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

Влияние различных параметров глобулярной и пластинчатой структуры на свойства полуфабрикатов


Ранее было показано, что мелкозернистая глобулярная структура имеет ряд разновидностей, отличающихся формой частиц а-фазы и их размерами. Разновидности пластинчатых структур, отличающихся величиной первичных в-зерен, размерами a-колоний, толщиной а-пластин и шириной межпластинчатых прослоек, еще более многообразны.
Экспериментально установлено, что форма частиц а-фазы в мелкозернистой структуре действительно влияет на механические свойства титановых сплавов. Исследования показали, например, что наилучшее сочетание механических свойств при мелкозернистой структуре в штамповках дисков получается в случае сфероидальной (рекристаллизованной) формы частиц а-фазы.
При дискообразных частицах а-фазы несколько ниже ударная вязкость и термическая стабильность. Образование направленной структуры вызывает на хордовых образцах резкое снижение ударной вязкости и термической стабильности, а также некоторое уменьшение пластичности и длительной прочности. Другими словами, для материала с ориентированной мелкозернистой структурой характерна анизотропия механических свойств.
Различия в уровне механических свойств при разной форме a-зерен в структуре глобулярного типа, а также анизотропия свойств на образцах, вырезанных в разных направлениях, наблюдались и в прессованных полуфабрикатах с ориентированной структурой. Так, например, вязкость разрушения труб из сплава Ti—6Аl—4V при глобулярной форме a-зерен составляла 196 кгс/мм3/2, а при вытянутой их форме 146 кгс/мм3/2. Влияние ориентации образцов на механические свойства прессованных полуфабрикатов показано в работе.
Наиболее обстоятельные исследования по анизотропии механических свойств титановых сплавов проведены на катаных листах и плитах. При этом результаты, полученные разными авторами, не однозначны. Так, в работах, выполненных на листах из титана, а- и псевдо а-титановых сплавов, было обнаружено, что анизотропия их предела текучести в трех главных направлениях невелика и разница составляет всего 2—4 кгс/мм2 Пластические свойства этих листов изменяются на 10 —25%.
В работе, выполненной на плитах из а+в-сплавов, полученных методом горячей прокатки и путем диффузионной сварки тонких листов, также было показано наличие разницы в прочностных и пластических свойствах металла в различных направлениях (табл. 7).

Авторами работ наряду с анизотропией обычных механических свойств в плитах и листах из сплава Ti—6Аl—4V была обнаружена анизотропия усталостной прочности, сопротивления ползучести и скорости роста трещин. Усталостная прочность плит из сплава Ti—6Аl—4V в работе была максимальной на высотных образцах и минимальной на поперечных (о-1 = 57 и 43 кгс/мм2 соответственно при N=1*10в7 циклов). В листах из того же сплава в работе «наиболее жестким и прочным направлением», в том числе по усталостной прочности и сопротивлению ползучести, оказалось поперечное (см. табл. 7).
Во многих исследованиях, в особенности выполненных в последние годы, обсуждается вопрос о значительной анизотропии ударной вязкости, работы и вязкости разрушения. Так например, в листах из сплавов ОТ4, ОТ4-1 и ВТ3-1 прочностные свойства оказались малочувствительными к направлению вырезки образцов, в то время как удельная работа разрушения у поперечных образцов с предварительно нанесенной усталостной трещиной была в 1,5—3,5 раза больше, чем у продольных образцов. Существенные различия в вязкости разрушения образцов, ориентированных в различных направлениях относительно направления прокатки плит, иллюстрируются данными, приведенными в табл. 7.
Исследования причин анизотропии механических свойств свидетельствуют о том, что она в большей или меньшей степени обусловлена влиянием как кристаллографической текстуры, так и геометрической направленности структуры. Развитию анизотропии в полуфабрикатах из титановых сплавов способствует снижение температуры и увеличение степени деформации, а также деформация, при которой происходит однонаправленное течение металла
Влияние величины зерен a-фазы на механические свойства титановых сплавов с глобулярной структурой изучено в работах. Из данных, полученных автором, следует, что размеры зерен a-фазы при неизменном химическом составе их практически не оказывают влияния на прочность и пластичность Жаропрочные свойства при укрупнении зерен a-фазы несколько возрастают, а ударная вязкость и термическая стабильность либо не изменяются, либо при исходной волокнистой структуре несколько увеличиваются, если наряду, с коагуляцией частиц a-фазы уменьшается или устраняется их направленность (табл. 8).
В то же время в работах указывается на наличие взаимосвязи между величиной зерен а-фазы и прочностными свойствами титана и его сплавов (рис. 35). Отмечается, что влияние величины зерен a-фазы в равноосной структуре описывается уравнением Петча (от = о0+Куd-1/2). В работе. кроме того, указывается на то, что решающее значение для вязкости разрушения титановых сплавов с равноосной структурой имеет расстояние между a-зернами. Уменьшение этого расстояния способствует более частым остановкам развивающейся трещины и увеличению вязкости разрушения.


В работе было показано, что пластичность сплава Ti—7Аl—3Мо с пластинчатой структурой повышается, когда а пластины становятся толстыми и более непрерывными, а сопротивление ползучести увеличивается, наоборот, при утонении а-пластин. Аналогичные результаты на сплаве Ti—6Аl—4V при утонении а-фазы получили авторы работы. Утолщение а-пластин способствует также повышению вязкости разрушения титановых сплавов. Вместе с тем для достижения максимально возможных значений вязкости разрушения необходимо, чтобы пластины, кроме того, были короткими и близко располагались между собой, что вызывает частые изменения направления движения растущей трещины.

В работах и исследованиях автора показано, что положительное влияние на прочность, пластичность, длительную прочность и предел выносливости титановых сплавов оказывает измельчение не только в-зерна, но и колоний пластин a-фазы (табл. 9) и (рис. 36).
В некоторых работах авторы обратили внимание на значительное влияние пограничной оторочки a-фазы на пластичность и вязкость разрушения ряда сплавов. По их данным, утолщение а-оторочки приводит к снижению пластичности, а ее разрушение — к повышению. Вместе с тем образование а-оторочки и увеличение ее толщины вызывают изменение характера разрушения от межзеренного к внутризеренному, что способствует увеличению вязкости разрушения.
Влияние различных параметров глобулярной и пластинчатой структуры на свойства полуфабрикатов

Результаты, полученные на сплаве ВТЗ-1, показали, что прочность, пластичность, усталостная прочность гладких образцов, а также ударная вязкость образцов типа менаже с радиусом надреза 1 мм уменьшаются при укрупнении в-зерен (рис. 37). В то же время вязкость разрушения KIc, работа разрушения ату усталостная прочность образцов с острым надрезом радиусом 0,1 мм, длительная прочность и сопротивление ползучести увеличиваются с ростом величины зерна. Утолщение а-пластин с 0,9—1,1 до 2,5—3,5 мкм и укрупнение а-колоний с 15—25 до 30—35 мкм приводят к снижению прочности и повышению всех остальных исследованных характеристик,

В той же работе авторы, использовав методы математической статистики, установили количественные зависимости, связывающие прочность и пластичность а- и а+в титановых сплавов (ВТ5-1, ОТ4, ВТЗ-1 и ВТ9) с в-превращенной структурой, с величиной первичного в-зерна и параметрами внутризеренного строения. Различные виды пластинчатой структуры этих сплавов получали путем изменения термомеханических параметров горячей обработки давлением (ковки, прокатки, прессования) и режимов термической обработки при температурах в-области. Все образцы каждого из исследованных сплавов перед испытанием на растяжение подвергали стандартной термической обработке. Структуру исследовали при увеличении 70—1000 на головках разрывных образцов. Средние размеры элементов структуры определяли методом секущих.
При проведении всех измерений среднеквадратичное отклонение значений D, d и b от среднего составляло 10—25%.


На рис. 38 приведены в качестве примера некоторые из полученных в работе диаграмм рассеяния предела прочности ав, относительного удлинения b и полного поперечного сужения wк в зависимости от значений параметров D, d и b.
Одна из причин значительного рассеяния экспериментальных данных на этих диаграммах та, что каждая из них построена без учета влияния остальных параметров структуры. Однако на приведенных диаграммах обнаруживается явная связь между механическими свойствами и размерами структурных составляющих. Так, с увеличением размера исходного в-зерна во всех исследованных сплавах наблюдается снижение всех изученных свойств, особенно пластичности.
Зависимость характеристик пластичности от размера a-колоний и толщины а-пластин имеет экстремальный характер (см. рис. 38,б, в). Сначала при увеличении d и b соответственно до 25—30 и 2,5—3,5 мкм относительное удлинение и поперечное сужение резко возрастают, а затем плавно уменьшаются. Предел прочности при увеличении d и b снижается, причем при мелкой внутризеренной структуре (d < 25 мкм, b < 3 мкм) это изменение более существенно, чем при крупной.
При установлении количественной связи между механическими свойствами и параметрами пластинчатой структуры были получены уравнения линейной регрессии, описывающие зависимость механических свойств исследованных сплавов от каждого из параметров структуры. Соответствующие этим уравнениям линии регрессии нанесены на рис. 38.
На основе уравнений регрессии были выведены обобщенные формулы, описывающие общий вид зависимости механических свойств изученных ставов от параметров D, d и b (табл. 10)

Вычисленные по этим формулам показатели механических свойств находятся в достаточно хорошем соответствии с экспериментальными данными (расхождения по ов — не более 2—3 кгс/мм2, по b 2—3% и по wк 3—4%), что близко к точности при стандартных испытаниях на растяжение.
Анализ обобщенных формул показывает, что влияние величины исходного в-зерна на характеристики пластичности примерно в 100 раз, а размера a-колоний в 10 раз меньше, чем влияние толщины а-пластин. Однако, поскольку реальные размеры в-зерна составляют сотни микронов, а колоний — десятки микронов, а толщины пластин — микроны и доли микрона, степень влияния каждого из указанных параметров структуры выражается величиной одного порядка.
При мелкой внутризеренной структуре даже незначительные изменения размеров структурных составляющих приводят к резкому изменению свойств. Так, уменьшение толщины а-пластин на каждый 1 мкм или размера a-колоний на каждые 10 мкм во всех исследованных сплавах вызывает снижение поперечного сужения на 10—15%, относительного удлинения на 3—4%, рост предела прочности на 10—15 кгс/мм2. Влияние величины в-зерна при этом выражается примерно следующими цифрами: 3—5% по w, 1—2% по 6 и 0,5—0,7 кгс/мм2 по ов на каждые 100 мкм величины зерна.
При более крупной внутризеренной структуре ее влияние на механические свойства проявляется значительно слабее. Действительно, укрупнение исходного в-зерна на 100 мкм, а-колоний на 10 мкм и толщины а-пластин на 1 мкм приводит к уменьшению поперечного сужения всего на 1—3%, а относительного удлинения на 0,5—1%. Прочность при этом практически не изменяется.
Из приведенных данных следует, что оптимальными параметрами пластинчатой структуры для титановых сплавов являются: минимально возможное p-зерно, а-колонии размером 30—50 мкм и а-пластины толщиной 2,5—3,5 мкм. Эта структура соответствует примерно 4—6 баллам стандартных микроструктур. Огрубление внутризеренной структуры или ее измельчение приводит к снижению пластичности.
Уравнения, аналогичные приведенным в табл. 10, выведены и для других титановых сплавов. Такие уравнения можно использовать для оценки механических свойств полуфабрикатов и деталей по микроструктуре, в том числе неразрушающим способом, если приготовить микрошлиф непосредственно на их поверхности без вырезки образца.
Попытки установить количественные взаимосвязи между структурой и механическими свойствами титановых сплавов, как уже отмечалось, были предприняты также в работах. В соответствии с результатами работы, для предела прочности, предела текучести и усталостной прочности титановых сплавов с пластинчатой структурой эти зависимости подобны описываемым уравнением Петча, в котором роль размера зерна играет размер a-колоний. В работе аналогичная взаимосвязь установлена только между величиной зерна и пределом текучести. Каких либо других удовлетворительных количественных зависимостей между параметрами пластинчатой структуры и механическими свойствами титановых сплавов в указанных работах обнаружено не было.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: