ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ВТ6 И ВТ3-1 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СТРУКТУРЫ

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.

поковки титановых сплавов, химический состав, структура, механические свойства, прогнозирование свойств

1. DEFORM™. URL: http://www.deform.com (дата обращения: 28.01.2017).

2. QFORM. URL: http://www.qform3d.ru (дата обращения: 28.01.2017).

3. ThermoCalc. URL: www.thermocalc.com (дата обращения: 28.01.2017).

4. JMatPro. URL: www.sentesoftware.co.uk (дата обращения: 28.01.2017).

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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).

9. 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).

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Колачев Б.А., Мальков А.В. Физические основы разрушения титана. М.: Металлургия, 1983.

22. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС—МАТИ, 2009.

23. Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных. М: Форум—Инфра-М, 2006.

24. 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.