Прогнозирование усталостных свойств титановых сплавов на основе анализа закономерностей их разрушения при динамических испытаниях

• Автор: Воздвиженский, Илья Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Структура титановых сплавов и ее влияние на механические свойства

1.2 Механизмы зарождения и развития трещин в титановых сплавах

1.3 Взаимосвязь структуры с процессами разрушения титановых сплавов

1.4 Возможности фрактографии при сочетании оптической и

электронной микроскопии

' 1.5 Фрактография титановых сплавов

1.6 Термоводородная обработка как способ управления структурой

литых титановых сплавов

1.7 Методы прогноза предела выносливости титановых сплавов

1.8 Заключение по литературному вопросу и постановка задачи

исследования
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы исследования
} 2.3 Методы статистической обработки данных
Глава 3. Результаты макрофрактографических исследований
3.1 Анализ и классификация структур исследованных образцов
3.2 Закономерности формирования излома образцов для испытаний
на ударную вязкость
3.3 Морфология изломов образцов для испытаний на предел выносливости
3.4 Обобщение закономерностей формирования излома образцов для
испытаний на ударную вязкость и образцов для испытаний на
предел выносливости
3.5 Количественная оценка элементов морфологии изломов образцов
для испытаний на ударную вязкость
3.6 Выводы по главе
Глава 4. Результаты микрофрактографических исследований
4.1 Микрофрактография изломов образцов после испытаний
на ударную вязкость
4.2 Микрофрактография зоны роста трещины на образцах после испытаний
на предел выносливости
4.3 Микрофрактография зоны долома образцов после испытаний
на предел выносливости
4.4 Разработка методики количественной оценки элементов
микроморфологии изломов
4.5 Выводы по главе
Глава 5. Статистический анализ количественных характеристик
изломов и прогноз механических свойств титановых сплавов
5.1 Анализ взаимосвязи механических свойств и элементов морфологии
изломов образцов для испытаний на ударную вязкость
5.2 Корреляционный анализ характеристик микроморфологии изломов
5.3 Выбор факторов для регрессионных моделей
5.4 Прогноз механических свойств
5.5 Сравнительный анализ различных способов прогноза
предела выносливости титановых сплавов
5.6 Выводы по главе
Выводы по работе
Список литературы
Приложение
Актуальность проблемы.
Титановые сплавы в литом состоянии имеют сравнительно низкий уровень прочностных и усталостных свойств, что обусловлено в основном их крупнопластинчатой структурой. До недавнего времени не существовало эффективных способов преобразования грубой пластинчатой структуры фасонных отливок в структуру, которая бы обеспечила высокий уровень механических свойств, характерный для аналогичного сплава в деформированном состоянии. Успешное освоение водородной технологии титановых сплавов позволило разработать технологические режимы обработки фасонных отливок, создающие в них структуру, по характеристикам сопоставимую с изделиями из деформированных полуфабрикатов. Соответственно, комплекс свойств литых изделий после подобной обработки становится сопоставим с деформированным состоянием.
Одной из важнейших характеристик литых изделий из титановых сплавов является их сопротивление усталости. В настоящее время для определения этой характеристики 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 титановых сплавов статистически прогнозируются лишь в частных случаях, например, в рамках одного сплава и одной термической обработки; для литых титановых сплавов ситуация аналогична. Кроме того, исследований взаимосвязи микроструктуры и свойств для фасонных отливок выполнено крайне мало. Опубликованные исследования взаимосвязи микроструктуры и механических свойств с морфологией изломов литейных титановых сплавов в большинстве случаев дают только качественные оценки.

с учетом ее уменьшения при легировании сплава водородом. Старение осуществляют при температурах /ст = 400-450 °С в течение времени твст в воздушных печах или в вакуумной печи непосредственно перед окончательным вакуумным отжигом при температуре /в0 длительностью тв. Эта схема позволяет не только получить однородную дисперсную структуру, но и провести гетерогенизацию структуры даже однофазных сплавов.
Схема 3 основана на эвтектоидном распаде наводороженной р-фазы (Р -> сц+у) в режиме термоциклирования, что позволяет накопить достаточно большое количество дефектов кристаллического строения. Высокая плотность дефектов интенсифицирует гетерогенный распад р-фазы и рекристаллизацию фазово-наклепанного металла. Верхняя температура термоциклирования выбирается несколько выше температуры окончания обратного эвтектоидного превращения, а нижняя - ниже температуры окончания прямого эвтектоидного превращения. При обработке по этой схеме концентрация водорода должна быть максимально возможной, а скорости нагрева и охлаждения при термоциклировании достаточными для реализации прямого и обратного эвтектоидного превращения. ТВО по этой схеме также завершается вакуумным отжигом, температура которого не должна быть слишком высокой во избежание роста зерна.
Схема 4 основана на термоциклической обработке, включающей многократное протекание прямого и обратного мартенситного превращения р <-> а'. Верхняя температура цикла должна быть несколько выше точки Ас3 для наводороженного сплава, а скорость охлаждения V0 до комнатной температуры соответствовать первой критической. Скорость нагрева Упшх должна быть достаточно большой. Термоциклическая обработка по описанной схеме позволяет накопить большое количество дефектов кристаллического строения для интенсификации распада метастабильных фаз по гетерогенному механизму и даже вызвать рекристаллизацию, обусловленную внутрифазным наклепом. Этот способ реализуется только при (Р <-> а')-превращениях, что обусловлено генерированием