Выносливость и циклическая трещиностойкость титанового сплава ВТЗ-1 в различных структурных состояниях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ГО 0,1

Национальна академ1я наук Украши 1нститут проблем м1цност!

На правах рукопису

ГЕРАСИМЧУК Олег Миколайович

ВИТРИВАЛЮТЬ I ЦИКЛ1ЧНА ТР1ЩИН0СТ1ЙК1СТЬ ТИТАНОВОГО СПЛАВУ ВТЗ-1 У Р13НИХ СТРУКТУРНИХ СТАНАХ

05.02.09 - Динам1ка, м1цн!сть машин, прилад!в та апаратури

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здоСуття наукового ступеня кандидата техн!чних наук

Кшв 1996

Диоертад1ею б рукопио.

Робота виконана в 1нститут1 проблей м!цност1 Нац1онально'1 академП наук Укра1ни.

Науков1 кер1вники: акадеи!к HAH Укра1ни

Трощенко Вадер1й Трохимович, доктор техшчних наук Грягнов Борис 0лекс1йович

0ф1ц1йн1 опоненти - член-кореспондент НАН Укра1ни доктор ф!зико-ыатематичних наук Красовський Арнольд Янович, кандидат техн1чних наук Погребняк Анатолий Дмитрович

Пров1дна установа - п1дпривмство "Мотор С1ч"

Захист в1дбудеться: "——у 19g6 р> 0

-год. на saciflaHHi Спещал«овано1 вчено1 ради

Д 01.99.01 по захисту дисертащй на здобуття наукового ступени доктора (кандидата) наук в 1нститут1 проблем м1Цност1 HAH Укра!ни за адресов: 252014, Ки"1в-14, вул. Тиы1рязввська, 2

3 дисертащвю можна ознайомитись у б1бл1отец1 1нституту проблем м1цност1 HAH Укра'1ни.

Автореферат розхсланий "—- * Иg96 р.

... Tjbb&tfa

Вчений секретар спец1ад1говано1 вчено! ради доктор технгчних наук

ППняк Ф.Ф.

1.ЗАГАЛЪНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!оть досл!дження. Одними з найчутлив!ших матер!ал!в до зм!н структури по в!дношенню до механ!чних характеристик, особливо до характеристик опору вто>п, б титанов! сплави, так! як ВТЗ-1, ВТ8, ВТб 1 т.п., як1 широко застосовуються в аерокосм!чн!й промис-ловост1 для виготовлення робочих лопаток газотурб1нних двигун!в.

Результата досл!дженъ впливу структури на механ1чн! властивост! титанових сплав1в та й 1нших матер!ап!в, що в в л!тератур!, носять як1сн!Ш характер. Кр1м того, в!дсутн!сть комплексних доол!дашнь вс1х характеристик механ!чних властивостей конкретного сплаву в р!зних структурних станах поряд з розр1знонга.ш окремими результатами, отриманими р1зними авторами з дано! проблеми, не дозволять ви-явити загалън! законом!рност1 впливу фактора структури на повэд1нку матер1алу при його цикл1чному навантаженн!. Це й зумовило виб1р теми й основних напрямк1в дисертац!йного досл1дження.

Мэта 1 задач! досл!ддення. Мэтоа дисортац!йно! роботи 8 вста-новлення вза£ыозв'язк1в м1д механ1чними характеристиками 1 параметрами структури матер1алу, на основ! яких молит буде прогнозувати характеристик опору руйнуваншо в!д втоми.

Для досягнення поставлено! мети необх1дно було вир1тити так1. основн1 науков! завдання:

- провести експериментальн! досл!дження характеристик опору втош1, цикл1чно1 тр!щшюст!йкост!, статично"! м1цност1 двофазного титанового сплаву ВТЗ-1 у р1аних структурных станах, цо отршаи! в результат! вар!ювання решай в термомехан!чно! обробки сплаву;

- провести м!кроструктурний ! текстурний анал!з отриманих структурних стан1в сплаву;

- виявити взаемозв'язки м!ж мехаШчними характеристиками сплаву ! параметрами його структури;

- розробити розрахункову модель для прогнозування характеристик опору втом! матер1алу з урахуванням структурного фактора.

Наукова новизна. Науковою новизною в1дзначаиться так1 результати:

- проведене кашшекгне експериментальне досл1даешш характеристик опору втом!, цготчно! тр1щиност!йкост!, статично! м!цност! ! пластичност! титанового сплаву ВТЗ-1 у р!зних структурно-текстурних станах;

- розроблена 1 обгрунтована розрахункова модель границ! витри-валост! матер!алу, яка дозволяв за наявними дангат про розм!ри структурних параметр!в 1 модуль пружност1 сплаву прогнозувати величину границ! витривалост! гладких зразк1в;

- выявлений оптимальний режим термомехан!чно! обрезки сплаву ВТЗ-1, п!сля якого сплав мав найвиц! характеристики опору руйнуван-hd в!д втоыи в побднанн1 з досить високою статичною м1цн1стю i пластичн1ств.

Практичне значения роботи. Практичне значения даного дисерта-' ц1иного досл1дмення полагав в тому, щр воно розширюе уявлення про граничн! можливоот1 сплав!в, як! традиц1йно використовуються, i дозволяв оптим!аувати технолоПю 1х виготовлення. Зокрема, розроб-лений метод прискореного визначення характеристик опору втом! конс-трукц1йних матер1ал1в та елемент!в конструкц1й дозволяе в стислий терм1н отримати необх1дну 1нформад1ю про цикл1чну м!цн!сть чи тр!-щиноот!йк!оть матер!алу з доотатн!м ступеней точност! для прийняття конотрукторського чи технолог1чного р!шення.

Особистий внесок дисертанта в проведене досл!дження. Особисто дисертантом проведено комплексно експериментадьне досл!дження характеристик опору BTOMi, цикл1чно! тр1щиност1йност1, статично! !.ац-HOCTi i пластичност! титанового сплаву ВТЗ-1. у р1зних структур-но-текстурних станах. На п1дстав! цього дисертантом розроблена й оОгрунтована розрахункова модель границ! витривалост! матер1алу, яка дозволяе за наявними даними про розм1ри структурних параметр!з 1 модуль пружност! сплаву прогнозувати величину границ! витривалос-т1 гладких зразк1в.

Зв'язок дисертацП з планом науково-досл!дних роб!т. Дисерта-ц!йна робота виконувалася в рамках плаяових тем в1дд!лу втоми ! терм!чно1 втоми 1нституту проблем м!цност! HAH Укра!ни.

АпробаЩя результат!в досл!дження. Основн! положения дисертац1i допов1дались, сбговорювались 1 отримали позитйвну овднку на науково техн!чних конференЩях: "Текстуры и рекристализация в металлах и сплавах" (Свердловск, 1991), "Поверхностный слой, эксплуатационные овойотва деталей машин и приборов" (Москва, 1991), "Новые конструкционные сплавы и отали и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (Запор1жжя, 1992), ХХУ Международное научно-техническое совещание по проблемам прочности двигателей (Москва, 1994), а також на сем1нарах в!дд!лу.

Структура та обсяг дисертацП.

Дисертац!я окладаеться з! вступу, списку основних позначен та прийнятнх скорочень, п'яти розд!л!в, загальних висно-вк1в, списку викориотано! л!тератури, що м!стить 143 найме-

нувауня. Робота викладена на 131 стор!нках машинописного тексту, включае 31 малюнок i 6 таблиць.

П. ОСНОШИЙ 3MICT РОБОТИ

У первому розд!л! /оглядовому/ наведен! загальн! уяв-„ лення про руйнування матерiалiв в!д втоми. Представлен! основ-н! характеристики матергалу, що визначагать його onip втом! i циклiчну трfЩ1тностiйкi сть. Основна увага в даному розд!л! зосередяена на питанн! впливу структури матер!алу на npoqec його руйнування в!д втоми, особливо на таку його характеристику, як границя витривалост!.

Цьому питанию присвячена велика к!льк!сть роб!т як зару-б!жних, так i В1тчизняних вчених: Армстронга Р., ПетчаН., Крекнела А., Форсайта П., Фореста П., Танаки К., Хаддада М., 1вановог B.C., Трощенка В.Т., Покровського В.В., Грязнова Б.О., Роман1ва О.М., Треф!лова B.I та !нших.

Проте до цього часу не побудовано едино i' Teopi'i, що дозволяв досить точно прогнозувати вплив структури матер}алу на його оп!р втом!. Отриман! залежност! границ! витривалост! в!д розм|ру зерна, що е одним з основних параметр!в структури, мають чисто емл!ричний характер 1 можуть бути застосован! т!льки в обмежених випадках.

Питаниям впливу текстури на цикл!чну м!цн<сть матер!ал1в прид1лялось мало уваги, ! до сих п!р немае однозначно!' уяви про характер цього впливу.

Вищесказане ще б!льшою м!роо торкаеться oqiHKH явищ ! пошкоджень в!д втоми дво- ! тим б!лыз багатофазних сплав!в, Teopin м!цностг i руйнування яких знаходиться сьогодн! в зарод-ковому стан!.

Ризглянуто також деяк! уявлення механхки руйнування, зав-дяки яким можна встановити взаемозв'якк м!ж характеристиками опору втом!, цикл!чно1 тр!щиност1йкост! та параметром структу-ри.

Наведен! деяк! результати досл!дження впливу структури на uexaHhim властивост! та характер руйнування р1знкх титано-вих сплав!в. 0ск1льки механ!чн1 властивост! двофазних титанових сплав!в, у першу чергу характеристики опору втом!, в пор!внян-Hi з !ншими конструкц!йними сплавами,найб1льш п!ддаються впли-bobi типу i геометричних параметр!в структури. Виходячи з вице-сказаного, в дан!й робот! робиться спроба на приклад1 двофаз-ного титалового сплаву BT3-I виявити загальн! законом!рност!

впливу структури 1 текстури на характеристики опору руйнуван-нь в1д втоми.

У другому роздШ викладен! методики експериментапьного досл!дження характеристик опору втом| та цикл1чно! тр!щиност1й-кост! титанових сплав!в, описан1 установки та апаратура для пров едення експ еримент1 в.

Виб1р розм1р1в 1 форми зразк1в, а також способу IX наван-тааення /цикл1чний згин/ зумовлювався спецкф!кою застосувалня титанових сплав1 в для виготовленнч компресорних лопаток ав1а-ц1йних турб!нних двигу^в.

При побудов! кривих втоми за довгсшчшсть до руйнування гладкого консольного зразка приймалась к1льк1сть цикл1 в наван-таження до моменту падшня резонансно* частота коливань зразка на I%, що в1дпов!днло появ1 поверхнево1 макротр1щини глибиною ^ 0,5 мм.

Вккладена також методика визначення коеф^ента 1нтенсив-ност1 напружень /К1Н/ в консольних зразках з односторонньои тр{щиною при симетричноыу й аеимегричному циклах навантаження, яка грунтуеться на зв'язку розмаху в1льного кшця зразка з напруженням в "небезлечному" с1ченн!. Врахування зм!ни податливое^ зразка шд час росту тр!щини дозволяе визначити нап-руження в "небезпечному" С1ченн1 при наявност1 згинних та роз-тягуючих скледових навантаження.

Хибн1сть визначення амплIтуди напружень 1 коеф1ц!ента 1нтенсивност1 напружень за описанный методиками не перевищуе

У третьому роздШ описанх ыатер1али, що е об'ектом дое-Л1дження, та методи ¡х термомехашчно1 обробки /Т.».О/. В дашй роботI об'ектом доелдаення служив двофазний-/ с< + ^в/-тит£-новий сплав ВТ^-1, що широко" зестосовуетьск в аерокосм1чшй техн1ц1 як конструкцгйний 1 жарост1йКий матер1ал. Яого х1м!ч-ний склад у вагових %: осн. Ть - 6,6 АС - 2,6 Л7о-0,4 Ье--1,5 Сг -0,3 S¿ .

Як в1домо, р1вень ф! зико-механ{чних властивостей титанових сплав!в задаеться не Т1льки х1м1чним складом, але 1 структурою, яка е насл1дком деформац1йного i терм1чного впливу. Температура 1 ступ1нь деформаш У грають також важливу роль ! у форму ванн! кристалограф1чно1' текстури, тим самум роблячи вшгив на деяк! важлквг ыехан1чнх характеристики сплаву

В результат! эастосування р1зних режим!в ТМО всього було отримано для досл!длсення 7 структурно-текстурних стан!в сплаву ВТЗ-1 /табл. I/.

Таблиця I

№№ [ ^Р; Режим №0 ну

Вих1дний прутон /ма-тер1ал у стан! поставки, без тао/

I/ Загартовка у воду в1д 1323 К п!сля вит-римки 0,5 г

2/ Прокатка при 1073К з! стисненняы 50%

3/ Рекристал! задний в1дпал при 1073 К 5 г

Хар-ка структури

Глобулярна пер-винна <х -фаза I пластинчаста /ы. -г л /-матрица_

I/

2/ при 1123 К 3/

I/

2/ при 1173 К 3/ •

I/

2/ 3/

при 1223 К

Режим Ж), що засто-совуеться в промисло-вост! для виготовлення крупногабаритных поковрк

4-

"Швидк!сна" термооброб-ка: нагр!в з! швидкхстю 50 К/с до 1323 К, загар-

Хар-ка тексту-ри

Середн!й роз> ы!р струк. елеыеНту_

д1аметр глоо ыкы

слабо вира-жена

БП -

текстура

оО-фазг

2,5

1,8

слабо вираж

товка у воду: в!дпал при 1073 К,

4. г

-зеренна з внутр!зе-ренною плас-тинчастою с<- -фазою 1 .пограничною оС -фазой|

10

не вираа. -

0,7

1,5

0,4

Представленом1крострукоурний I текстурний анал!з досл!д-яуваних матер1ал!в 1 дана характеристика структури 1 текстури, а також визначен! еередн! розы!ри структурних складових для кожного з досл!дауваних стан!в сплаву /табл. I/. Анал1з м!кро-структури 1 текстури проводився в 1нститут1 металоф!зики НАН Укра1ни за стандартниыи методиками, а також за допомогою ори-г!нальних установок 1 програы на П20М, розроблених у цьоку 1нститут1 .* а

Ыехан1чн1 характеристики , , , О , У для вс!х досл!дауваних стан!в сплаву, отримен! в результат! випро-бувань на етатнчний розтяг стандартних плоских зразк!в, а також тверд!сть НV, представлен! в табл. 2.

Таблиця 2

струк. стану МПа е. Ша МПа § % % Н* МПа

I 1065 1114 1597 15 48 3540

2 1009 1069 1341 15 22 3600

3 1027 1084 1355 15 25,3 3590

4 1011 1070 1427 16 30 3503

б 1100 1210 1482 12,5 19,5 3673

6 998 1026 1216 9,3 17 3568

7 1030 1544 1728 3 II 4530

У четвертому розд!л! представлен! результати дос,л1дкення характеристик опору втом! ! цикл1чно'1 тр!щиност!йкост1 сплаву В13-1 у р!зних структурно-текстурних станах! дано 1хн!й ана-л1з.

За результатами випробувань на втому гладких зразк1в сплаву В13-1 побудован! 5С$-н! кpивi втоми в координатах: амп-л!туда напружень Са - к!льк!сть цикл!в до руйнування ^ ■для вс1х структурних стан!в сплаву, що досл!джувались.

Показано, що причиною в1дм!нност1 характеристик опору втом! е утворення в результат! р!зних реяим!в !Ш0 структури р1зно1' дисперсност! та текстури р!зно'1 1нтенсивност1 1 пере-вагшо! кристалограф!чно¥ направленост!. Так, глобулярн! струк-

ц Висловлюэ щиру подяку 1нститутов1 металоф!зики НЛНУ за нада-иу иоалив!сть проведення цього анал!зу.

о

тури /I-б/ можна розд!лити на дв! групи: I-a група, в яку вхо-дять структур!) I, 5, б, що характеризуются практично безтекс-турнчм станом /або !ншми словами, приблизно однаково невира-женою текстурою/, i 2-а група - це структури 2, 3, 4, що мають базисно-призматичну текстуру pi3H0i !нтенсивност!, яка п!дси-люеться в!д 2-í до 4-i з одночасним зб1льшенням призматичнох складово'1 ц!е i текстури.

Бстановлено, що, якщо на границю витриволост! визначаль-ний вплив робить pcotMip структурного параметра, то на нахил кривих втоми поряд з розм!ром структурного параметра визна-чальний вплив чинить тексуура матер!алу. Невираяена текстура призводить до розс1ювання результат1в випробувань на втому, !, навпаки, яскраво виражена /або !нтенсивна/ текстура зменщуе ÍXHS розс!ювання.

Проведений м!кроструктурний анал!з зон руйнування зразк!в п!сля випрабувень на втому, в результат! якого встановлено, що л!м!туючою ланкою по вхдношенню до характеристик опору втом! для глобулярних структур еллаву Б13-1 е глобулярна oís -фаза. Тому характеристики опрру втом! даного сплаву в глобулярних структурних станах визначаються властивостямп глобулярно'1 c¿ -фази.

Проте для стану 4, що мае найвищ! характеристики опору втом!, властивост! глобулярно! o¿ -фази ! пластиунчасто'1

+ J* / - матриц! б близькими. Про цэ св1дчить той факт, що зародження тр!щини втоми для цього стану сплаву локал!зу-валось як в cL -глобулях, так i в <А -пластинах, на в!дм!-ку в!д !нших глобулярних структур, де локал!зац!я тр!щини в!дбуволась т!льки в глобулярн!й cL -фаз!.

Результати випробувань зразк!в з односторонньою боковою тройною на цикл!чну тр!щиност!йк!сть сплаву BT3-I у досл!дну-ваних структурних станах при симетричному цикл! наванталення представлен! у вигляд! д!аграм руйнування в!д втоми у координатах: швидк1сть росту тр!щини dt /JH - коеф!ц!ентя !нтен-chbhoctí напружень Kjmax-

При поргвнянн! цих результат!в з результатами випробувань на втому можна зробити висновок, що, якщо на етап! зародження тр!щини втоми сплав BT3-I в глобулярних станах /1-6/ поводить себе по р!зному, то на етап! розвитку маг!стральро1 тр!щмт !стотних в!дм!нностей у повед!нц! матер!алу в дангас станах не спостер!гаеться. Винятком в т!льки стан 7, що нас дрИноплас-

_ а -

тинчасту будову структури 1 р!зко в1др1зняеться в!д перших !нши-ми характеристиками механ!чних властивостей /табл. 2/.

Таку в!дм!нн!сть у повед1нц1 даного матер!алу на р!знкх етапах руйнування в1д втоми можна пояснити локал!зац!ею тр!щи-ни в одн!й з фазових складових на стад!! зародження тр!щини I розвитком И по обох фазах на стад11 росту маг1стрально'/ тр!щи-ни, а також накладанням на цей процес ефекту закриття" тр!щини втоми.

За одержанный експериментальними результатами побудован! кореляц!йн1 залежност!, що зв'язують границю витривалост!

та пороговий КШ Кк, з гншими механ1чними характеристиками сплаву В13-1. Характер отриманих залежностей дозволив д!йти висновку, що для даного сплаву немае однозначного взаемоэв'язку м1ж величиною границ! витривалост! та ¡ншими характеристиками механ!чних властивостей, ! визначальний вплив на величину роблять характеристики структури матер!алу,

як! по-р1зному проявляються при р!зних режимах навантаження /статичне, циюйчне ! т.д./. Проте разом з цим з! зб1лыпенням м!цност! ! твердост! пороговий КШ зния^уеться.

Встановлено також, що оптимальною термомехан!чноюобробкою сплаву В13-1 е Т!»Ю за режимом 4 /див. табл. I/, п!сля якоГ сплав мае найвищ! характеристики опору руйнуванню в!д втоми в поеднанн! з досить високими статичною м!цн!стю ! пластичн! стю.

У п'ятому розды!, на л!дстав! проведеного анал!зу резуль-тат!в досл!дження характеристик механ!чних властивостей сплаву ВТЗ-1 в р1зних структурно-текстурних станах, розглянуто эалеж-н!сть границ! витривалост! сплаву в!д роэм!ру структурного параметра, що визначае його циклIоду м!цн!сть.

Викладки, що стосуються роэробки модел! для прогноэування границ! витривалост! з урахуванням фатора структури, проведен! на п!дстав! даних про глобулярн! структури, тобто стани сплаву /1-6/, бо структурним параметром для цих структур е власне роз-м!р структурного елементу o¿ -глобулю на в!дм1ну в!д пластинчато I структури 7, де структурним параметром може бути як роз-м!р елементу - товщина пластини, так ! товщина пакету сприятли-во розташованих одна до одно* пластин. Коректне визначення ве-личини структурного параметру в останньому випадку дуже пробле-матичне, бо вона е випадковою величиною.

Експериментальна залежшсть границ! витривалост!

в-4

в!д середнього роэм|ру оС -глобул!в с1 для даного сплаву и

казуе монотонне зниження з! зб!льшенням с1 .Ця эалежн1сть, побуДована у координатах. ■— {//¿Г > задов!льно описуеться р!внянням

\ /I/

де А = 1,02 МПаИГ.

3 1ншого боку, тобто з позиц!й механ!ки руйнування, гра-ниця витривалост1 може розглядатись як максимальне налруження, при якому тр1щина втоми, що з'явилась в матер!ал!, не розпов-сюдаусться. Багато автор!в, виходячи з цих позицМ, прийшли до виразу границ! витривалост1 (З^ у форм!

С - А!м__ /о/

Ья- уа7 , /г/

де А К у, - порогове значения розмаху КШ; У - функц!я, що враховуе геометричн1 розм!ри трщйни 1 т!ла та умови навантален-ня; - Т.З. "Критичний розм^р тр1щини, що в{дпов!дае границ! витривалост!".

Для багатьох р1зн0маштних сплав!в { сталей була встанов-лена л!н!йна залежн{сть в1д середнього розм1ру зерна ма~

тер!алу с1 :

¿о-И- /3/

Враховуючи /3/; формулу /2/ для випадку симетричного циклу навантаження /тобто Я - -I/ можна записати у вигляд1

г , и7- Ы /4/

„ц*. '

Шдстановка отриманих в дашй роботг експериментальних даних I с( в рхвняня /4/ показала, що добуток V'- Кц^ змшюсться.в незначних межах 1, очевидно, е сталою величиною для даного сплаву /див.табл.3/. Можна припустити, що такою сталою величиною сплаву е ефективний розмах порогового КШ ¿Х-1/, щ.

У в1дпов!дност1 з концепщею закриття тр!щини втоми швид-к!сть ¡г росту е функцию ефективного розмаху КШ

АКа^^и-ЛК, /5/

де I) - коеф!ц1ент в!дкриття тр!щкни, що залеяить в!Д ыехан!ч-них властивостей матер!алу.

Таблиця 3

я> струк. стаи^ I См Ша 700 Ща(м" 4,74 (о м-Ю"6 И,6 7 ~5,8 0,415 «ч Ша^Г 1,97 б1т Ш 725 '¿61, 45,5

2 600 5,06 18 6,013 0,408 2,06 591 -1,5

3. 650 4,6 12,7 5,07 0,444 2,04 648 -0,3

4 750 5,06 11,5 6,4 0,384 2,00 764 +2,8

5 500 4,П 17 4,28 0,483 1,99 512 +2,4

6 320 5,06 64 6,4 0,395 2,00 324 +1,0

7 750 2,37 2,5 - - - - -

Багатьма вченими було встановлено, що для р1зних клас!в матер1ал1в ефективний розмах порогового КШ Л^йе// ° Д^Ц при асиметр1ях циклу 0,7. Кр1м того, деяк! з них встано-вили, що для будв-якого металу ефективний розмах порогового КШ залежить, в першу чергу, в!д модуля пруаност1 Е матер!а-лу I приблизно дор!внюе

А.^Ье^ - В'Е, - /6/

де В« 1,6 • Ю-5 м-1/2.

Для перев!рки зробленого припущення були проведен1 вилро-бування на цикл!чну тр!щиност1йк1сть при асиметрП И = 0,7 сплаву ВТЗ-1 у стан! 4, що дали значения порогового розмаху КШ Д. К = 2,055 '.Ша^м. Це значения практично сп!впа-дае з1 значениями II^ (¿.^ /див.табл. 3/.

3 1ншого боку, для сплаву В13-1 Д К^ , який був

розрахований за формулою /6/ /при цьому брався динам1чний модуль пружност! Е = 12,75'Ю4 МПа/, мае значения 2,04 !Я1а\1гм, тобто також практично сп!впадае з! значениями ДКц, при К = 0,7 1 3 табл- 3-

На п{дстав! сказаного вище формула /4/ може бути представлена в наступному вигляд!

^ У{Т ' /7/

= 2,04 ЫПайР, розрахованого за V =1,99 або У = 1,12^ /в зага!ль-

Шдстановка форцулою /б/, 1 ному випадку для згину

У » 1,99 - 2,47 £

12,97 [{)1 - 27,13

- «и -

ала при доажин! тр!щшш £ * & достатньо взяти т!льки перший член ряду, оск!льки !ншими можла знехтувати/ у вираз /7/ дае р!вняння, аналог!чне р!внянню /I/, отриманому експерименталь-ним шляхом, тобто

6-1 = А' • с1 , /8/

де А' = 1,025 МПа^Г.

Цей результат Шдтверджуе правильн!сгь зроблеиого припу-щення, що Ц"' К^ А . Очевидно такод, що

коеф!ц!ент V ев нашому випадку коеф!ц!ентом в!дкриття тр!щини, аналог!чним II у формул! /5/.

В табл. 3 представлен! границ! витривавост! 1

порогов! КШ , отриман! з експериыент!в, I границ! витрп-

валост! , розрахован1 за формулою /7/ !з эастосуваи-

ням форыули /б/, як! показали задов!льний зб1г результат!в експерименту й розрахунку /-1,5$ ^ Д<о-,[ ^ +3,5%/. Кр!и того, в ц!й таблиц! иааедеп! значения Е„ , розраховаи! за експериментальними результатами з допомогою формули /2/, кое-ф!ц!ента , кое!ф!ц!ента

що е коеф1ц!ентом в!дкриття тр!щини.

На п!дстав! л!тературних данях для Ьших матер!ал!э: дво-фазних титанових сплав! в 1 6242 I однофазного

сплаву на н!квлев!й основ! ЭИ437БВД були розрахован! границ1 витривалост! за формулами /6/ ! /7/. В табл. 4 наведен!

результати цього розрахунку, як! також гтоказуготь эадов!льну в!дпов!дн!сть експериментальних результат!а ! розрахунку.

Таблщя 4

Матер!ал Е -Ю-4 Ша СереднШ розм!р струк.елемента, мкм / с/- -глоб. зерна) Ша 6.7" Ша де*., %

/аналог сплава ВТ-6/ 11,9 2 620 677 +9

, 6242 /аналог сплава ВТ18у/ 13,2 5 500 475 -5

ЭИ437БВД 19.8 20 350-370 352 -1-+6

Прим1тка: випробування на втому при круговому згшс! в пов!тр!; база випробувань - М = ю' цикл!в.

- \г -

Сл1д також в!дзначити, що м!ж коеф!ц!еитом в!дкриття тр!-щиии V'1 тверд!стю Н\/ для досл!дженого сплаву ВК-1 був виявлений л!н!йний вэаеыозв'язок у вигляд1

и'гСгМ + Ь, /9/

де С, = 4,82 -Ю-4 Ша'1, Са =-1,29.

Таким чином, ыожна зробити висновок, що р!вияния /7/ ыож-на застосовувати для прогнозуваиня. границ! витривалост! як дво-фазних титаиових сплав!в, Що мають дисперсну глобулярну структуру, так 1 однофазних сплав!в, але т!льки тих, в яких тр!щина втоми зародауеться 1 розвиваеться по т!лу зерна, бо у випадку зародаення ! розвитку тр!щини вздовк граничь зерен неможливо виэначити середн1й характеристичный роэм!р структурного параметру, 1 прогнозування границ! витривалост! за формулою /7/ для такого класу матер!ал!в буде некоректним. Очевидно також, що розроблена модель /7/ не може э&стосовуватись для монокристал1в /тобто коли Ж-*00/-

Ш. ЗАТАИЛ ВШЮЕКИ

1. Проведено комллексне експериментальне досл!дження характеристик опору втом!, цикл!чно'1 тр!щиност!йкост!, статично'1 м1цност!, пластичное^ ! и!кроструктури двофазного титанового сплаву ВТЗ-1 в р!зних структурно-текстурних.станах, отриманих

в результат! вар!ювання режим!в термомехан!чно'1 обробки сплаву.

2. Показано, що причиною в!дм!нност! характеристик опору втом! о утворення в результат! р!зних режим!в ТМО структури р!зно!" днсперсноет! 1 текстури р!зно'1 !нтенсивност!. Для струк-турних стан!в сплаву, що досл!джувались, границя витривалост! монотонно п!двицуеться з! зменшанням середнього роэм!ру структурного параметру, що в!дпов!дае за цикл!чну м!цн!сть сплаву. Встановлено, що такими параметрами для даного сплаву е середн!й 'д!аметр -глобул! в у гдоо^ди^ши. сч^уктуу I тощина пакету

-пластин для др1бнопластинчатих структур.

3. На довгов!чн!сть гладких зразк!в при ампл!тудах напру-«ень вище границ! витривалост! поряд з розм!ром структурного параметру вмзн&чальний вплиз робить текстура матер!алу.

4. Яйцо на етап! зародження тр!щини втоми сплав В13-Х з глобулярними структурами веде себе по р!зному, то в процес! П розвитку суттевих в!дм1нностей у повед1нц1 матер!алу не спос-тер!гавться, що пояснюеться лохал1эац!ею тр!щини в одн!й фаз! на стадН-П зародження I П розвитком на обох фазах, а також

- я -

ефектом закриття тр!щини на стад!* росту маг!стрально'1 тр1щин!ь °5. Використовуючи отриману експериментальну залежн!сть G-f =/ [d) , а також гпдходи л!н!йно1 механ!ки руйнування, розроблена розрахункова модель границ! витривалост1 пол!крис-тал!чного матер!алу, що заснована на припущены! про наявн!стг тр!щиНо як! не розвиваються при д!ючкх р!внях ампл!туд напру-жень, piBHux границ! витривалост!. Модель дозволяс за данный про po3Mipn структурннх параметр!в i модулу прузшост! сплаву прогнозувати величину границ! витривалост!.

б. Оптимального термомехан!чною обробкою сплаву BT3-I е ТМО за режимом 4 /табл. I/, п!сля якоУ сплав мае найвшд! характеристики опору руйнуванню в!д втоми в позднснн! з досить високою статичною м1цн!стю i пластичн!стю.

1У. 0СН0Ш1 ПУЕЛ1КАЦ11 АВТОРА ПО TEMI ДИСЕРТАЦ11

1. Богуслаев В.А., Герасимчук О.Н., Городецкий С.С. и др. Влияние технологических факторов на сопротивление усталости титанового сплава BT3-I// Всесоюз. сем. "Поверхностный слой, эксплуатационные свойства деталей машин и приборов". - Тез. докл. - М., - 1991. - С. 63-67. •

2. Ивасишин О.М., Марковский П.Е., Герасимчук О.Н. и др. Влияние термо-механической обработки на сопротивление уста-лоати титанового сплавь BXL>-I //цробл.прочности. - 1992. -№ 6. - с. 12-19,

3. Богуслаев В.А., Ивасишин О.М., Герасимчук О.Н. и др. Оптимизация физико-механических свойств конструкционных и жаропрочных титановых сплавов путем регламентации режимов термо-мехянической и термической обработок /Д науч:тех.конф. 'Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки дл?. повышения надежности и долговечности изделий".- Тез. докл. - Запорожье. - 1992. - с.92.

4. Герасимчук О.Н., Грязнов Б.А., Налимов D.C. и др. Сопротивление усталости жаропрочных титановых сплавов с различной структурой //ХХУ ¡.¡еждунар • научно-технич.совещ. по проблемам прочности двигателей. - Тез.докл. - М. - 1994. с.22.

5. Трощенко В Т , Грязнов Б.А., Герасимчук О Н. и др. Сопротивление усталости и циклическая трещиностойкость титанового сплава B13-I в различных структурных состояних. Сообщ. I. Методика исследования и экспериментальные результаты //Пробл. прочности. - 1995. - № 5,6. - с. 3-II.

- ц -

6. Трощенко В Т., Грязнов В.А., Герасимчук О.Н. и др. Сопротивление усталости и циклическая трещиностойкость титанового сплав* ВТЗ-1 в различных структурних состояниях. Сообщ. 2. Методика учета влияния структуры на предел выносливости // Пробл.прочности. - 1995. - № 5,6. - с.12-17.

Герасимчук О.Н. Выносливость и циклическая трещиностойкость титанового сплава ВТЗ-1 в различных структурных состояниях.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.03. - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры. Институт проблем прочности НАН Украины. Киев, 1996.

В диссертации представлены и проанализированы экспериментальные результаты исследования характеристик сопротивления усталости, циклической трещиностойкости, статической прочности и структуры титанового сплава ВТЗ-1 в различных структурно-текстурных состояниях. Разработана и обоснована расчетная модель предела выносливости материала, учитывать фактор структуры и основанная на предположении о наличии неразвивающихся трещин на уровнях амплитуд напряжений, равных пределу выносливости.

Herasymchuk О.М. Fatigue of titanium alloy ВТЗ-1 in different structural states.

Thesis for competition of candidate's degree in Mechanics under the specialization cod 05.02.09. - Dynamics, strength of machines, instruments and apparatus. Institute for problems of strength of the National Academy of Sciences of Ukraine. Kylv, 199B.

The experimental results of fatigue, fatigue fructure, static strength, plastisity and structure research-of titanium alloy BT3-1 in different structural and textural states are presented and analyzed. The fatigue limit calculating model considering structural factor"are developed and proved. The model is based on the assumption of non-propagating cracks presence under fatigue limit loading level.

KjiB40Bi слова: витривал1сть 1 цикя!чна тр!щиност1йк1сть, структура i кристалограф!чна текстура, границя витривалост1, пороговкй коефщ1ент 1нтексивност1 напружень, структурний параметр.