Введение к работе
Актуальность темы.
Несмотря на то, что основные закономерности влияния водорода на механические свойства титановых сплавов установлены, до сих пор нет надежных критериев, позволяющих оценить условия, исключающие разрушение реальных деталей и изделий, обусловленное водородом, а проблема борьбы с этим явлением по-прежнему остается актуальной.
Применительно к конструкциям ответственного назначения, т.е. в условиях малого запаса прочности и достаточной гарантии надежности, решение проблемы предотвращения водородной хрупкости связано, по крайней мере, с тремя обстоятельствами:
-
Наличием трещиноподобных дефектов в сочетании с наложением потенциальных нолей, внутри которых возможны опасные водородные сегрегации.
-
Особой чувствительностью титановых сплавов к водороду и многообразием форм проявления водородной хрупкости.
-
Ограниченным количеством экспериментальных данных по влиянию водорода на вязкость разрушения и скорость роста трещин (СРТ) в титановых сплавах.
В соответствии с изложенным актуальными представляются исследования по установлению общих закономерностей влияния водорода на трещиностойкость титановых сплавов и обоснование физических критериев склонности их к водородной хрупкости, с помощью которых можно осуществлять выбор конкретных сплавов для изделий и прогнозировать их работоспособность в условиях эксплуатации, по-
тенциально не исключающих развитие водородной хрупкости.
Цель работы состояла в исследовании основных закономерноснос-тей влияния водорода на характеристики надежности и ресурса титановых сплавов (вязкость разрушения, циклическую трещиностой-кость, кинетику роста трещин и т.д.), уточнение микромеханизмов разрушения в условиях водородной хрупкости и выявлении критериев оценки склонности полуфабрикатов и элементов конструкций к водородной хрупкости.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
-
Экспериментально установить основные закономерности влияния водорода на трещиностойкость конструкционных титановых сплавов в различных условиях нагружения.
-
Выявить основные микромеханизмы развития трещин в титановых сплавах в условиях водородной хрупкости.
-
Уточнить критерии оценки склонности титановых сплавов к водо -родной хрупкости при испытаниях на трещиностойкость.
-
На основании выявленных закономерностей разработать методический подход к оценке риска водородных разрушений и надежности конструкций из титановых сплавов, содержащих дефекты и подвергнутых сложному механическому воздействию в условиях, не исключающих развитие водородной хрупкости.
Научная новизна. 1) Уточнены основные закономерности влияния водорода на вязкость разрушения разных полуфабрикатов из титановых сплавов в зависимости от типа механических испытаний ( кратковременные.
длительные, циклические ).
-
Для отечественных сплавов псевдо - а - класса установлены ос -новные особенности влияния водорода на СРТ, порог страгивания трещин в титановых сплавах; определено влияние водорода на константы в уравнении Пэриса.
-
На основе специальных исследований предложена физическая модель докритического роста водородных трещин в титановых сплавах при циклическом нагружении с учетом влияния водорода на локализацию пластического течения в вершине острой трещины.
4) С учетом опубликованных данных и собственных исследований соискателя уточнены критерии, позволяющие оценить работоспособность элементов титановых конструкций с трещиноподобными дефектами в условиях частичного или полного развития водородной хрупкости и приведены практические примеры расчетов надежности с помощью этих критериев.
Практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют металлофизичсские представления о природе водородной хрупкости титановых сплавов и вносят определенный вклад в создание общей теории водородной хрупкости металлов. Уточненные автором критерии трещиностойкости в условиях водородной хрупкости и методики оценки надежности материалов против водородных разрушений могут быть использованы при выборе сплавов для изделий ответственного назначения, а также в инженерных расчетах в рамках линейной механики разрушения.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на:
1. 1-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность оборудования, производств и автоматизированных систем в химических отраслях промышленности" (г.Уфа, 1987); 2. Научно-технической конференции "Проблемы синергетики" (г.Уфа,1989); 3. Всесоюзном симпозиуме "Синергетика-новые технологии получения и свойства металлических материалов" (г.Москва, 1991); 4. Всесоюзная конференция "Взаимодействие дефектов кристаллической решетки и свойства металлов и сплавов" (г.Тула,1989): 5. Всесоюзная конференция "Текстура и рекристаллизация металлов" (г. Уфа, 1987); 6. Научно-технических конференциях МАТИ (1985-1994); 7. Международной конференции по разрушению материалов (1993); 8. 1 и П Российской научно-технических конференций "Новые материалы и технологии машиностроения" (1993-1994).
Публикации По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 215 стр. машинописного текста, содержит 95 рисунков, 17 таблиц. Список использованной литературы, включает 133 источника.
