Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проведены термодинамические расчеты фазового состава сплава ВТ14 при разных температурах с использованием программного продукта ThermoCalc, определена температура β-трансуса и проведен анализ изменения химического состава фаз во всем исследуемом температурном интервале. По данным теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости объемной доли α и β–фаз и зависимости состава фаз от температуры. По результатам расчета изменения химического состава фаз в интервале температур проявления сверхпластичности исследованного сплава показано, что концентрация Al и V в обеих фазах и Mo в α-фазе изменяется незначительно в исследуемом интервале температур, однако концентрация Mo в β-фазе значительно снижается. Экспериментальные данные получены для двух типов листовых полуфабрикатов, полученных по стандартной технологии (маркировка ST) и по специальной технологии (маркировка SP). Результаты термодинамических расчетов и экспериментаьных исследований демонстрировали удовлетворительную сходимость. Так, температуры равенства объемных долей α и β-фаз для листов SP и ST составили примерно 850 °C и 870 °C соответственно, что близко к значению 868 °C, полученному по результатам термодинамических расчетов для сплава ВТ14. По результатам микроструктурного анализа образцов в состоянии поставки установлено, что оба листовых материала имеют ультрамелкозернистую двухфазную структуру. В листах SP наблюдаются преимущественно равноосные зерна обеих фаз с объемной долей β фазы 0,3. В листах ST помимо равноосных рекристаллизованных зерен наблюдаются участки с нерекристаллизованной структурой при объемной доле β фазы 0,15. Проведен анализ микроструктуры листов после отжига в интервале температур последующей сверхпластической деформации. Листы SP и ST отличаются высокой термической стабильностью микроструктуры до 850 °С включительно, так как размер зерен обеих фаз возрастает незначительно, и не превышает 1,5 мкм. При этом в листах ST сплава ВT14 участки с нерекристаллизованной структурой наблюдали до температуры 875 °C, а в листах SP только до 850 °C. Также выявлено, что средний размер зерен α и β-фаз в листах SP в среднем в 1,3 раза меньше, чем в листах ST, во всем исследованном интервале температур отжига. Определены показатели сверхпластичности листов сплава ВТ14, полученных по обеим технологиям. Определен температурно-скоростной интервал сверхпластической деформации листов сплава. Показано, что листы SP демонстрируют более высокие значения показателя скоростной чувствительности, и более широкий интервал проявления сверхпластичности, чем листы ST. При этом, оптимальные режимы сверхпластической деформации листов сплава ВТ14 обеспечивающие максимум удлинения соответствуют температуре 850-875 °С и скорости деформации 0,001 1/с для обоих сплавов. Проведен анализ эволюции микроструктуры в процессе сверхпластической деформации методами сканирующей электронной и просвечивающей микроскопии с применением EBSD-анализа. Показано, что листы ВТ14, полученные по специальной технологии, проявляют более высокую стабильность зеренной структуры в процессе деформации, чем листы, полученные по стандартному технологическому режиму. Установлено, что в процессе сверхпластической деформации сплава ВТ14 по оптимальному режиму на стадии установившегося течения практически не происходит изменений химического состава фаз и объемных долей фаз. Показано, что в процессе сверхпластической деформации листы сплава ВТ14 проявляют признаки динамической рекристаллизации, при этом формирование полностью рекристаллизованной микроструктуры в листах SP происходит при меньших степенях деформации, чем в листах SТ. При этом динамический рост зерен обеих фаз менее интенсивен в сплаве, полученном по специальному режиму. В результате сплав ВT14-SP демонстрирует наибольшее удлинение до разрушения и меньшие значения напряжений течения при сверхпластическом течении. Для сравнения изучены микроструктура и показатели сверхпластичности сплава ВТ6 с использованием тех же методов исследования. Промышленные листы сплава ВТ6 проявляют сверхпластичность до скорости деформации 0,001 1/с в диапазоне температур деформации 800-900 °С. В листах сплава ВТ6 признаки динамической рекристаллизации менее выражены, чем в сплаве ВТ14. Следовательно, хотя процесс рекристаллизации в сплаве ВТ6 также, как и у сплава ВТ14, не был завершен до начала сверхпластической деформации, для сплава ВТ14 роль динамической рекристаллизации более существенна. На основании полученных экспериментальных закономерностей напряжение-деформация построены математические модели высокотемпературной сверхпластической деформации, основанные на уравнении Аррениуса и на методе искусственных нейронных сетей. Путем сравнения экспериментальных и расчетных значений напряжений течения для сплавов ВТ14 и ВТ6 показано, что предложенные модели типа Аррениуса, эффективно моделируют деформационное поведение при сверхпластической деформации. По результатам перекрестной проверки разработанных моделей установлено, что значения абсолютных ошибок в случае разработанных моделей типа Аррениуса ниже, чем в случае нейронных сетей, т.е. разработанные модели типа Аррениуса обеспечивают точное прогнозирование напряжения при сверхпластической деформации. При помощи метода Тагучи определены факторы-доминанты, определяющие деформационное поведение листов исследованных стандартных сплавов ВТ14 и ВТ6. Для сплава ВТ14 влияние температуры на удлинение до разрушения более значимо, чем влияние скорости деформации, в то время как для сплава ВТ6 удлинение сильнее зависит от скорости деформации, чем от температуры. Показано, что скорость деформации имеет более высокую статистическую и физическую значимость, чем температура в условиях начала стадии устойчивого течения для исследуемых сплавов. Важным результатом проведенного анализа является показанная потенциальная возможность снижения температуры сверхпластической деформации для промышленных листов обоих исследованных сплавов. По результатам работы был сделано два доклада на научных конференциях и подготовлено к печати четыре научные статьи, две из которых опубликованы/приняты в печать, остальные находятся на стадии рецензирования.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Изучена эволюция субзеренной и дислокационной структуры в процессе сверхпластической деформации при оптимальном температурно-скоростном режиме методом просвечивающей электронной микроскопии. Также, проведено сравнение дислокационной структуры после сверхпластической деформации при других скоростях и температурах. Показано, что при деформации в оптимальном режиме имеет место повышенная плотность дислокаций в теле α-зерен перед началом деформации и после истинной степени деформации 0,4 и 0,69. В случае увеличения степени деформации до 1,1 тело зерен более свободно от дислокаций, однако присутствуют стенки из дислокаций, и повышенная плотность дислокаций на межфазной границе α/β. Такие дислокации могут быть результатом действия аккомодационного скольжения/переползания дислокаций в результате зернограничного скольжения на межфазных границах при сверхпластической деформации. В образцах, подвергнутых сверхпластической деформации была обнаружена β-фаза в виде отростков, что может быть результатом аккомодации зернограничного скольжения по механизму диффузионного массопереноса. При меньшей исследованной скорости деформации при температуре 875°C были также выявлены дислокации в теле α-зерен, т.е. наблюдали признаки действия дислокационных механизмов деформации. При меньших температурах деформации было отмечено увеличение числа дислокаций и дислокационных сплетений в теле зерен, при этом не было выявлено образования β-отростков, как при оптимальной температуре деформации. Построены сравнительные зависимости размера зерна от степени деформации (времени деформации или времени отжига) и скорость динамического или статического роста α и β зерен. Для листов ВТ14-СТ установлено, что скорость статического роста зерен слабо зависит от времени отжига и не превышает 0,01 мкм/мин для 825 °С, и 0,025 мкм/мин для 875 °С. Динамический рост зерен увеличивается с увеличением степени деформации и достигает значений значительно больших, чем скорость статического роста зерен при оптимальной для сверхпластичного состояния температуре 875 °С. Показано, что скорость динамического роста зерен β-фазы в листах ВТ14-СП меньше, чем в случае образцов ВТ14-СТ, что подтверждает большую стабильность микроструктуры в процессе сверхпластической деформации листов ВТ14-СП. Для описания деформационного поведения листов сплава ВТ14, характеризующихся разупрочнением в процессе сверхпластической деформации, а также взятых для сравнения листов сплава ВТ6, характеризующихся деформационным упрочнением, были разработаны эмпирические модели связи напряжения течения, степени и скорости деформации, в которой учитываются параметры микроструктуры материала, такие как размер зерен α и β фаз, а также их объемная доля. Перекрестная проверка моделей показала их адекватность для прогнозирования зависимости напряжение-деформация в состоянии сверхпластичности для листов исследованных сплавов. Проведено моделирование формообразования с использованием имитационного моделирования методом конечных элементов для листов сплава ВТ14-СТ и ВТ14-СП, а также листов сплава ВТ6, взятого для сравнения. По результатам моделирования были построены графики зависимости скорости деформации от времени сверхпластической формовки в разных точках сечения формуемой детали, по результатам которых были определены критические точки, которым соответствуют наибольшие значения скоростей деформации. Сверхпластической формовкой из листов сплава ВТ6 и ВТ14 по режимам, определенным при помощи имитационного моделирования методом конечных элементов были успешно получены осесимметричные модельные детали, рассчитанное и реальное распределение толщин по сечению которых показали хорошую сходимость результатов. Использование стандартного подхода с формовкой с оптимальной скоростью деформации и имитационного моделирования методом конечных элементов для моделирования формовки, обеспечило удовлетворительный результат для листов ВТ6 и ВТ14 с доминирующей глобулярной структурой (листы ВТ14-СП), но в случае листов ВТ14-СТ с большой долей исходной пластинчатой структуры сверхпластическая формовка в условиях постоянной скорости привела к критически большой разнотолщинности конечной детали. Для поиска пути решения данной проблемы, а также определения причин такого поведения материала в процессе деформации, был проведен анализ микроструктуры после сверхпластической формовки. По результатам анализа микроструктуры было установлено, что критических областях из-за повышенных скоростей деформации происходит динамическая рекристаллизация и последующий динамический рост зерен, т.к. обеспечивается значительно большая деформация, чем в других областях детали. С целью выявления влияния скорости деформации на изменение микроструктуры листов сплава ВТ14-СТ с большой долей исходной пластинчатой структры провели сверхпластическую формовку с использованием постоянных разных значений давления. Сравнение микроструктур при одинаковых значениях деформации и разных скоростях деформации показало, что меньшие давления (следовательно, и меньшие скорости деформации) при близких значениях степени деформации привели к формированию более однородной микроструктуры. Из полученных результатов был сделан вывод, что проблема уменьшения разнотолщинности для листов сплава ВТ14-СТ может быть решена путем использования двухстадийного режима сверхпластической формовки, состоящего из деформации листов с низкой скоростью с целью подготовки микроструктуры, и последующей формовки с оптимальной скоростью деформации. В результате был разработан режим сверхпластической формовки для листов сплава ВТ14 с повышенной долей пластинчатой структуры, обеспечивающий существенное уменьшение разнотолщинности по сечению осесимметричной модельной детали, состоящий из низкоскоростной первой стадии, необходимой для получения однородной микроструктуры, и второй стадии формовки с оптимальной скоростью деформации. Показано, что после формовки по оптимизированному режиму в области, сформированной при пониженной скорости деформации микроструктура более однородная, что в конечном итоге привело к более равномерному распределению толщины в критической области. Таким образом, в результате, сверхпластической формовкой листов сплавов ВТ6 и ВТ14 по режимам, определенным при помощи имитационного моделирования методом конечных элементов были успешно получены осесимметричные модельные детали, предсказанное и реальное распределение толщин по сечению которых отличалось в среднем менее чем на 10%. С целью определения влияния сверхпластической деформации на механические свойства, были определены механические свойства листов ВТ14-СТ в состоянии поставки, а также после отжига при температурах и после разных степеней деформации. Показано, что лист в состоянии поставки (т.е. после прокатки) демонстрирует близкие значения предела прочности и предела текучести чуть меньше 1000 МПа. Установлено, что после отжига при температурах сверхпластической деформации значения прочностных характеристик снижаются на 100-150 МПа. Сверхпластическая деформация также способствует снижению значений прочностных характеристик, но в меньшей степени, особенно для предела прочности. В ходе второго года выполнения проекта было сделано два устных доклада на международных научных конференциях и опубликованы четыре научные статьи научных журналах: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235197891931248X?via%3Dihub https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1526612519301951?via%3Dihub https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1591/ab31f9 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1591/ab59b5/pdf Еще одна статья была принята к публикации.