Введение к работе
Актуальность проблемы. Титановые сплавы в литом состоянии имеют сравнительно низкий уровень прочностных и усталостных свойств, что обусловлено в основном их крупнопластинчатой структурой Разработка и внедрение новых технологий обработки титановых сплавов, в частности термоводородной обработки (ТВО), обеспечили широкие возможности преобразования литой структуры без применения пластической деформации ТВО позволяет получать широкий спектр структур в литых изделиях из титановых сплавов всех классов, причем достигаемый комплекс механических свойств может быть не хуже, чем у изделий из деформированных полуфабрикатов
Одной из важнейших характеристик литых изделий из титановых сплавов является их сопротивление усталости В настоящее время для его определения применяют экспериментальные методы, однако они весьма трудоемки и дорогостоящи
В ходе исследований различных полуфабрикатов из титановых сплавов были
установлены качественные и количественные закономерности влияния их
микроструктуры на механические свойства Однако было показано, что усталостные
свойства деформированных полуфабрикатов титановых сплавов статистически
прогнозируются по структуре лишь в частных случаях, например, для одного
сплава Для литых титановых сплавов ситуация аналогична Опубликованные
исследования взаимосвязи микроструктуры и механических свойств с морфологией
изломов титановых сплавов в большинстве случаев дают только качественные
оценки В то же время, морфология поверхности разрушения при механических
испытаниях, как статических, так и динамических, зависит от механизма
разрушения, который определяется структурным состоянием сплава и,
следовательно, имеет прямую связь с механическими свойствами Поэтому
актуальной научной и практической задачей является исследование
закономерностей разрушения и установление их количественной взаимосвязи со
структурой и механическими свойствами титановых сплавов Это позволит
разработать достоверные методы прогнозирования усталостных свойств по
результатам менее трудоемких и дорогих испытаний " f
Целью настоящей работы является установление влияния структуры на закономерности разрушения литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л при динамических испытаниях, и разработка на этой основе методики прогноза их усталостных свойств
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи
исследовать на макро- и микроуровне закономерности разрушения титановых сплавов с разным типом и параметрами структуры, сформировавшейся в результате различных видов обработки, включая термоводородную обработку,
установить взаимосвязь морфологии изломов и механизма разрушения литейных титановых сплавов с их структурой и свойствами,
разработать методику количественной оценки морфологии изломов литейных титановых сплавов после различных динамических испытаний,
установить статистические закономерности, позволяющие прогнозировать предел выносливости титановых сплавов с различной микроструктурой по количественным характеристикам морфологии изломов
Научная новизна работы состоит в следующем
Установлено, что преобразование путем ТВО исходной крупнопластинчатой структуры литых титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л в мелкопластинчатую с сохранением а-оторочки по границам р-зерна приводит к увеличению доли квазифасеточного излома от 5-10% до 40% в изломе образцов после испытаний на ударную вязкость и в зоне долома образцов после испытаний на предел выносливости за счет движения трещины вдоль а-оторочки
Установлено, что устранение а-оторочки в результате преобразования путем ТВО исходной литой структуры сплава ВТ20Л в ультрадисперсную приводит к тому, что продвижение фронта трещины становится нечувствительным к микроструктуре Это увеличивает долю квазифасеточного рельефа в изломе до 90%
Для всех исследованных типов и параметров структур титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л показана идентичность морфологии излома образцов для испытаний на ударную вязкость и зоны долома образцов для испытаний на предел выносливости как на макро-, так и на микроуровне
Показано, что на микроуровне разрушение литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л происходит по механизму образования и слияния микропор независимо от структуры При этом ямка микропластической деформации может быть принята в качестве базового элемента количественного анализа микроморфологии излома титановых сплавов
Установлена статистически достоверная взаимосвязь количественных характеристик морфологии излома литейных титановых сплавов ВТ20Л и ВТ23Л с их пределом выносливости
Практическая значимость работы:
Разработана методика количественной оценки морфологии излома образцов для испытаний на ударную вязкость и зоны долома образцов для испытаний на предел выносливости титановых сплавов, основанная на измерении размеров ямок микропластической деформации трех типов
Разработана методика статистического прогноза предела выносливости литейных титановых сплавов с различной структурой по количественным характеристикам излома образцов для испытаний на ударную вязкость с точностью, сопоставимой с точностью стандартных испытаний на предел выносливости
Результаты работы внедрены в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 150601 «Материаловедение и технология новых материалов» в Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П А Соловьева
Апробация работы. Материалы работы доложены на 9 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе I Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» (Тула, ТГУ, 2004), Международной молодежной научно-технической конференции «Гагаринские чтения» (Москва, «МАТИ»-РГТУ им К Э Циолковского, 2004, 2005, 2006, 2007 г г), Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование и обработка информации в технических системах» (Рыбинск, РГАТА им П А Соловьева, 2004), XII международном симпозиуме «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, МАИ, 2006), Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и
технологии» (Москва, «МАТИ»-РГТУ им К Э Циолковского, «НМТ-2006»), Международной конференции «Ti-2007 в СНГ» (Украина, Ялта, апрель 2007 г)
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 работах Список публикаций приведен в конце автореферата
Объем диссертации, ее структура. Диссертация содержит 124 страницы машинописного текста, 54 рисунка, 16 таблиц Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов и списка литературы из 117 наименований
