Изложен жизненный путь и описаны основные научные достижения лауреата Государственной премии СССР, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, профессора, доктора технических наук Бориса Александровича Колачева, которому в 2018 г. исполнилось бы 90 лет.

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.

Продолжены исследования, посвященные изучению влияния микролегирования редкоземельным металлом гадолинием на формирование структуры и свойства титанового сплава при термическом воздействии. Как установлено ранее, введение в опытный жаропрочный сплав гадолиния способствует преобразованию структуры в литом состоянии, приводит к уменьшению размера структурных составляющих, а также воздействует на скорости роста и зарождения частиц. Выявлено, что дополнительное легирование гадолинием не оказывает существенного влияния на формирование микроструктуры горячекатаных листов из жаропрочного опытного сплава после отжига при температуре 950 °С. Структура представлена равноосными частицами первичной α-фазы, вторичной α-фазы пластинчатой морфологии и небольшим количеством β-фазы. Определено, что в процессе изотермической выдержки (t = 700 °С, τ = 100 ч) в частицах первичной α-фазы протекают процессы упорядочения и отмечается выделение частиц α2-фазы, а на межфазной α/β-границе – образование химических соединений в виде силицидов. Показано, что формирование α2-фазы происходит в теле частиц первичной α-фазы, а приграничные ее области свободны от выделений, что обусловлено их обеднением алюминием вследствие протекания β→α-превращения. Установлено, что с увеличением в сплаве содержания гадолиния размеры выделяющихся частиц силицида уменьшаются. Если в сплаве с 0 % Gd средний размер частиц составляет 0,2–0,3 мкм, то в сплаве с 0,2 % Gd он снижается до 0,05–0,1 мкм. Показано, что введение в жаропрочный титановый сплав 0,2 % Gd приводит к уменьшению глубины «альфированного» слоя, повышению на 30 % циклической долговечности и кратковременной прочности при температуре 700 °С.

Изучены реологические свойства сплава ЭП742-ИД при высокотемпературных испытаниях на сжатие цилиндрических образцов с различным отношением сходственных начальных размеров диаметра и высоты (d0 /h0). По результатам испытаний в интервалах температур t = 1000÷1150 °С и начальных скоростей деформации ε·0 = 3·10–2÷3·10–4 с–1 показано, что повышение напряжения течения сжатия с ростом отношения d0 /h0 проявляется при всех температурах и скоростях деформации с линейной зависимостью от величины ε·0 и отношения d0 /h0. Предложена методика пересчета показателей сопротивления деформации на заданное отношение сходственных размеров. Повышение напряжения течения сжатия связывается с увеличением коэффициента жесткости образцов и их удельных контактных поверхностей. Установлена температурная зависимость кажущейся энергии активации пластической деформации (Qдеф) сплава, ее связь с фазовым составом и условиями протекания процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора. В температурных условиях начала развития процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора (1000–1050 °С) величина Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75 составляет 959 кДж/моль. Наибольшие значения Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75, равные 1248 и 1790 кДж/моль, наблюдаются в области температур интенсивного растворения и коагуляции зернограничной γ ′-фазы (1050–1100 °С). У образцов с d0 /h0 = 3,0 в этой области температур значение Qдеф повышается до 2277 кДж/моль. В области температур гомогенного γ-твердого раствора с зернограничными первичными и вторичными карбидами (1100–1150 °С) кажущаяся энергия активации пластической деформации снижается до 869 кДж/моль. Приведены результаты сжатия образцов сплава при однократном и многократном последовательном нагружении с различной длительностью междеформационных пауз. Показано, что метадинамическая рекристаллизация в условиях эксперимента в γ + γ ′-области не совершается, а в γ-области протекает вяло

В части II данной работы сопоставляются результаты моделирования и эксперимента теоретическому условию пластичности Губера–Мизеса в процессе осесимметричной осадки образцов сплава ЭП742-ИД с различным отношением начальных размеров d0/h0. Оценивается влияние начальных размеров на напряженно-деформированное состояние модельных экспериментальных образцов и виртуальных заготовок. Приводятся результаты моделирования процесса осадки цилиндрических образцов (∅15 мм) и заготовок (∅300 мм) жаропрочного никелевого сплава ЭП742-ИД с различным отношением начальных сходственных размеров, обосновывается выбор среднего напряжения и эквивалентной деформации в качестве внутренних факторов, определяющих формирование микроструктуры. Показано, что значения сжимающей осевой компоненты напряжения в центре образцов в условиях начальной пластической деформации 0,2 % более чем в 1,5 раза возрастают с повышением отношения d0/h0. Получены экспериментальные и расчетные значения условного предела текучести, осевого и радиального напряжений при температуре сжатия 1050 °C в зависимости от d0/h0. Проанализировано влияние степени деформации и отношения начальных размеров на распределение среднего напряжения и эквивалентной деформации по радиусу середины высоты меридиального сечения осаживаемых (экспериментальных) образцов (∅15 мм) и виртуальных заготовок (∅300 мм). Изложены общие принципы прогнозирования микроструктуры для решения задач с использованием программных комплексов технологического моделирования при разработке режимов осадки заготовок дисков из жаропрочных никелевых сплавов. Акцентируется внимание на том, что методы моделирования должны быть теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены.

Рассмотрены возможность и эффективность применения термоводородной обработки (ТВО) высокомодульного титанового сплава Ti–8,7Al–1,5Zr–2,0Mo с содержанием алюминия, превышающим предельную растворимость в α-титане. Получены экспериментальные данные о влиянии водорода на фазовый состав и структуру сплава. Проанализированы закономерности фазовых превращений в водородсодержащем сплаве при различных термических воздействиях. Построена фазовая диаграмма системы сплав–водород в интервале концентраций водорода от исходной до 1,0 мас.% и температур от 20 до 1100 °С. Показано, что при концентрации введенного водорода 0,6 % и более закалкой из β-области фиксируется однофазная β-структура. Насыщение водородом до 0,8–1,0 % приводит к реализации сдвигового гидридного β → δ-превращения при закалке с температур ниже 750 °С, а при медленном охлаждении – к частичному эвтектоидному превращению β-фазы. Установлено, что водород расширяет область стабильности β-фазы, снижая температуру β / α + β-перехода на 210 °С (при 1,0 % H), и повышает температуру устойчивости α2-фазы на 50 °С. Разработаны и опробованы на образцах сплава технологические схемы и режимы ТВО, формирующие два типа структур – субмикрокристаллическую и бимодальную. Проанализированы механизмы образования этих структур в процессе ТВО. Определены механические свойства образцов сплава. Установлено, что ТВО приводит к увеличению прочности и твердости по сравнению с исходным состоянием. Термоводородная обработка, формирующая микрокристаллическую структуру, обуславливает снижение характеристик пластичности при максимальной твердости.

Объектом исследования были образцы сплава ZK51A (МЛ12), содержащие от 3,5 до 5,5 мас.% Zn и 0,5–0,8 мас.% Zr. С помощью расчета диаграмм состояния в программе «Thermo-Calc» установлено влияние концентраций Zn и Zr на температуры фазовых превращений и фазовый состав в равновесных условиях и при использовании модели полностью неравновесной кристаллизации Шейла–Гулливера. Показано, что при доле циркония в сплаве более 0,8–0,9 мас.% происходит значительное повышение температуры ликвидуса сплава и требуется увеличение температуры плавки выше 800 °С, что нежелательно при использовании стальных плавильных тиглей. Рассчитано равновесное содержание легирующих компонентов в твердом растворе на основе магния при различных температурах. С помощью электронной микроскопии изучены микроструктуры сплавов с различными концентрациями легирующих компонентов в литом и термообработанном состояниях. Исследовано распределение Zn и Zr в дендритной ячейке сплава в литом и термо-обработанном состояниях. В литом состоянии цинк концентрируется по границам дендритных ячеек, однако после термообработки его концентрация в их центре становится выше, чем по границам. Цирконий концентрируется в центре дендритных ячеек. Установлено влияние режимов закалки сплавов на их твердость. Показано, что наибольший прирост этого показателя дает двухступенчатый режим закалки: 330 °С, 5 ч + 400 °С, 5 ч. Изучено влияние температуры старения (150 и 200 °C) на твердость образцов – выявлено, что она выше в случае старения при 200 °С, причем ее максимум наблюдался при выдержке 8–10 ч. Термообработка сплава, включающая изотермическую выдержку (330 °С, 5 ч + 400 °С, 5 ч) с последующей закалкой и старение (200 °С, 8 ч), позволила достичь предела прочности сплава 285 ± ± 13,5 МПа и относительного удлинения 11,4 ± 1 %.