Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов получения высокопрочных наноструктурных титановых сплавов для изготовления ответственных элементов конструкций космических спутниковых систем

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
авиакосмическая промышленность, спутниковые системы, титановые сплавы, интенсивная пластическая деформация, радиально-сдвиговая прокатка, ультрамелкозернистая (нано-) структура, удельная прочность

Цель проекта:
Реализация проекта направлена на решение проблемы повышения удельной прочности и надежности ответственных элементов конструкций космических спутниковых систем, изготавливаемых из титановых сплавов, путем формирования в них ультрамелкозернистой (нано-) структуры с использованием методов интенсивной пластической деформации. Целью реализуемого проекта является разработка методов получения высокопрочных наноструктурных титановых сплавов и создание экспериментальных образцов высокопрочного титанового сплава ВТ22 с ультрамелкозернистой (нано-) структурой и повышенной удельной прочностью с использованием подходов интенсивной пластической деформации для изготовления ответственных элементов конструкций космических спутниковых систем.

Основные планируемые результаты проекта:
Будут разработаны режимы радиально-сдвиговой прокатки в сочетании с термообработкой (старением) позволяющие получить круглые прутки титанового сплава ВТ22 с ультрамелкозернистой (нано-) структурой и повышенной удельной прочностью. Будут изучены закономерности эволюции структурно-фазового состояния и механические свойства указанных прутков. Будут определены факторы упрочнения, обеспечивающие значительное повышение механических свойств прутков (предел прочности не менее 1470 МПа, предел текучести не менее 1370 МПа, при сохранении пластичности не менее 6%). Анализ российской и зарубежной литературы показывает, что ожидаемые результаты являются новыми и соответствуют мировому уровню.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
С использованием одного из методов интенсивной пластической деформации - радиально-сдвиговой прокатки с последующей термообработкой (старением) получены круглые прутки титанового сплава переходного класса ВТ22 диаметром 22 мм и длиной не менее 500 мм с однородной ультрамелкозернистой (нано-) структурой с размером элементов зеренно-субзеренной структуры менее 0,5 мкм. Полученные прутки имеют повышенные по сравнению с крупнозернистыми аналогами более чем на 20% прочностные свойства при сохранении удовлетворительной пластичности. Применение круглых прутков сплава ВТ22 с ультрамелкозернистой структурой и повышенной удельной прочностью вместо используемых в настоящее время прутков этого сплава с крупнозернистой структурой для изготовления различных элементов космических спутниковых систем позволит повысить надежность уже разработанных конструкций, а также разработать новые конструкции с улучшенными габаритно-массовыми характеристиками. Предложенные технологические подходы деформационно-термической обработки для решения указанных выше задач проекта являются новыми и соответствуют современному мировому научно-техническому уровню.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в ходе выполнения проекта результаты могут быть использованы на металлургических предприятиях при разработке технологических процессов и методов получения конструкционных материалов на основе ультрамелкозернистых титановых сплавов с высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и усталостной выносливостью для применения в транспортных и космических системах.
Разрабатываемые экспериментальные образцы из высокопрочного титанового сплава ВТ22 с ультрамелкозернистой (нано-) структурой в виде прутков круглого сечения могут быть, в частности, использованы в качестве полуфабрикатов для изготовления ответственных элементов высоконагруженных конструкций бортовых систем, штанг и устройств отделения космических аппаратов, разрабатываемых в АО «Информационные спутниковые системы» имени М.Ф. Решетнева, с целью улучшения их технических характеристик. Использование при разработке нового поколения космических систем ультрамелкозернистых титановых сплавов с повышенной удельной прочностью улучшит их габаритно-массовые характеристики и повысит конкурентоспособность отечественных производителей спутников различного назначения.

Текущие результаты проекта:
На основании сделанного аналитического обзора современной литературы, а также проведенных патентных исследований показана принципиальная возможность измельчения крупно-кристаллической структуры в альфа+бэтта титановых сплавах до ультрамелкозернистого состояния при достижении истинных степеней деформации больше 2. Теоретические оценки технологических режимов обработки показали, что указанные степени деформации могут быть достигнуты при получении круглых прутков методом радиально-сдвиговой прокатки с коэффициентом вытяжки >3. Кроме того, средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры титановых сплавов может быть еще понижен в результате последующей после интенсивной пластической деформации низкотемпературной термообработки.
Разработаны технологические режимы получения круглых прутков титанового сплава переходного класса ВТ22 диаметром 22 мм и длиной не менее 500 мм с однородной ультрамелкозернистой (нано-) структурой с использованием метода радиально-сдвиговой прокатки в сочетании с последующей термообработкой (старением). Предложенные подходы являются новыми и обеспечивают значительное измельчение среднего размера элементов зеренно-субзеренной структуры (с ~50 до 0,5 мкм). Установлено, что трансформация от крупнозернистой к ультрамелкозернистой структуре происходит путем распада деформированной матрицы β-фазы в процессе радиально-сдвиговой прокатки и последующих отжигов (старения), что приводит к образованию мелкодисперсных выделений α-фазы и наноразмерных частиц метастабильной α"-фазы. В результате этого удается повысить прочностные свойства указанного сплава более чем на 20% по сравнению с исходным состоянием (по пределу текучести до 1510 МПа, по пределу прочности до 1570 МПа) при сохранении удовлетворительной пластичности (более 6%). Полученные механические свойства превышают заданные требованиями п.4.1 ТЗ технические характеристики. Анализ российской и зарубежной литературы показывает, что достигнутый комплекс механических свойств является уникальным для данного сплава, что позволяет расширить его применение в авиакосмической промышленности.