Содержание к диссертации
Введение
История развития науки о трещиностойкости
1.1.1. Возникновение теорий о прочности и сопротивлении разрушению материалов
1.1.2. Практическое применение
Циклическая трещиностойкость титановых сплавов .
1.2.1. Анализ существующих стандартов испытания на скорость роста трещины усталости .
1.2.2. Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения .
1.2.3. Влияние частоты нагружения
1.2.4. Влияние температуры нагрева во время испытания
1.2.5. Влияние структуры на скорость роста трещины усталости
Заключение по литературному обзору и постановка задач исследования
Объекты и методы исследования
Методы исследования
Исследование структуры жаропрочных титановых сплавов
Объекты исследования
Глава 4 Циклическая трещиностойкость жаропрочных титановых сплавов
Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения
Влияние частоты нагружения Влияние температуры нагрева во время испытания 63 – 3 –
4.4. Влияние структуры на скорость роста трещины титановых 78 сплавов .
4.5. Сопоставление результатов испытаний для жаропрочных титановых сплавов разных классов 81
4.6 Оценка корректности полученных результатов для сплавов разных классов 91
Выводы по работе 95
Список условных обозначений и сокращений, применяемых в работе 96
Список литературы
- Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения
- Влияние структуры на скорость роста трещины усталости
- Исследование структуры жаропрочных титановых сплавов
- Сопоставление результатов испытаний для жаропрочных титановых сплавов разных классов
Введение к работе
Актуальность работы. Современные тенденции развития
двигателестроения для авиации ведут к необходимости создания надежного и экономичного двигателя с высокими уровнями термодинамических параметров, таких как давление и температура. В современных авиационных двигателях давление после компрессора составляет порядка 3 МПа, а температура воздуха превышает 600оС, при этом ресурс работы двигателя должен достигать 30 000 часов для гражданской и 5 000 часов для военной техники. Необходимость достижения таких параметров значительно повышает требования к материалам и конструкции. Для авиационных газотурбинных двигателей нового поколения требуются новые материалы с высокой жаропрочностью, удельной прочностью, повышенными усталостными характеристиками и сопротивлением распространению трещин усталости, высокой стабильностью механических и служебных свойств. Один из путей повышения удельных характеристик авиационных газотурбинных двигателей – замена тяжелых ступеней ротора из сплавов на железно-никелевой основе на титановые и интерметаллидные. Необходимость повышения служебных характеристик титановых сплавов, заставляет разработчиков идти по пути совершенствования их композиций, технологии изготовления полуфабрикатов, термической обработки, для достижения оптимальных сочетаний типа, параметров структуры и комплекса механических свойств применительно к условиям эксплуатации дисков КВД.
Еще 20—30 лет назад основной принцип проектирования авиационной техники заключался в том, что выбор расчетных допускаемых напряжений должен был исключать возможность появления в эксплуатации усталостных трещин (проектирование на безопасный срок службы). Обычно коэффициент запаса при конструировании на надежный ресурс принимают равным 4—5, а для отдельных элементов или конструкций он может быть значительно выше. Такие высокие коэффициенты запаса приводили к снижению весовой
эффективности конструкции. Изменить коэффициент запаса позволил новый принцип конструирования — принцип безопасной повреждаемости. Суть этого принципа заключается в том, что возникновение трещины усталости или очага разрушения другого типа не должно приводить к аварийной ситуации. Поэтому конструкция должна быть решена таким образом, чтобы при выходе из строя элемента, поврежденного трещиной, несущая способность конструкции в целом сохранилась.
Для реализации принципа безопасной повреждаемости необходимо представлять, как и с какой скоростью трещина будет распространяться в конструкции, поэтому циклическая трещиностойкость является одной из основных расчетных характеристик, определяющих ресурс и надежность наиболее ответственных деталей двигателя. В реальных условиях полета элементы конструкции испытывают различные виды температурно-силовых воздействий, что в конечном итоге и определяет живучесть конструкции. Поэтому важно иметь представление о том, каким образом на характеристики распространения трещины влияют структурно-фазовый состав жаропрочных титановых сплавов, а также температурно-силовые параметры нагружения.
Цель работы: выявление закономерностей изменения характеристик
СРТУ в зависимости от параметров нагружения, структурного состояния и
фазового состава жаропрочных титановых сплавов, включая
интерметаллидные.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
Определить влияние параметров механического нагружения – частоты и коэффициента асимметрии на СРТУ жаропрочных титановых сплавов;
Исследовать влияние структурного состояния и фазового состава на СРТУ жаропрочных титановых сплавов;
Разработать методику испытаний на СРТУ жаропрочных титановых
сплавов;
- Исследовать влияние рабочей температуры на СРТУ жаропрочных
титановых сплавов;
Определить основные факторы, влияющие на СРТУ жаропрочных
титановых сплавов.
Научная новизна работы
-
Впервые установлена зависимость влияния фазового состава жаропрочных титановых сплавов на скорость роста трещины усталости.
-
Впервые установлена зависимость влияния морфологии структурных составляющих на скорость роста трещины усталости для жаропрочных титановых сплавов одного класса.
-
Установлено, что параметры уравнения Пэриса (С и n) исследованных жаропрочных титановых сплавов, включая интерметаллидные, определенные по результатам испытаний, не являются независимыми и связаны уравнением lgC=a+blgn.
Практическая ценность работы
Впервые определены характеристики СРТУ новых жаропрочных титановых сплавов ВТ41 и ВИТ1 для разных типов структур и внесены дополнительные сведения по СРТУ в паспорт № 1776 на сплав ВТ41 и в паспорт № 1825 на интерметаллидный сплав ВИТ1;
Предложен способ оценки корректности результатов, получаемых при испытаниях на СРТУ жаропрочных титановых сплавов;
Разработана методика испытаний на СРТУ жаропрочных титановых сплавов (РТМ 1.2.203-2011);
Показано, что основными факторами, влияющими на распространение усталостных трещин в жаропрочных титановых сплавах являются температура испытания и коэффициент асимметрии цикла нагружения;
Установлено, что на характеристики СРТУ не влияет частота нагружения
при испытаниях в диапазоне от 5 до 15 Гц.
Положения, выносимые на защиту
1) Снижение характеристик циклической трещиностойкости обусловлено
наличием в структуре 2 фазы, наличием силицидов по границам зерен и
значительным уменьшением размера зерна;
2) Параметры C и n в уравнении Пэриса не являются независимыми
переменными и аппроксимируются для исследованных жаропрочных
титановых сплавов, включая интерметаллидные, общей прямой линией в
координатах «lgC-lgn»
3) При рабочих температурах у всех исследованных жаропрочных
титановых сплавов разных классов характеристики сопротивления росту
трещины усталости повышаются по сравнению с комнатной
температурой;
4) Изменение коэффициента асимметрии цикла нагружения от 0,1 до 0,5
существенно снижает характеристики сопротивления распространению
усталостной трещины в жаропрочных титановых сплавах.
Степень достоверности и апробация результатов работы.
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается использованием современных аналитических методов и сертифицированного оборудования для проведения исследований и большим объемом выполненных экспериментов.
Разработана методика РТМ 1.2.203-2011 «Проведение испытаний на скорость роста трещины усталости (СРТУ) жаропрочных титановых сплавов при температурах до 650оС» и внедрена в ФГУП «ВИАМ» в 2011 году.
Материалы диссертации докладывались на 4 всероссийских
конференциях и научной школе для молодежи:
1. Всероссийская научная школа для молодежи «Материалы и
энергосберегающие технологии для производства ответственных деталей
высокоэффективных газотурбинных двигателей, промышленных энергетических
силовых установок и приводов» (г. Москва, 2010 г.);
-
Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат – 2012» (г. Москва, 2012 г.);
-
Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат – 2013» (г. Москва, 2013 г.);
-
Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат – 2016» (г. Москва, 2016 г.).
Объем диссертации и её структура. Диссертация содержит 107 страниц текста, 40 рисунков и 14 таблиц. Работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы из 108 наименований.
Влияние коэффициента асимметрии цикла нагружения
Вопросы прочности сооружений уходят своими корнями в глубокое прошлое. С древнейших времен люди строили различные, порой крайне сложные и удивительные сооружения. Знания же о прочности и сопротивлении разрушению материалов и конструкций приобретались ими почти всегда интуитивно и в значительной степени случайно.
Истоки научного подхода к вопросам прочности и разрушения ведут временами эпохи Возрождения и таким личностям, как Леонардо да Винчи (1452—1519) и Галилео Галилей (1564—1642) [1].
Проблема разрушения оказалась исторически первой из поставленных научных проблем сопротивления материалов, а сопротивление разрушению — первой механической характеристикой, предложенной этой наукой.
К сожалению, достижения Леонардо да Винчи остались неизвестными следующим поколениям.
Следующий значительный шаг в развитии науки о прочности и сопротивлении разрушению был сделан более чем через столетие другим великим ученым — Галилео Галилеем. Важнейшим результатом его опытов по разрыву деревянных брусьев является вывод о том, что разрушающая нагрузка растет прямо пропорционально площади поперечного сечения растягиваемого бруса и не зависит от длины бруса.
Первым, кому пришла мысль о том, что твердые тела не совсем твердые, что они реагируют на приложенные к ним силы, был Роберт Гук (1635—1703). В 1676 г. была опубликована работа Гука «Десять изобретений, которые я намерен опубликовать», где под заголовком «Истинная теория упругости и жесткости» стояла анаграмма, которая расшифровывалась как «ut tensio sic vis» —«каково удлинение, такова и сила» [2,3]. Позже выяснилось, что этот закон, описывает только упругое поведение тел, а не поведение любых тел при произвольных нагрузках, как полагал сам Гук. «Современная» форма была придана закону Гука только лет через пятьдесят английским ученым Томасом Юнгом (1773—1829). Вместо абсолютных величин (сила и удлинение) он ввел относительные (напряжение и деформация), и тогда оказалось, что в законе Гука коэффициент пропорциональности — модуль Юнга — является упругой постоянной самого материала, а не конструкции, и характеризует его важнейшее свойство — жесткость [1,3].
Работы Галилея, Гука, Юнга, а также других ученых XVII — XVIII века, изучавших поведение стержней при растяжении, сжатии, изгибе и кручении, подготовили почву для нового скачка в развитии науки о прочности, связанного с трудами знаменитых французских ученых — Луи Навье (1785-1836), Опостена Коши (1789-1857) и Симеона Пуассона (1781 — 1840), создавших классическую теорию упругости [1-4].
Вместо галилеевского принципа расчета по предельному, разрушающему состоянию стал утверждаться новый принцип рабочего состояния. Напряжения в рабочем состоянии каждого элемента предполагалось ограничить допустимыми, т. е. такими, «чтобы возникающие в нем изменения не возрастали со временем» [3]. Определение же напряженного состояния каждого кусочка вещества внутри конструкции стало возможно с помощью выведенных Навье и Коши уравнений равновесия. Имя Пуассона обессмертили не только полученные им уравнения равновесия и колебания стержней, но и известный коэффициент Пуассона, входящий наряду с модулем Юнга в паспорт любого упругого материала [2,4]. Через два века экспериментального исследования материалов, человечество в XIX веке усилиями великих инженеров и ученых создало стройную теорию сплошного бездефектного упругого тела и достаточно совершенные экспериментальные методы исследования прочности и сопротивления разрушения.
Развитие механики разрушения связано с естественной необходимостью иметь представление о характере и возможностях начавшегося разрушения. Первым, кто практически использовал предположение, что существует определенная зависимость между нагрузкой и длиной трещины и что разрушение требует определенных затрат энергии и связано с использованием закона сохранения энергии, был сотрудник Авиационного исследовательского центра в Фарнборо А. А. Гриффитс (1893—1963).
Его работы имели революционизирующее значение для всего последующего развития механики разрушения, особенно статья «Явление разрушения и течения твердого тела», которая была им опубликована 26 февраля 1920 г.
Сильное отличие прочности подавляющего большинства реальных твёрдых тел от теоретической А.А. Гриффитс объяснил наличием в них трещин, быть может, и невидимых, но значительно превышающих по размеру межмолекулярные расстояния. Основная заслуга английского учёного состоит в том, что он связал причины развития в теле трещины с процессами накопления и освобождения в нём энергии деформаций. [5]. Роль энергии в процессе хрупкого разрушения состоит, по Гриффитсу, в следующем. Одной концентрации напряжений у вершины трещины мало для того, чтобы трещина разорвала тело. Если не обеспечить подвода достаточной энергии к вершине, то разрушение прекратится [1-5].
Сложные математические вычисления Гриффитса сводятся к следующим формулам зависимости критических нагрузок и размеров дефекта [1,3,5]: Однако проведение расчетов на прочность тел с трещинами по Гриффитсу, исходя из расчета энергии деформаций всего тела, оказывается очень сложным и неудобным в вычислительном отношении. Вот почему до создания Ирвином в 1957 г. силового подхода в механике хрупкого разрушения такие расчеты до конца почти никому не удалось довести. Несмотря на это, Гриффитс ввел очень важное понятие - критическое напряжение. Он рассуждал так: если напряжение, приложенное к телу меньше критического, то трещина не будет развиваться. Если же, повышая напряжение, мы достигнем его критического значения, трещина начнет развиваться, притом неустойчиво, и тело разрушится.
Понятие критического напряжения, введенное Гриффитсом, весьма ценно. Ведь оно связано с началом развития трещины и служит важнейшей характеристикой сопротивления материала росту трещины. Однако одной этой характеристики явно недостаточно для понимания начавшегося процесса разрушения.
Влияние структуры на скорость роста трещины усталости
Структура и фазовый состав титановых сплавов оказывает влияние на механические свойства и распространение трещин усталости [13,17,19,28,31-41]. Исследователями в работе [17] показано, что на 1 стадии роста трещины влияние структуры существенно, причем для пластинчатой структуры результаты несколько выше, чем у глобулярно-пластинчатой. В тоже время при переходе ко второй стадии роста трещины при положительных коэффициентах асимметрии цикла влияние структуры практически нивелируется.
В работах [28-30] для интерметаллидных титановых сплавов на основе системы Ti-Al-Nb показано существенное влияние на механические свойства и СРТУ при переходе от пластинчато-глобулярной структуры к глобулярной.
В работе [39] отмечено, что для псевдо-а- титановых сплавов структура оказывает заметное влияние на механические характеристики. Так, например, для достижения наибольшей жаропрочности сплава ВТ41, морфология ос-фазы должна быть пластинчатой. Это достигается путем деформации в однофазной 0-области. В итоге, фазовый состав сплава представлен а- и р- фазами, а также -частицами высокотемпературных силицидов. Для повышения усталостных характеристик сплава ВТ41, необходимо обеспечить мелкозернистую структуру материала. Структурно-фазовый состав сплава ВТ41 после термомеханической и термической обработки в (ос+Р)-области представлен первичной а-фазой, вторичной а-фазой, низкотемпературными силицидами и ос2-фазой и представляет собой переходный тип структур между глобулярной и пластинчатой (т.н. глобулярно-пластинчатая микроструктура). Однако, выделение дисперсных частиц силицидов происходит преимущественно по границам раздела фаз, что теоретически должно снижать характеристики трещиностойкости. Наличие ос2 фазы также должно способствать снижению этих характеристик. Из изложенного выше следует предположить, что поковки из сплава ВТ41 после Р-деформации должны обладать более высокими характеристиками трещиностойкости по сравнению с поковками, изготовленными в (ос+Р)-области, что связано с различием типов структуры и фазового состава материала.
На основании проведенного анализа литературных данных по влиянию различных факторов на характеристики СРТУ можно сделать следующие выводы: 1. Трещиностойкость является одной из основных расчетных характеристик, определяемых ресурс и надежность наиболее ответственных деталей двигателя. В реальных условиях полета элементы конструкции испытывают различные виды температурно-силовых воздействий, что в конечном итоге и определяет живучесть конструкции. 2. На сегодняшний день в отечественной практике фактически нет данных о влиянии температуры эксплуатации и других параметров испытания, таких как частота нагружения, коэффициент асимметрии цикла нагружения, а также о влиянии структурно-фазового состояния на показатели СРТУ жаропрочных титановых сплавов. 3. В зарубежной практике таким исследованиям придается достаточно большое значение. Чаще всего встречаются исследования, проведенные для сплавов Ti-6Al-4V (аналог ВТ6), IMI-834 и Ti-1100 (аналог ВТ18У, ВТ41), Ti-6-2-4-2 (аналог ВТ8-1), сплавы системы Ti-Al-Nb (аналог ВИТ1, ВТИ4). Однако эти исследования не носят системный характер и посвящены развитию трещины на разных стадиях, что не позволяет их объединить и сделать однозначный вывод о влиянии тех или иных параметров на характеристики СРТУ жаропрочных титановых сплавов. 4. Наибольшее влияние на характеристики СРТУ оказывают изменение температуры испытания и коэффициента асимметрии цикла нагружения, при этом с увеличением коэффициента асимметрии характеристики СРТУ, как правило, снижаются, но однозначного вывода о влиянии температуры сделать нельзя, поскольку увеличение температуры может вызываь как снижения или увеличения характеристик. 5. Частота нагружения также неоднозначно влияет на изменение характеристик СРТУ. 6. Существенное влияние на характеристики СРТУ оказывает структурное состояние и фазовый состав сплава.
Проанализировав изложенное выше, становится очевидным, что исследование влияния различных факторов и параметров нагружения - частота, форма цикла нагружения, ассиметрия цикла, температура - являются актуальной задачей, определяющей в конечном итоге на сегодняшний день безопасность полета. Поскольку титановые сплавы на сегодняшний день занимают до 40% материалов в конструкции авиационных газотурбинных двигателей [30,42-47], и их применение, за счет создания новых сплавов, расширяется [44,45,48-62], то особое внимание при исследовании следует уделять новым жаропрочным титановым сплавам, которые представляют интерес для конструкторов [40,42,45,50-52,63-68]. На сегодняшний день в России для современных перспективных авиационных двигателей применяются жаропрочные титановые – 28 – сплавы разных классов: псевдо-, (+), а также интерметаллидные [44,45,50-52,63,64,69-70]. В связи с этим целесообразно для выявления возможных общих закономерностей для жаропрочных титановых сплавов проводить исследование на сплавах разных классов. Одним из наиболее применяемых жаропрочных титановых сплавов является сплав класса (+) ВТ8-1: диск 1-4 ступени КВД в двигателе ПД-14, рабочие лопатки и блиски компрессора в двигателе ВК2500М. Наиболее перспективными являются псевдо- титановый сплав ВТ41 и интерметаллидный сплав ВИТ1, которые выбраны для двигателей ВК2500М и изделие «30» [42-45,48,50-52,63,64,70-72]
Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является выявление закономерностей изменения характеристик СРТУ в зависимости от параметров нагружения, структурного состояния и фазового состава жаропрочных титановых сплавов, в т.ч. интерметаллидных.
Исследование структуры жаропрочных титановых сплавов
Для более полного изучения влияния структурно-фазового состава на характеристики СРТУ были выбраны титановые сплавы различных классов: псевдо-а, (а+3) и интерметаллидный. Кроме того, псевдо-а и интерметаллидный сплав были исследованы с двумя разными типами микроструктур.
Исследование интеметаллидного сплава ВИТ1 Для введения легирующих элементов (в том числе тугоплавких) использовали специальные лигатуры с температурами плавления близкими к температуре плавления титана и обеспечивающие качественное формирование однородного химического состава. Дополнительным ограничением по выбору легирующих элементов и лигатур являлось содержание примесей внедрения (особенно кислорода), которые крайне негативно сказываются на технологической пластичности интерметаллидных титановых сплавов. Для этого перед прессованием производилась просушка титановой губки в электрических печах по режиму: температура 180-200С, выдержка в течение 3-4 ч, охлаждение на воздухе.
Прессование расходуемых электродов диаметром 0 70 мм и высотой 450 мм проводили на вертикальном гидравлическом прессе (ПМ5), при удельных давлениях 180-220 кг/см2 (по манометру) методом непрерывного прессования в конусную матрицу.
Выплавку прессованных электродов и слитков проводили в вакуумной дуговой печи ВД7 методом трехкратного переплава с последовательным переворачиванием слитка перед каждой плавкой («короной» вниз). На третьем переплаве не допускалось прерывание плавки, т.к. в результате этого нарушается монолитность слитка из-за образования пор.
Плавку прессованных электродов и слитков осуществляли от источников постоянного тока, обеспечивающих напряжение на дуге 22-35 В и силу тока 2,0-3,7 кА, остаточное давление в камере печи не превышало 0,66 Па (5 10 3 мм. рт. ст.) В конце каждой плавки ток дуги в течение 7-9 мин плавно снижали с целью уменьшения глубины усадочной раковины [97,98]. После окончания плавки выплавленный слиток охлаждали в плавильной печи. Продолжительность охлаждения слитков составила 2,5-3 ч. Слитки после 3-го переплава (25 кг) не имели непроплавов и темной поверхности по образующей.
Для удаления литейных дефектов слитки механически обрабатывались на токарных станках. После механической обработки и удаления усадочной раковины, полученные слитки имели размеры 0(145-150) х (200-240) мм и вес примерно 17,5-21,8 кг.
Для изготовления деформированных полуфабрикатов использовали обточенные литые заготовки с соотношением высота/диаметр = 1,5-1,8, которые предварительно покрывали эмалями ЭВТ-24 и ЭВТ-100 (в соответствии с ПИ 1.2А.268-99), с целью защиты заготовок от окисления, подхолаживания и снижения усилий прессования.
Литые заготовки подвергались свободной ковке на промежуточные заготовки и последующей изотермической штамповке. Заготовки были разделены на две партии и подвергнуты двум вариантам термообработки: 1 - нагрев до температуры 850С, выдержка 6 часов, охлаждение на воздухе получена однородная макроструктура 1-2 балла по 10 балльной шкале ФГУП «ВИАМ». Фон макроструктуры матовый. В продольном направлении видны волокна, ориентированные вдоль направления течения металла при штамповке. Полученная макроструктура имеет название глобулярной структуры; 2 - стандартная упрочняющая термическая обработка - нагрев до температуры 10500С, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе, нагрев до температуры 8500С, выдержка 6 часов, охлаждение на воздухе получена рекристаллизованная макроструктура 3-4 балла по 10 балльной шкале ФГУП «ВИАМ». В продольном направлении заготовки сохраняется ориентация зерен в направлении течения металла. Полученная макроструктура имеет название пластинчато- глобулярной структуры.
Были проведены электронномикроскопические исследования структуры сплава ВИТ1. Структура, полученная при изучении образца после ТО №1, имеет «глобулярный» вид с размером «глобуля» от 0,5 до 6мкм (рисунок13 а,б). Под «глобулем» в данном случае нужно понимать кристаллографически разориентированные участки орто-фазы в -превращенном зерне. Дифракционная картина от участка с такой структурой соответствует ОЦК-матрице (рисунок15), которая, по-видимому, представляет собой твердый раствор на основе интерметаллида Ti2AlNb с ромбической структурой. Кроме того, наблюдаются отдельные крупные частицы (1-1,5мкм) (рисунок 14 а,б), имеющие упорядоченное внутреннее строение. Дифракционные исследования этих частиц показали, что они имеют решетку с отличным от орто -фазы периодом, об упорядочении свидетельствует наличие на электронограммах сверхструктурных рефлексов (рисунок 15). Наблюдаемое упорядоченное состояние с кубической решеткой соответствует, по-видимому, упорядочению -фазы по типу В2 [99].
Сопоставление результатов испытаний для жаропрочных титановых сплавов разных классов
При температуре 20С и R=0,1 линейные участки для глобулярно-пластинчатой и пластинчатой структур начинаются при близких значениях К, однако СРТУ для пластинчатой структуры на половину порядка ниже. Интервал К линейного участка в два раза больше у пластинчатой структуры. В целом, линейный участок для пластинчатой структуры находится в области более высоких (в 1,5 раза) значений КИН. При К, соответствующем окончанию линейного участка глобулярно-пластинчатой структуры, СРТУ для пластинчатой структуры ниже на два порядка. Тангенс угла наклона у пластинчатой структуры в 1,42 меньше, чем у глобулярно-пластинчатой.
При температуре 600С интервалы К для обеих типов структур близки (разница 18%), но линейный участок для пластинчатой структуры находиться в области несколько более высоких (на 30%) значений К. Для пластинчатой структуры СРТУ ниже приблизительно на половину порядка. Тангенс угла наклона для пластинчатой структуры в 1,45 раза меньше, чем для глобулярно-пластинчатой.
Сплав ВТ41 с пластинчатой структурой при температурах испытания 20 и 600С характеризуется более низкой скоростью роста трещины усталости, при более высоких значениях К чем сплав ВТ41 с глобулярно-пластинчатой структурой. Тангенс угла наклона у пластинчатой структуры в 1,45 раза меньше, чем у глобулярно-пластинчатой. Преимущество пластинчатой структуры наиболее значительно при комнатной температуре. Разность величин скорости роста трещины усталости материала с двумя типами структуры обусловлена в первую очередь различием размеров Р-зерна. Увеличению скорости роста трещины усталости материала с глобулярно-пластинчатой структурой способствуют дисперсные выделения силицидов по межфазным границам, образованные в результате двойного отжига, а также наличие фазы Ті3А1. При температуре испытаний 600С происходит разупрочнение а-твердого раствора, сопровождающееся повышением пластичности для материала с глобулярно-пластинчатой структурой. Это приводит к уменьшению разности величин СРТУ сплава ВТ41 с различными типами структур при высокой температуре.
Графически изменение параметров циклической трещиностойкости приведены на рисунке 34 (а-г)
При температуре 200С линейные участки практически параллельны в достаточно коротком интервале К, при этом для глобулярной микроструктуры СРТУ несколько выше (почти в два раза), чем для пластинчато - глобулярной микроструктуры. Реализация КДУР в интервале относительно низких значений К =1013,5 [МПамм1/2] обусловлена присутствием в глобулярно-пластинчатой структуре мало пластичной «альфа-2»-фазы которая может служить источником концентрации напряжений на границах первичных зерен или субзерен. При повышении температуры испытаний до 6000С образцы с глобулярно пластинчатой структурой в интервале К = 10-20 МПа м1/2 также имеют меньшие значения СРТУ, чем с глобулярной микроструктурой, однако при значениях К 20 МПа м1/2 преимущества глобулярной микроструктуры по значениям СРТУ более значительны, т.к. при этой температуре тангенс угла наклона линейного участка для глобулярно-пластинчатой микроструктуры в 2 раза больше. Испытания при температуре 650 0С показали, что линейный участок для глобулярной структуры заканчивается в области несколько более низких значений КИН (на 30%), при этом тангенс угла наклона в 1,5 больше, образцы с глобулярно-пластичатой-микроструктурой также имеют более низкие СРТУ при значениях К 20 МПа м1/2, чем у образцов со глобулярной структурой, что является несколько странным. По видимому, такая зависимость в значениях СРТУ для глобулярно-пластинчатой структуры возможно обусловлена двумя факторами - уменьшением влияния «альфа-2»-фазы как концентратора напряжений за счет релаксации напряжений при повышенной температуре и возможным исчезновением её в структуре при этой температуре. Последнее предположение могло бы подтвердиться идентификацией этой фазы при температуре испытаний. Графически изменение параметров циклической трещиностойкости приведены на рисунке 35 (а-г). - 81
Для сравнения результатов для сплавов разных классов помимо представления данных в таблицах 10 - 12 для наглядности на диаграмму были нанесены точки (рисунок 36), соответствующие концам линейных участков, поскольку они являются критическими, ограничивающими ресурс. Соответственно, чем больший размах КИН и меньшая СРТУ соответствуют этой точке, тем выше циклическая трещиностойкость материала.
Наиболее обширное сравнение результатов испытаний для сплавов ВТ41, ВИТ1 и ВТ8-1 можно провести при комнатной температуре, частоте 15 Гц и R=0,1, т.к. все из перечисленных сплавов были испытаны при этой температуре. Наилучшие результаты при этих условиях демонстрирует сплав ВТ41 с пластинчатой структурой (К=56,9 МПа м1/2), самые низкие результаты у сплава ВИТ1, причем размах КИН для обеих микроструктур близки (для глобулярно-пластинчатой К=14,5 МПа м1/2, для глобулярной К=15,8 МПа м1/2), но при этом СРТУ в 4 раза ниже у пластинчато-глобулярной структуры. У сплава ВТ8-1 и ВТ41 с глобулярно-пластинчатой структурой также близкие значения размахов КИН, соответствующих концам линейных участков (для ВТ8-1 К=33 МПа м1/2, для ВТ41 К=34,7 МПа м1/2), но у ВТ8-1 СРТУ на порядок ниже, чем у ВТ41 с глобулярно-пластинчатой структурой.