Механическое поведение слоистого материала из титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении

• Автор: Саркеева, Айгуль Анваровна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Обзор литературы
1.1 Полая лопатка вентилятора авиадвигателя: ее конструкция и технологическая схема изготовления
1.2 Природа образования соединения металлических материалов в твердом состоянии
1.3 Характеристики процесса сварки давлением. Сверхпластичность и твердофазное соединение титановых сплавов
1.4 Особенности микроструктуры зоны соединений, полученных сваркой давлением. Методы контроля качества твердофазных соединений
1.5 Влияние различных факторов на ударную вязкость
1.6 Особенности слоистых материалов. Механическое поведение слоистых материалов при ударном нагружении
1.7 Постановка задачи исследования
Глава 2 Материал и методики исследований
2.1 Выбор материала и характеристика
2.2 Методика изготовления слоистого материала
2.3 Электронно-микроскопические исследования
2.4 Механические испытания
2.4.1 Испытания на ударный изгиб
2.4.2 Испытания на сдвиг
2.4.3 Испытания на растяжение
2.4.4 Методика определения микротвердости
2.4.5 Рентгенографические исследования
Глава 3 Механические свойства слоистого материала

3.1 Влияние расположения поверхностей соединения относительно направления действующей нагрузки на характеристики ударного разрушения слоистого материала
3.2 Влияние пор в зоне ТФС на механические характеристики слоистого материала
3.3 Выводы
Глава 4 Влияние структуры на механическое поведение слоистого материала в условиях ударного нагружения
4.1 Влияние структуры титанового сплава ВТ6 на характеристики ударного разрушения
4.2 Механическое поведение при ударном нагружении слоистого материала, состоящего из заготовок с разной структурой
4.3 Анизотропия ударной вязкости слоистого материала
4.4 Выводы
Г лава 5 Примеры изготовления многослойных конструкций из титанового сплава ВТ
5.1 Влияние количества слоев на ударную вязкость слоистых материалов
5.2 Примеры многослойных конструкций
Общие выводы
Список литературы

Введение
Важное место среди современных конструкционных материалов занимают титановые сплавы. Сплавы типа ВТ6 (Ть6А1-4У) благодаря комплексу полезных свойств широко используются для изготовления многослойных полых конструкций методами сварки давлением (СД) и сверхпластической формовки (СПФ). В целом, создавая изделие в виде многослойной конструкции, появляются дополнительные возможности улучшения его свойств.
В процессе эксплуатации многослойные конструкции подвергаются воздействию ударных нагрузок, в результате которых могут произойти значительные повреждения. Например, в результате случайного попадания в вентилятор авиадвигателя посторонних предметов: камней, птиц, - может произойти разрушение полой лопатки вентилятора и обрыв. Для ряда изделий, например головки клюшки для игры в гольф, изготавливаемой также в виде многослойной конструкции, действие ударной нагрузки носит не случайный характер. Повреждения и разрушение многослойных конструкций могут привести к серьезным авариям и материальным потерям. В этой связи крайне важной является информация о поведении материала многослойных конструкций при действии ударных нагрузок для обеспечения их долговечности и надежности, которые определяются главным образом сопротивлением материала развитию трещин. Механическое поведение материала таких конструкций рационально изучать на более простых объектах, в качестве которых можно использовать образцы из слоистого материала.
Существенное отличие между слоистым и монолитным материалами заключается в присутствии в первом материале поверхностей твердофазного соединения (ТФС) большой протяженности. В литературе принято выделять три основных вида расположения поверхностей соединения относительно направления действующей нагрузки: когда трещина распространяется

а2=у(ох + огу) (1.3)
где V - коэффициент Пуассона.
Уменьшение степени трехосности и установление плосконапряженного состояния возможно в тонких сечениях, где с2 = 0. Одна из возможностей уменьшения степени трехосности напряженного состояния в области у вершины трещины заключается в создании внутренней «свободной» поверхности, перпендикулярной направлению распространения трещины. Это можно реализовать, намеренно создав «слабые» поверхности раздела, перпендикулярные ожидаемому направлению роста трещины. По таким поверхностям раздела трещина может отклониться от распространения в магистральном направлении под действием напряжения впереди у вершины трещины, т.е. могут образовываться расслоения. Кроме уменьшения трехосности напряжений в области вершины трещины за счет создания внутренней свободной поверхности, трещина при достижении свободной поверхности не только отклоняется от своего магистрального направления, но и притупляется.
Известно [101], что характер напряженного состояния влияет на радиус пластической зоны, окаймляющей край трещины. Радиус пластической зоны определяет глубину пластически деформированной поверхности разрушения, а потому и энергоемкость разрушения. Как следует из формул 1.1 и 1.2, при переходе от плоскодеформированного к плосконапряженному состоянию радиус пластической зоны увеличивается в три раза. Следовательно, во столько же раз должна увеличиваться энергия, поглощаемая при разрушении материала. Причем при появлении расслоений энергоемкость процесса должна быть еще более высокой, поскольку их появление резко увеличивает поверхность разрушения, а следовательно и затраты энергии на ее формирование.
Исходя из вышесказанного, следует, что определяющее влияние на механическое поведение слоистого материала оказывает как расположение поверхностей соединения относительно направления действующей нагрузки, так и состояние самих соединений, что определяет возможность образования расслоений в процессе ударного разрушения.