Влияние структурных факторов на трещиностойкость титановых сплавов ВТ20 и ОТ4

• Автор: Мельников, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 141 с. : ил

Аннотация
В диссертации рассмотрены вопросы влияния структурных факторов на трещиностойкость титановых сплавов ВТ20 и ОТ4.
Цель работы. Исследовать влияние структурных факторов на трещиностойкость конструкционных титановых сплавов ВТ20 и ОТ4 при внецентренном растяжении в условиях статического нагружения на образцах нестандартной геометрии, вырезанных из реального листового полуфабриката.
Научная новизна работы: предложен и экспериментально обоснован новый способ определения вязкости разрушения методом акустической эмиссии на образцах нестандартной геометрии, вырезанных из реального листового полуфабриката;
предложен, исследован и научно обоснован метод восстановления и идентификации сигналов акустической эмиссии при внецентренном растяжении образцов с трещиной;
Практическая значимость работы: разработана специальная оснастка к установке ИМАШ 20-75 для проведения испытаний на внецентренное растяжение образцов нестандартной геометрии в лабораторных условиях;
создан оригинальный . аппаратно-программный комплекс, для непрерывного сбора, обработки и анализа АЭ информации, а так же разработано программное обеспечение, для расчета момента страгивания трещин при испытании образцов на внецентренное растяжение;' впервые получены экспериментальные данные по вязкости разрушения в зависимости от структурных факторов, на образцах нестандартной геометрии, вырезанных из реального листового полуфабриката.
Достоверность результатов подтверждена экспериментальными данными, полученными при испытании образцов с трещиной в условиях статического разрушения.
Личный вклад автора заключен в непосредственном участии при разработке оборудования, методик, а также планировании, проведения экспериментов и анализе их результатов.
Апробация работы. Результаты работы прошли апробацию: на конференции «МЕ80'2001», Томск, 2001; Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении, Пенза, 2002 г; Вестнике АГУ «Естественные и экономические науки». Благовещенск. 2002 г; Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических
материалов». Хабаровск, 2003 г; Дальневосточном информационном форуме «Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов». Хабаровск, 2003 г.
Реализация результатов работы Результаты диссертационной работы, полученные на кафедре «Материаловедения и технологии новых материалов» КнАГТУ в период 1999 - 2003 г., включены в учебный процесс, используются при чтении лекций специальных разделов и проведении практических занятий по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
Публикации результатов диссертационной работы осуществлены в десяти научных статьях и докладах.
Работа содержит 120 листов текста, 38 рисунков, 7 таблиц, 126 библиографических источников, 2 приложения, всего 141страница.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение обосновывает актуальность выбранной темы и дает представление о целях и задачах, которые раскрываются в диссертационной работе.
В первой главе рассматриваются вопросы особенностей механизмов зарождения, развития и распространения трещин в конструкционных сплавах марок ВТ20 и ОТ4. По результатам обзора литературных источником приведены данные о влиянии различных факторов на трещиностойкость титановых сплавов. Сделан ряд выводов по данному вопросу.
Во второй главе описывается метод акустической эмиссии как инструмент для анализа процессов пластической деформации и разрушения в материалах. Приведены информационные возможности метода. По обзору литературных источников определены возможности метода в отношении анализа процессов трещинообразования.
В третьей главе описывается экспериментальная установка, оборудование, оснастка и условия проведения экспериментов.
В четвертой главе описывается методика определения вязкости разрушения с применением метода акустической эмиссии.
В пятой главе приводятся экспериментальные данные и анализ результатов.
В приложениях представлены:
Приложение А. Механические и акустические образы испытаний.
Приложение Б. Акты о внедрении результатов работы.

Содержание

.ц Введение
Глава 1. Процессы развития разрушения в титановых
сплавах
1.1. Классификация титановых сплавов по уровню прочности
1.2. Механические свойства титана и его сплавов
1.3. Механизмы зарождения, распространения и торможения
трещин в титановых сплавах
1.4. Вязкость разрушения титана
1.5. Влияние примесей натрещиностойкость титановых сплавов
1.6. Анизотропия вязкости разрушения титана
^ 1.7. Влияние структуры на трещиностойкость титана
1.8. Основные выводы
Глава 2. Акустическая эмиссия (АЭ) в практике испытания
металлов
2.1. Основные положения метода акустической эмиссии
2.2. Основные информативные параметры метода АЭ
2.3. Акустическая эмиссия при пластической деформации
2.4. Использование метода АЭ при исследовании вязкости
разрушения
р 2.4.1. Использование метода АЭ для определения момента
страгивания трещины
2.4.2. Использование метода АЭ для определения величины
скачка трещины
2.5. Основные выводы
Глава 3. Экспериментальная установка для исследования
материалов на вязкость разрушения с использованием метода АЭ
Г • Г
3.1. Универсальная базовая установка ИМАШ
3.1.1. Основные параметры и конструкция установки
» 3.1.2. Устройство для измерения нагрузки и перемещения
активных захватов
3.2. Адаптация установки ИМАШ 20-75 для проведения
испытаний на внецентренное растяжение

Рис. 2.2. Условные зависимости нагрузки и скорости счета от времени эксперимента образцов из стали 40 при испытании на ВР
Начиная с некоторого момента скорость счета достигала максимума, а затем монотонно уменьшалась. Скачек трещины произошел на стадии снижении скорости счета, при этом показано, что скорость счета АЭ формируется процессами пластического деформирования устья трещины, а скачки трещины отражают дискретные АЭ которые, обладают большой энергией. В работе [44] представлены результаты исследования ХТ конструкционной стали 90Г2С при развитии в ней трещин нормального и поперечного сдвига. При этом установлена линейная зависимость между механической энергией деформирования и АЭ энергией. Ишикава и Ким [35] вычислили приращение высвободившейся акустической энергии при различных перемещениях для образцов с различной длиной трещины. С этой целью они проинтегрировали численно площадь под диаграммой «нагрузка-смещение». Затем построили изменение 1-интеграла и его акустический аналог на одном графике, авторы продемонстрировали тождественность кривых. По мнению авторов, обнаруженное соответствие объясняется существованием