Расчетно-экспериментальные исследования влияния структуры и остаточных напряжений на усталостную прочность и трещиностойкость поверхностно упрочненных титановых сплавов

Объектом исследования являются псевдо-альфа и альфа+бета титановые сплавы, упрочненные в результате воздействия на их поверхность интенсивных температурно-силовых полей при комбинированном упрочнении. Целью проекта является реализации ресурсных возможностей титановых сплавов для получения сбалансированного комплекса повышенных служебных характеристик по износостойкости, выносливости и трещиностойкости при циклических нагрузках за счет поиска необходимых компромиссных сочетаний специфических ультрамелкодисперсных структур, напряженно-деформированных состояний и прочностных свойств поверхностных слоев в ходе их обработки интенсивными комбинированными термо-силовыми воздействиями. Данная задача решается на основе разработки и совместного анализа комплекса математических моделей, включая: 1) модели технологических воздействий при поверхностной обработке титановых сплавов (модели упруго-пластического деформирования неоднородного тела с формирующейся структурой под действием интенсивных термо-силовых полей); 2) модели описания трансформаций структуры металла при интенсивном нагреве, охлаждении и деформации; 3) модели прогнозирования механического поведения сформированного неоднородного тела при статических и циклических эксплуатационных нагрузках с учетом взаимодействия структурных элементов и полей наведенных остаточных напряжений. На каждом из этапов математическое моделирование сопровождается экспериментальными исследованиями формирующейся микроструктуры, механических и эксплуатационных свойств материала, полученного в рассматриваемой технологической системе, для идентификации параметров моделей и верификации результатов моделирования. Основными научными результатами проекта, устанавливаемыми на основе экспериментальных исследований (металлографический анализ, оценка микротвердости, механические испытания, испытания на износ) и математического моделирования (с использованием разработанного авторами конечно-элементного комплекса), являются закономерности и механизмы формирования параметров структуры и свойств упрочненных поверхностных слоев титановых сплавов в зависимости от режимов высокоэнергетических комбинированных обработок. На основе полученных данных разрабатывается система управления технологическим процессом комплексного упрочнения.