // Future-past: Inc. USA, ISTC Science & Technology Series. 2005. Vol. 3. P. 386.Kaibyshev O.A., Utyashev F.Z. Superplasticity: microstructural refinement and superplastic roll forming. Futurepast: Inc. USA, ISTC Science & Technology Series. 2005. Vol. 3. P. 386.Утяшев Ф.З., Бурлаков И.А., Гейкин В.А., Морозов В.В., Мулюков Р.Р., Назаров А.А., Сухоруков Р.Ю. Научные основы высокоэффективной технологии раскатки осесимметричных деталей ротора газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов // Пробл. машиностроения и надежности машин. 2013. No. 5. С. 96—105.Utyashev F.Z., Burlakov I.A., Geikin V.A., Morozov V.V., Mulyukov R.R., Nazarov A.A., Cukhorukov R.Yu. Nauchnуe osnovy visokoeffektivnoi tekhnologii raskatki osesimmetrichnykh detalei rotora gazoturbinnykh dvigatelei iz zharoprochnykh splavov [Scientific base of highly effective technology of ring rolling of axisymmetric parts of rotor of gas-turbine engine from super alloys]. Problemу mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. 2013. No. 5. P. 96—105.Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X., Utyashev F.Z., Kaibyshev O.A. Superplastic roll forming of Ti alloys // Materials & Design. 2000. Vol. 21. No. 4. P. 287—295.Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X., Utyashev F.Z., Kaibyshev O.A. Superplastic roll forming of Ti alloys. Materials & Design. 2000. Vol. 21. No. 4. P. 287—295.Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X., Hardwicke C.U., Kaibyshev O.A., Utyashev F.Z., Salischev G.A. Net-shape manufacturing of aircraft engine disks by roll forming and hot die forging // J. Mater. Process. Technol. 2003. Vol. 135. No. 2—3. P. 324—329.Bewlay B.P., Gigliotti M.F.X., Hardwicke C.U., Kaibyshev O.A., Utyashev F.Z., Salischev G.A. Net-shape manufacturing of aircraft engine disks by roll forming and hot die forging. J. Mater. Process. Technol. 2003. Vol. 135. No. 2—3. P. 324—329.Ryoo J.S., Yang D.Y., Johnson W. The influence of process parameters on torque and load in ring rolling // J. Mech. Work. Technol. 1986. Vol. 12. No. 3. P. 307—321.Ryoo J.S., Yang D.Y., Johnson W. The influence of process parameters on torque and load in ring rolling. J. Mech. Work. Technol. 1986. Vol. 12. No. 3. P. 307—321.Allwood J.M., Tekkaya A.E., Stanistreet T.F. The development of ring rolling technology // Steel Res. Int. 2005. Vol. 76. No. 2—3. P. 111—120.Allwood J.M., Tekkaya A.E., Stanistreet T.F. The development of ring rolling technology. Steel Res. Int. 2005. Vol. 76. No. 2—3. P. 111—120.Johnson W., MacLeod I., Needham G. An experimental investigation into the process of ring or metal tyre rolling // Int. J. Mech. Sci. 1968. Vol. 10. No. 6. P. 455—468.Johnson W., MacLeod I., Needham G. An experimental investigation into the process of ring or metal tyre rolling. Int. J. Mech. Sci. 1968. Vol. 10. No. 6. P. 455—468.Мурзов А.И. К вопросу о проблеме деформации металла, находящегося в зоне валков // Алюм. сплавы и спец. материалы. 1977. No. 10. С. 134—143.Murzov A.I. K voprosu o probleme deformatsii metalla, nakhodyashchegosya v zone valkov [Revisiting the problem of metal deformation in the rolls zone]. Aluminievie splavi i spetsial’nie materiali. 1977. No. 10. P. 134—143.Кассандрова С.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдения. М.: Наука, 1970.Kassandrova O.N., Lebedev V.V. Obrabotka rezul’tatov nablyudenii [Processing of results of observations]. Moscow: Nauka, 1970.Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Л.: Наука, 1974.Zaidel A.N. Oshibki izmerenii fizicheskikh velichin [Errors of measuring quantities]. Leningrad: Nauka, 1974.Engler O., Hirsch J. Control of recrystallisation texture and texture-related properties in industrial production of aluminium sheet // Int. J. Mater. Res. 2009. Vol. 100. No. 4. P. 564—575.Engler O., Hirsch J. Control of recrystallisation texture and texture-related properties in industrial production of aluminium sheet. Int. J. Mater. Res. 2009. Vol. 100. No. 4. P. 564—575.Уваров В.В., Арышенский Ю.М., Гречников Ф.В. О возможностях регулирования анизотропии листовых материалов // Теория и технология обработки металлов давлением: Тр. КуАИ. Куйбышев: КуАИ, 1977. С. 17—21.Uvarov V.V., Arishenskii Yu.M., Grechnikov F.V. O vozmozhnostyakh regulirovaniya anizotropii listovikh materialov [About the possibilities of controlling anisotropy of sheet materials]. Teoriya i tekhnologiya obrabotki metallov davleniem: Proceedings of KuAI. Kuibishev: KuAI, 1977. P. 17—21.Арышенский Ю.М., Калужский И.И., Уваров В.В. Некоторые вопросы теории пластичности ортотропных сред // Изв. вузов. Авиац. техника. 1969. No. 2. С. 15—18.Arishenskii Yu.M., Kaluzhskii I.I., Uvarov V.V. Nekotorie voprosi teorii plastichnosti ortotropnikh sred [Some problems of plasticity theory of orthotropic medium]. Izv. vuzov. Aviatsionnaya tekhnika. 1969. No. 2. P. 15—18.Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. М.: Наука, 1977.Lekhnitskii S.G. Teoriya uprugosti anizotropnogo tela [Elasticity theory of anisotropic body]. Moscow: Nauka, 1977.Арышенский Ю.М. Теория листовой штамповки анизотропных материалов. Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1973.Arishenskii Yu.M. Teoriya listovoi shtampovki anizotropnikh materialov [Theory of sheet forming of anisotropic materials]. Saratov: Izdatel’stvo Saratovskogo universiteta, 1973.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.