Исследование напряженно-деформированного состояния и микроструктуры в зоне твердофазного соединения типа диск-вал из разноименных сплавов на основе никеля

В.А. Валитов1, А.Х. Ахунова1, Э.В. Галиева1, С.В. Дмитриев2, Р.Я. Лутфуллин1, М.Ю. Жигалова1
1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия
2Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, ул. Халтурина 39, 450001, Уфа, Россия;
Аннотация
Проведен конечно-элементный расчет распределения деформаций, развивающихся в процессе сварки давлением со сдвигом в образцах, имитирующих составные части биметаллической детали газотурбинного двигателя типа «диск – вал» из гетерофазных деформируемых жаропрочных никелевых сплавов. Кроме того, выполнено физическое моделирование данного процесса. Компьютерное моделирование проводили в двумерной постановке (осесимметричная задача) с помощью пакета прикладных программ DEFORM-2D. В качестве материала для «диска» и «вала» были выбраны сплавы в ультрамелкозернистом (УМЗ) состоянии ЭП975 и ЭК79, соответственно. Начальная скорость деформации составляла 10-5 с-1, температура сварки - 1100°С. При проведении моделирования поведение материала образцов описывался экспериментальными кривыми, полученными при одноосном сжатии сплавов ЭП975 и ЭК79 при температуре сварки. Согласно известным экспериментальным данным, сдвиговая деформация вблизи свариваемых поверхностей способствует повышению качества твердофазного соединения и его прочности. Также положительно на качество сварного соединения сказывается уменьшение размера зерна, приводящее к увеличению протяженности границ зерен и ускорению зернограничной диффузии. Результаты компьютерного моделирования показали, что для увеличения протяженности участков с достаточно большими значениями сдвиговых деформаций (порядка одного процента и выше) целесообразно увеличивать перемещение заготовки вала относительно заготовки диска. Результаты физического эксперимента позволяют заключить, что формированию качественного твердофазного соединения благоприятствует небольшая сдвиговая деформация в условиях сверхпластичности соединяемых сплавов ЭК79 и ЭП975 с УМЗ структурой. На основании проведенных исследований показана возможность получения в процессе сварки давлением со сдвигом неразъемного твердофазного соединения типа «диск - вал» из никелевых сплавов ЭП975 и ЭК79 с предварительно подготовленной ультрамелкозернистой структурой.
Получена: 11 апреля 2017   Исправлена: 11 мая 2017   Принята: 16 мая 2017
Просмотры: 175   Загрузки: 66
Ссылки
1.
A. V. Logunov, Yu. N. Shomotin. Science and Technology (2013) 256 p. (in Russian) [А. В. Логунов, Ю. Н. Шмотин Москва: ООО «Наука и технология». 2013. 256 с.]
2.
Tresa M. Pollock. Sammy Tin. J. propul. power. 22 (2006) 361 – 374.
3.
Heather J. Sharpe, Ashok Saxena. Adv. Mat. Res. 278 (2011) 259 – 264.
4.
D. U. Furrer, R. Shankar, C. White. Journal of Metals (JOM-J Met) (2003) 32 – 34.
5.
A. V. Lyushinsky, Ye. V. Nikolich, A. A. Zhloba, S. V. Kharkovsky, A. V. Borovsky, D. S. Karyaka. Welding International, 29 (2015), 394 – 396.
6.
A. A. Shirzadi, E. R. Wallach. Sci. Technol. Weld. Joi. 9 (2004) 37 – 40.
7.
N. P. Wikstrom, A. T. Egbewande, O. A. Ojo. J. Alloy Compd. 460 (2008) 379 – 385.
8.
A. V. Lushinskii Part1. Svarochnoe proizvodstvo (7), 17 – 22 (2016). (in Russian) [А. В Люшинский. Часть 1) // Сварочное Производство, № 7, 2016, с. 17 – 22.]
9.
A. A. Shirzadi and E. R Wallach. Science and Technology of Welding and Joining. 9 (1), 37 – 40 (2004).
10.
Jiakun Liu, Jian Cao, Xingtao Lin, Xiaoguo Song, Jicai Feng. Materials and Design 49 (2013) 622 – 626.
11.
K. B. Povarova, A. A. Drozdov, V. A. Valitov, E. V. Valitova, S. V. Ovsepyan, O. A. Bazyleva. Russian metallurgy (Metally). 2014 (9) 733 – 741 (2014). (in Russian). [К. Б. Поварова, В. А. Валитов, С. В. Овсепян, А. А. Дроздов, О. А. Базылева, Э. В. Валитова Металлы. (5), 61 – 70 (2014).
12.
A. V. Skugoreev, A. N. Afanasiev-Khodykin, A. M. Rogalev, D. S. Lozhkova. Technology of light alloys. (3), 75 – 82 (2016). (in Russian) [А. В. Скугорев, А. Н. Афанасьев-Ходыкин, А. М. Рогалев, Д. С. Ложкова. Технология легких сплавов. 2016, № 3, С. 75 – 82.]
13.
V. I. Lukin, V. S. Rylnikov, O. A. Bazyleva, A. N. Afanasiev-Khodykin. Svarochnoe proizvodstvo. (6), 15 – 18 (2014). (in Russian) [В. И. Лукин, В. С. Рыльников, О. А. Базылева, А. Н. Афанасьев-Ходыкин //Сварочное производство, 2014 г., № 6, C. 15 – 18.]
14.
A. Kh. Akhunova, A. I. Pshenichnyuk, S. V. Dmitriev, A. R. Safiullin, R. V. Safiullin. Russian metallurgy (Metally) (7), 33 – 38 (2013). (in Russian) [А. Х. Ахунова, А. И. Пшеничнюк, С. В. Дмитриев, А. Р. Сафиуллин, Р. В. Сафиуллин. Деформация и разрушение материалов. (7), 33 – 38 (2013).].
15.
A. Kh. Akhunova, E. V. Galieva, K. B. Povarova, O. A. Bazyleva, V. A. Valitov, S. V. Dmitriev, A. A. Drozdov, E. G. Arginbaeva. Fundamentalnye problem sovremennogo materialovedeniya. 13 (1), 131 – 135 (2016). (in Russian) [Ахунова А. Х., Галиева Э. В., Поварова К. Б., Базылева О. А., Валитов В. А., Дмитриев С. В., Дроздов А. А., Аргинбаева Э. Г. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 13 (1), 131 – 135 (2016).].
16.
A. R. Safiullin, R. V. Safiullin, F. F. Safin, A. Kh. Akhunova, S. V. Dmitriev. Perspectivnye materialy. (15), 114 – 118 (2013). (in Russian) [А. Р. Сафиуллин, Р. В. Сафиуллин, Ф. Ф. Сафин, А. Х. Ахунова, С. В. Дмитриев. Перспективные материалы. 15, 114 – 118 (2013).]
17.
S. V. Kishkin Creation, research and application of high-temperature alloys: selected works (To the 100th anniversary of his birth) M. Science. (2006) 407 p. (in Russian) [С. Т. Кишкин Создание, исследование и применение жаропрочных сплавов: избранные труды (К 100‑летию со дня рождения). — М.: Наука, 2006. — 407с.]
18.
A. Kh. Akhunova, E. V. Valitova, S. V. Dmitriev, V. A. Valitov, R. Ya. Lutfullin. Welding International. 30 (6), 488 – 491 (2016).
19.
A. Kh. Akhunova, S. V. Dmitriev, V. A. Valitov, E. V. Valitova. Russian metallurgy (Metally) (11), 13 – 17 (2014). (in Russian) [А. Х. Ахунова, С. В. Дмитриев, В. А. Валитов, Э. В. Валитова Деформация и разрушение материалов. (11), 13 – 17 (2014).].
20.
A. Kh. Akhunova, S. V. Dmitriev, E. V. Valitova, V. A. Valitov. Fundamentalnye problem sovremennogo materialovedeniya. 11 (2), 159 – 162 (2014). (in Russian) [А. Х. Ахунова, С. В. Дмитриев, Э. В. Валитова, В. А. Валитов. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 11 (2), 159 – 162 (2014).]
21.
A. Kh. Akhunova, E. V. Galieva, A. A. Drozdov, E. G. Arginbaeva, S. V. Dmitriev, R. Ya. Lutfullin. Letters on Materials. 6 (3), 210 – 215 (2016). (in Russian) [А. Х. Ахунова, Э. В. Галиева, А. А. Дроздов, Э. Г. Аргинбаева, С. В. Дмитриев, Р. Я. Лутфуллин. Письма о материалах. 6 (3), 210 – 215 (2016).
22.
V. A. Valitov., K. B. Povarova, O. A. Bazyleva, A. A. Drozdov, S. V. Ovsepyan, E. V. Galieva. Materials Science Forum 838 – 839, 523 – 527 (2016).
23.
E. V. Valitova, A. Kh. Akhunova, V. A. Valitov, S. V. Dmitriev, R. Ya. Lutfullin, Letters on Materials. 4 (3), 190 – 194 (2014). (in Russian) [Э. В. Валитова, А. Х. Ахунова, В. А. Валитов, С. В. Дмитриев, Р. Я. Лутфуллин, М. Х. Мухаметрахимов. Письма о материалах. 4 (3), 190 – 194 (2014)].
24.
A. Kh. Akhunova, S. V. Dmitriev, E. V. Galieva, V. A. Valitov. Fundamentalnye problem sovremennogo materialovedeniya. 12 (3), 289 – 292 (2015). (in Russian) [А. Х. Ахунова, С. В. Дмитриев, Э. В. Галиева, В. А. Валитов. Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 12 (3), 289 – 292 (2015).]
25.
E. V. Valitova, R. Ya. Lutfullin, M. Kh. Mukhametrakhimov, V. A. Valitov, A. Kh. Akhunova, S. V. Dmitriev. Letters on Materials. 4 (4), 291 – 294 (2014).
26.
I. I. Musabirov, I. M. Safarov, M. I. Nagimov, I. Z. Sharipov, R. R. Mulyukov, V. V. Koledov, A. V. Mashirov, A. I. Rudskoi. Physics of the Solid State. 58 (8), 1605 – 1610 (2016).
27.
I. I. Musabirov, I. M. Safarov, R. R. Mulyukov, I. Z. Sharipov, V. V. Koledov. Letters on Materials. 4 (4), 265 – 268 (2014). (in Russian)
28.
V. I. Lukin, V. G. Kovalchuk, M. L. Samorukov, Yu. M. Gidnev. Vestnik BMSTU 114 – 121 (2011) (In Russian) [В. И. Лукин, В. Г. Ковальчук, М. Л. Саморуков, Ю. М. Гриднев. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. 114 – 121 (2011)]
29.
O. T. Ola, O. A. Ojo, P. Wanjara and M. C. Chaturvedi. Metallurgical and Materials Transactions. 43A (2012), 921 – 933.
30.
W. T. Chandler, A. K. Ghosh and W. M. Mahoney. Journal of Spacecraft and Rockets, 21 (1), 61 – 64, (1984).
31.
V. M. Bichkov, A / S. Selivanov, A. Yu. Medvedev and others. Vestnik USATU 16 (7), 112 – 116 (2012). (In Russian) [В. М. Бычков, А. С. Селиванов, А. Ю. Медведев и др. Вестник УГАГУ. 16 (7), 112 – 116 (2012).]
32.
Patent RF № 2608118, 13.01.2017 (in Russian) [Патент РФ № 2608118, 13.01.2017].