cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2018-1-12-21cvmet-711Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentПРОГНОЗИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВТ6 И ВТ3-1 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫForecasting of mechanical properties of VТ6 and VТ3-1 titanium alloys forgings depending on chemical composition and structureЕгороваЮ. Б.EgorovaYu. B.

докт. техн. наук, декан факультета, профессор кафедры «Моделирование систем и информационные технологии»

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

Dr. Sci. (Tech.), dean of the faculty, prof., Department «Modeling of systems and information technology»

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

egorova_mati@mail.ruДавыденкоЛ. В.DavydenkoL. V.

канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения

(107023, г. Москва, ул. Большая Семеновская, 38)

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department «Materials science»

(107023, Russia, Moscow, Bol’shaya Semenovskaya str., 38)

mami-davidenko@mail.ruБеловаС. Б.BelovaS. B.

канд. техн. наук, доцент кафедры «Моделирование систем и информационные технологии»

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department «Modeling of systems and information technology»

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

belovamai@gmail.comЧибисоваЕ. В.ChibisovaE. V.

нач. отдела науч.-техн. информации

(142800, Московская обл., г. Ступино, ул. Пристанционная, 4)

head of Department of scientific and technical information, senior lecturer, Department «Modeling of systems and information technology»

(142800, Russia, Moscow region, Stupino, Pristantsionnaya str., 4)

echibisova@mail.ruСтупинский филиал Московского авиационного института (национального исследовательского университета) (МАИ (НИУ))РоссияStupino branch of Moscow Aviation Institute (National Research University)Russian FederationМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian Federation201805032018011221Copyright © Егорова Ю.Б., Давыденко Л.В., Белова С.Б., Чибисова Е.В., 20182018Егорова Ю.Б., Давыденко Л.В., Белова С.Б., Чибисова Е.В.Egorova Y.B., Davydenko L.V., Belova S.B., Chibisova E.V.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/711

Исследованы статистические зависимости механических свойств 218 поковок (15 типоразмеров), изготовленных из сплавов ВТ3-1 и ВТ6 в 2000–2014 гг., от химического состава (содержания легирующих элементов и примесей, структурных и прочностных эквивалентов по алюминию и молибдену), типа, подтипа и параметров структуры после отжига, закалки и старения. Установлено, что прочностные и пластические характеристики однотипных поковок изменяются в довольно широких пределах. Оценена доля вариации свойств поковок, обусловленная колебаниями содержания основных компонентов и примесей, а также влиянием типа структуры и размеров структурных составляющих. На основе корреляционного анализа выявлено, что изменение количеств каждого легирующего элемента и примеси не сказывается на свойствах поковок или слабо на них влияет. Это обусловлено небольшими интервалами колебаний их концентраций в пределах марочного состава. Однако их суммарное содержание, выраженное через эквиваленты по алюминию и молибдену, может изменяться в довольно широком диапазоне. Статистически обосновано, что доля вариации предела прочности поковок сплавов ВТ3-1 и ВТ6, обусловленная влиянием химического состава (в перерасчете на эквиваленты по алюминию и молибдену), может составлять ~25÷65 %, а влиянием только типа и подтипа структуры – около 20 %. При совместном действии этих двух факторов (состав + структура) доля вариации может достигать ~50÷65 %. Для характеристик пластичности и ударной вязкости этот показатель меньше и лежит в интервале 20–35 %. Предложены математические модели для прогнозирования механических свойств поковок в зависимости от параметров структуры и эквивалентов по алюминию и молибдену.

The paper studies the statistical dependence of the mechanical properties of 218 forgings (15 types) made of VT3-1 and VT6 alloys in 2000–2014 on chemical composition (the content of alloying elements and admixtures, structural and strength equivalents of aluminum and molybdenum), structure types, subtypes and parameters after annealing, quenching and aging. It was found that the strength and plastic properties of one-type forgings vary quite widely. The share of variation of forging properties due to fluctuations in the content of main components and admixtures, as well as the influence of structure types and sizes of structural components was estimated. Based on the correlation analysis it was revealed that the change of each alloying element or admixture content has a little or no effect on forging properties. This is caused by small increments of their change within the grade composition. However, their total content expressed in terms of aluminum and molybdenum equivalents can vary over a fairly wide range. It was statistically substantiated that the share of tensile strength variation of VT3-1 and VT6 forgings may be ~25÷65 % due to the influence of their chemical compositions (in terms of aluminum and molybdenum equivalents), and about 20 % due to only the influence of structure types and subtypes. When these two factors (composition + structure) are combined, the share of variation can reach ~50÷65 %. For plastic properties and impact toughness, this figure is less and ranges from 20 to 35 %. The mathematical models are offered to forecast the mechanical properties of forgings depending on the structure parameters and aluminum and molybdenum equivalents.

поковки титановых сплавовхимический составструктурамеханические свойствапрогнозирование свойствtitanium alloys forgingschemical compositionstructuremechanical propertiesforecasting of propertiesReferencesDEFORM™. URL: http://www.deform.com (дата обращения: 28.01.2017).DEFORM™. URL: http://www.deform.com (accessed: 28.01.2017).QFORM. URL: http://www.qform3d.ru (дата обращения: 28.01.2017).QFORM. URL: http://www.qform3d.ru (accessed: 28.01.2017).ThermoCalc. URL: www.thermocalc.com (дата обращения: 28.01.2017).ThermoCalc. URL: www.thermocalc.com (accessed: 28.01.2017).JMatPro. URL: www.sentesoftware.co.uk (дата обращения: 28.01.2017).JMatPro. URL: www.sentesoftware.co.uk (accessed: 28.01.2017).Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.-Ph. Using JMatPro to model materials properties and behavior // JOM. 2003. Dec. P. 60—65.Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.-Ph. Using JMatPro to model materials properties and behavior. JOM. 2003. Dec. P. 60—65.Gabidullin A.E., Ovchinnikov A.V., Alpatov V.P., Chernoglasova Т.А. Prediction of the structural state and properties of pressed aluminum semifinished products with the use of a QFORM CAD system // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2009. Vol. 50. No. 3. P. 242—245.Gabidullin A.E., Ovchinnikov A.V., Alpatov V.P., Chernoglasova Т.А. Prediction of the structural state and properties of pressed aluminum semifinished products with the use of a QFORM CAD system. Russ. J. Non-Ferr. Metals. 2009. Vol. 50. No. 3. P. 242—245.Panchal J.H., Kalidindi S.R., McDonell D.L. Key computational modeling issues in integrated computational materials engineering // Comput. Aided Dis. 2013. Vol. 45. P. 4—25.Panchal J.H., Kalidindi S.R., McDonell D.L. Key computational modeling issues in integrated computational materials engineering. Comput. Aided Dis. 2013. Vol. 45. P. 4—25.Salem A.A., Shaffer J.B., Sadko D.P., Semiatin S.L., Kalidindi S.R. Workflow for integrating mesoscale heterogeneities in materials structure with process simulation of titanium alloys // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. URL: http://link.springer.com/article/10.1186/s40192-014-0024-6 (дата обращения: 28.01.2017).Salem A.A., Shaffer J.B., Sadko D.P., Semiatin S.L., Kalidindi S.R. Workflow for integrating mesoscale heterogeneities in materials structure with process simulation of titanium alloys. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2014. URL: http://link.springer.com/article/10.1186/s40192-014-0024-6 (accessed: 28.01.2017).Arnold S.M., Holland F.A., Bednarcyk B.A., Peneda E.J. Combining material and model pedigree is foundational to making ICME a reality // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2015. URL: http://link.springer.com/article/10.1186/s40192-015-0031-2 (дата обращения: 28.01.2017).Arnold S.M., Holland F.A., Bednarcyk B.A., Peneda E.J. Combining material and model pedigree is foundational to making ICME a reality. Integr. Mater. Manuf. Innov. 2015. URL: http://link.springer.com/article/10.1186/s40192-015-0031-2 (дата обращения 28.01.2017).Saunders N. An integrated approach to the calculation of materials properties for Ti-alloys // Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—8 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 3027—3032.Saunders N. An integrated approach to the calculation of materials properties for Ti-alloys. In: Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—8 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 3027—3032.Collins P.C., Connors S., Banerjee R., Fraser H.L. A combinatorial approach to the development of neural networks for the prediction of composition-microstructure-property relationships in α/β Ti alloys // Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—18 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 1389—1396. 12. Guo Z., Turner R., Da Silva A.D., Sauders N., Schroeder F., Cetlin P.R., Schill J.-P. Introduction of materials modelling into processing simulation // Mater. Sci. Forum. 2013. Vol. 762. P. 266—276.Collins P.C., Connors S., Banerjee R., Fraser H.L. A combinatorial approach to the development of neural networks for the prediction of composition-microstructure-property relationships in α/β Ti alloys. In: Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—18 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 1389—1396.Malinov S., Sha W. Application of artificial neural networks for modeling correlations in titanium alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 365. P. 202—211.Guo Z., Turner R., Da Silva A.D., Sauders N., Schroeder F., Cetlin P.R., Schill J.-P. Introduction of materials modelling into processing simulation. Mater. Sci. Forum. 2013. Vol. 762. P. 266—276.Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.P. Computer modelling of materials properties and behavior // 10th Int. symp. on superalloys (Champion, Pennsylvania, 19—23 Sept. 2004). 2004. P. 849—858.Malinov S., Sha W. Application of artificial neural networks for modeling correlations in titanium alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2004. Vol. 365. P. 202—211.Guo Z., Saunders N., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.P. Modelling phase transformations and material properties of commercial titanium alloys // Rare Metal Mater. Eng. 2006. Vol. 35 (Sub. 1). P. 108—111.Saunders N., Guo Z., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.P. Computer modelling of materials properties and behavior. In: 10th Int. symp. on superalloys (Champion, Pennsylvania, 19—23 Sept. 2004). 2004. P. 849—858.Yang H.Y., Le Q.H., Zhao Y.Q. Research on the intelligent approach of material property prediction and optimization // Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—18 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 1405—1412.Guo Z., Saunders N., Li X., Miodownik A.P., Schillé J.P. Modelling phase transformations and material properties of commercial titanium alloys. Rare Metal Mater. Eng. 2006. Vol. 35 (Sub. 1). P. 108—111.Furrer D., Chtterjee A., Shen G., Woodfield A., Semiatin S.L., Miller J., Glavicic M., Goetz R., Barker D. Development and application of microstructure and mechanical properties models for titanium alloys // Titanium-2007. Science and Technology: Proc. 11th World conf. on titanium (Kioto, Japan, 3—7 June 2007). 2007. P. 781—784.Yang H.Y., Le Q.H., Zhao Y.Q. Research on the intelligent approach of material property prediction and optimization. In: Titanium-2003. Science and Technology: Proc. 10th World conf. on titanium (Hamburg, Germany, 13—18 July 2003). 2003. Vol. 1—5. P. 1405—1412.Носов В.К., Нестеров П.А., Ермаков Е.И. 3D-моделирование структурного строения однофазных твердых растворов α-титановых сплавов // Металловедение и терм. обраб. металлов. 2016. No. 3. С. 34—39.Furrer D., Chtterjee A., Shen G., Woodfield A., Semiatin S.L., Miller J., Glavicic M., Goetz R., Barker D. Development and application of microstructure and mechanical propertie models for titanium alloys. In: Titanium-2007. Science and Technology: Proc. 11th World conf. on titanium (Kioto, Japan, 3—7 June 2007). 2007. P. 781—784.Егорова Ю.Б., Уваров В.Н., Давыденко Л.В., Давыденко Р.А. Использование результатов промышленного контроля для прогнозирования механических свойств полуфабрикатов из титановых сплавов // Металловедение и терм. обраб. металлов. 2017. No. 6. C. 52—58.Nosov V.K., Nesterov P.А., Ermakov Е.I. 3D modelirovanie strukturnogo stroeniya odnofaznykh tverdykh rastvorov α-titanovykh splavov [3D modeling of a structural structure of single-phase solid solutions of α-titanium alloys]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2016. No. 3. P. 34—39.Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А., Брун М.Я., Гельман А.А., Домнин И.И., Дьяконов Ю.А., Елагина Л.А., Ерманюк М.З., Зверева З.Ф., Каганович А.З., Каганович И.Н., Казаков К.А., Кушакевич С.А., Ловцов В.М., Локшин М.З., Плотникова Т.П., Полькин И.С., Сигалов Ю.М., Соболев Ю.П., Согришин Ю.П., Тетюхин В.В., Усова В.В., Цапалова Н.К. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: Металлургия, 1979.Egorova Yu.B., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Ispol’zovanie rezul’tatov promyshlennogo kontrolya dlya prognozirovaniya mekhanicheskikh svoistv polufabrikatov iz titanovykh splavov [Use of results of industrial control for forecasting of mechanical properties of semifinished products from titanium alloys]. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2017. No. 6. P. 52—58.Александров В.К., Аношкин Н.Ф., Белозеров А.П., Бочвар Г.А., Брун М.Я., Гельман А.А., Данилкин В.А., Дьяконов Ю.А., Евменов О.П., Ерманюк М.З., Илларионов Э.И., Исаев А.А., Казаков К.А., Королева А.И., Корякин С.С., Кушакевич С.А., Ледер О.Р., Ловцов В.М., Локшин М.З., Микляев П.Г., Павлов С.В., Перцовский Н.З., Пилипенко А.Л., Плотникова Т.П., Полькин И.С., Русанов Н.В., Сигалов Ю.М., Слобцов П.И., Соболев Ю.П., Согришин Ю.П., Тетюхин В.В., Тимофеева Л.Н., Усова В.В., Цапалова Н.К., Шамраев В.Н., Шаханова Г.В., Шилин О.К. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: ВИЛС, 1996.Аleksandrov V.К., Аnoshkin N.F., Bochvar G.А., Brun M.Ya., Gel’man A.A., Domnin I.I., D’yakonov Yu.A., Elagina L.A., Ermanyuk M.Z., Zvereva Z.F., Kaganovich A.Z., Kaganovich I.N., Kazakov K.A., Kushakevich S.A., Lovtsov V.M., Lokshin M.Z., Plotnikova T.P., Pol’kin I.S., Sigalov Yu.M., Sobolev Yu.P., Sogrishin Yu.P., Tetyukhin V.V., Usova V.V., Tsapalova N.K. Polufabrikaty iz titanovykh splavov [Semi-finished products from titanium alloys]. Мoscow: Мetallurgiya, 1979.Колачев Б.А., Мальков А.В. Физические основы разрушения титана. М.: Металлургия, 1983.Аleksandrov V.К., Аnoshkin N.F., Belozerov А.P., Bochvar G.A., Brun M.Ya., Gel’man A.A., Danilkin V.A., D’yakonov Yu.A., Evmenov O.P., Ermanyuk M.Z., Illarionov E.I., Isaev A.A., Kazakov K.A., Koroleva A.I., Koryakin S.S., Kushakevich S.A., Leder O.R., Lovtsov V.M., Lokshin M.Z., Miklyaev P.G., Pavlov S.V., Pertsovskii N.Z., Pilipenko A.L., Plotnikova T.P., Pol’kin I.S., Rusanov N.V., Sigalov Yu.M., Slobtsov P.I., Sobolev Yu.P., Sogrishin Yu.P., Tetyukhin V.V., Timofeeva L.N., Usova V.V., Tsapalova N.K., Shamraev V.N., Shakhanova G.V., Shilin O.K. Polufabrikaty iz titanovykh splavov [Semi-finished products from titanium alloys]. Мoscow: VILS, 1996.Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС—МАТИ, 2009.Kolachev B.A., Mal’kov А.V. Fizicheskie osnovy razrusheniya titana [Physical bases of destruction of the titan]. Мoscow: Мetallurgiya, 1983.Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных. М: Форум—Инфра-М, 2006.Ilyin A.A., Kolachev B.A., Pol’kin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svoistva [Titanium alloys. Composition, structure, properties]. Moscow: VILS—MATI, 2009.Егорова Ю.Б., Полькин И.С., Давыденко Л.В. Возможности повышения качества поковок дисков сплава ВТ6 путем корректировки химического состава // Технол. легких сплавов. 2015. No. 3. С. 65—71.Kulaichev A.P. Metody i sredstva kompleksnogo analiza dannykh [Methods and means of the complex analysis of data]. Мoscow: Forum—Infra-M, 2006.Egorova Yu.B., Pol’kin I.S., Davydenko L.V. Vozmozhnosti povysheniya kachestva pokovok diskov splava VТ6 putem korrektirovki khimicheskogo sostava [Possibilities of improvement of quality of forgings of disks of VT6 alloy by correction of the chemical composition]. Tekhnologiya legkikh splavov. 2015. No. 3. P. 65—71.Egorova Yu.B., Pol’kin I.S., Davydenko L.V. Vozmozhnosti povysheniya kachestva pokovok diskov splava VТ6 putem korrektirovki khimicheskogo sostava [Possibilities of improvement of quality of forgings of disks of VT6 alloy by correction of the chemical composition]. Tekhnologiya legkikh splavov. 2015. No. 3. P. 65—71.

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