Главная
Новости
Статьи
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон





















Яндекс.Метрика

Общие закономерности влияния структуры, на свойства полуфабрикатов


Многообразие структур, которые могут быть получены в деформированных полуфабрикатах из титановых сплавов при изменении технологии деформации и режимов термической обработки, предопределяет возможность изменения в широких пределах их механических свойств. Из обычных свойств, определяемых при испытаниях на растяжение, наиболее чувствительны к структуре пластичность и особенно поперечное сужение. Из анализа многих экспериментальных данных следует, что снижение поперечного сужения для пластинчатой структуры по сравнению с мелкозернистой равноосной структурой может достигать 70—80%, уменьшение относительного удлинения 40—50%, тогда как изменение пределов прочности и текучести не превышает 10—20%.
В отличие от характеристик пластичности, которые при образовании крупнозернистой пластинчатой структуры всегда снижаются, прочностные свойства титановых сплавов иногда остаются неизменными и даже несколько возрастают. Неоднозначно также влияние структуры на ударную вязкость титановых сплавов. Абсолютные изменения этой характеристики при изменении структуры могут быть весьма значительными и достигать 40—50%.
Что касается таких свойств, как усталостные и жаропрочные, а также вязкость разрушения, то во многих исследованиях установлено, что мелкозернистая структура, как правило, превосходит крупнозернистую пластинчатую структуру по пределу выносливости, но уступает ей по длительной прочности, сопротивлению ползучести при повышенных температурах и вязкости разрушения.
В связи с неодинаковым влиянием структуры на различные характеристики механических свойств титановых сплавов на практике приходится учитывать назначение изготавливаемых из них полуфабрикатов с тем, чтобы обеспечивать максимальный уровень именно тех характеристик, которые определяют работоспособность соответствующих деталей в условиях эксплуатации.
Все это лишь в общем виде характеризует влияние структуры на механические свойства титановых сплавов. Для более полной оценки роли структуры в формировании различных свойств титановых сплавов рассмотрим некоторые экспериментальные данные.
Одно из первых систематических исследований, посвященных установлению взаимосвязи между структурой и комплексом различных механических свойств титановых сплавов, выполнено на а+в-титановом сплаве ВТ8. Характерные для исследованных в работе полуфабрикатов из этого става структуры аналогичны приведенным на рис 25, б, а ниже даны механические свойства, соответствующие им:

Эти данные показывают, что наиболее низкие значения прочностных и особенно пластических свойств сплава ВТ8 получены при образовании структуры 7—9-го типов, т. е. крупнозернистой пластинчатой структуры.
Ударная вязкость для всех исследованных структур практически одинакова и равна примерно 4 кгс*м/см2.
Ниже приведены значения жаропрочности и усталостной прочности сплава ВТ8 в зависимости от структуры:

Приведенные данные свидетельству ют о том, что наибольшую длительную прочность (о100 = 62 кгс/мм2) имели образцы с микроструктурой 4—5-го типов, т. е. с мелкозернистой пластинчатой структурой. Несколько более низкой длительной прочностью (58 кгс/мм2) обладали образцы с пластинчатой структурой 7-го типа и самой низкой (52 кгс/мм2) — образцы с мелкозернистой равноосной структурой. Образцы с мелкозернистой равноосной структурой отличались также и значительно меньшим сопротивлением ползучести.
При испытании на выносливость гладких и надрезанных образцов было обнаружено существенное преимущество мелкозернистой микроструктуры по сравнению с крупнозернистой. Предел выносливости гладких образцов с мелкозернистой равноосной структурой при 20 и 500° С равен 54 и 50 кгс/мм2, образцов с мелкозернистой пластинчатой структурой 53 и 47 кгс/мм2, а образцов с крупнозернистой пластинчатой структурой 48 и 40 кгс/мм2. Примерно такая же разница в пределе выносливости надрезанных образцов с тремя указанными типами структуры.
Резюмируя рассмотренные данные, можно отметить, что как мелкозернистой равноосной, так и крупнозернистой пластинчатой структурам с точки зрения их влияния на механические свойства, свойственны определенные преимущества и недостатки. Оптимальное сочетание всех изученных в работе механических свойств обеспечивает мелко- и среднезернистая пластинчатые структуры.

Установленные в этой работе закономерности в основном типичны и для других титановых сплавов с аналогичными структурами. Так, заметное падение пластичности прессованных прутков из сплавов ВТ18 и ВТ9 (рис. 32) так же, как и прутков из сплава ВТ8, начинается лишь при образовании крупнозернистой структуры пластинчатого типа (с величиной в-зерна более 150—200 мкм).
У сплавов ВГ8, ВТ9, ВТ18 практически одинаков характер изменения длительной прочности при 500—600° С и предела выносливости при 20° С. Предел выносливости гладких и надрезанных образцов сплавов ВТ9 и BT18 при испытаниях на изгиб с вращением в условиях симметричного цикла при 20° С тем больше, чем мельче структура (рис. 33). Длительная прочность этих сплавов сначала увеличивается при увеличении размера зерна и изменении его строения от глобулярного до пластинчатого, а затем снижается (рис. 34). Наибольшую длительную прочность имеют образцы с мелкой и средней по величине зерна (30—100 мкм) в-превращенной структурой. Разница в значениях длительной прочности для мелкозернистой равноосной и пластинчатой структур тем меньше, чем больше величина первичного в-зерна. Вместе с тем какой тип структуры предпочтительнее, в особенности с точки зрения влияния на различные конструктивные характеристики, пока не ясно. Наиболее вероятно, что для мелкозернистой структуры характерно более значительное сопротивление зарождению трещин и началу разрушения, а для крупнозернистой пластинчатой структуры — более высокое сопротивление распространению трещин и развитию разрушения.

Рассмотренные выше структуры, хотя и являются типичными для полуфабрикатов из титановых сплавов, вместе с тем не отражают всего их многообразия. В катаных прутках, поковках и других полуфабрикатах нередко наблюдаются смешанные структуры, состоящие из чередующихся зерен с глобулярной и пластинчатой формой частиц a-фазы. Аналогичные структуры могут быть получены также в материале с мелкозернистой структурой при нагреве до температур, близких к температуре полиморфного превращения.
Исследования автора, проведенные на катаных прутках из сплавов ВТ9 и ВТ8, а также работа, выполненная на кованых прутках из сплава Ti—4Аl—4Mn, показали, что образование смешанной структуры, состоящей из зерен с пластинчатой и глобулярной структурой примерно в соотношении (60—70) : (40—30), не влияет на прочность и пластичность материала, но снижает предел выносливости и повышает длительную прочность (табл. 6).

Однако это снижение усталостной прочности незначительно и по комплексу различных механических свойств такая структура близка к пластинчатой корзиночного плетения. Дальнейшее увеличение в структуре площади, занимаемой зернами с пластинчатым строением a-фазы (до 80%), наряду с дополнительным снижением предела выносливости приводит к некоторому снижению пластичности.
Исследования катаных прутков из сплавов ВТ9 и ВТ8 также позволили установить, что предел выносливости при 20° С гладких образцов со структурой, состоящей из участков с мелкозернистой структурой 1-го типа и пластинчатой структурой 4—5-го типов, всего на 5—10% ниже, чем материала с равномерной мелкозернистой структурой. Вместе с тем, если пластинчатые участки структуры более огрублены (8—9-го типа), что характерно для более высокотемпературной прокатки или значительного местного разогрева при низкотемпературной прокатке, то выносливость существенно снижается. Уровень предела выносливости прутков со смешанной структурой, изменяющейся в пределах 5—9-го типов, еще более низок и близок к пределу выносливости прутков с равномерной крупнопластинчатой структурой. Характер зависимости предела усталости гладких образцов при 500° С от структуры остается таким же, как при 20° С. Вместе с тем влияние различных видов смешанных структур на предел усталости образцов с концентратором напряжения проявляется при 500° С и не наблюдается при 20° С.

Наряду с влиянием на пластичность, выносливость и жаропрочность, относительные количества равноосной и пластинчатой a-фазы в смешанной структуре определяют также чувствительность к надрезу титановых сплавов. Из данных, полученных автором, и из работ и др. следует, что наилучшее сочетание пластичности, жаропрочности и вязкости разрушения достигается, когда структура содержит 20—30% глобулярной а-фазы. Это создает возможность повышения механических свойств мелкозернистого материала в результате термической обработки при температурах а+в-области, близких к температуре полиморфного превращения.
Кроме смешанных структур, в катаных и кованых полуфабрикатах часто наблюдаются структуры, напоминающие пластинчатые, но отличающиеся от них менее четкой ориентированностью или изогнутостью внутризеренных пластин a-фазы, а также отсутствием или лишь частичным сохранением границ первичных в-зерен. Механические свойства полуфабрикатов с такой структурой имеют промежуточные значения между свойствами полуфабрикатов с мелкозернистой и пластинчатой структурами.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: