ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные закономерности усталости титана из "Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов " Трудность изучения усталостных кривых состоит в чрезвычайно большом разбросе циклической долговечности, затрудняющем четкое выявление хода кривой, поэтому для детального изучения ее характера наиболее правильно сделать статистический анализ экспериментальных данных. Авторам работы [99] был изучен закон распределения циклической долговечности на заданных уровнях амплитуды напряжений. На достаточно большом количестве экспериментального материала было показано существование логарифмически нормального закона распределения значений долговечности титановых сллавов при заданных циклических напряжениях, составляющих 1,1—1,5 от установленного предела выносливости на базе 10-10 —10-10 цикл. [c.138] Распределения циклической долговечности х = 1дЛ/,-, показанное на рис. 91, свидетельствует о близком к нормальному распределению 1дЛ/,-и о существовании при малых долговечностях порога чувствительности по циклам Л/д титана по мере уменьшения вероятности разрушения Я экспериментальные точки отклоняются от прямой и располагаются на некоторой кривой, приближающейся к вертикали. Согласно методике, принятой для определения величины порога чувствительности, можно принять для данного случая N = 2-10 . При числе циклов менее вероятность поломки ничтожно Мала и ее следует считать невозможной. Закон распределения величины = 1д(Л// —Л/ ) описывается нормальной функцией гораздо лучше, чем х = gN . [c.139] Несмотря на то что факт существования порога чувствительности по циклам у титана — несомненный, учет его при вычислении статистических характеристик, по-нашему мнению, не обязателен. Неоднократный анализ показал, что учет величины не вносит заметных уточнений в результаты вычислений, так как величина получается очень малой по сравнению с величиной средней циклической долговечности N. которая определяется как антилогарифм 1дЛ/. Распределение х = gN очень близко к нормальному для технически чистого титана и для его сплавов (для Гладких, надрезанных образцов или образцов с другим концентратором, например, с отверстием). Установление нормального распределения опытных значений долговечности при заданном уровне амплитуды напряжений позволяет изучать усталостную кривую по среднестатистическим значениям. [c.139] Вторым признаком существования физического предела выносливости у титана должно быть незначительное снижение предела выносливости при увеличении базы в 10 или 100 раз. Допустимое снижение предела выносливости при таком увеличении базы можно принять равным 10 %, исходя из статистики колебания этой величины для стали. [c.140] Неоднократный статистический анализ показал, что при базе испытания более 5-10 десятикратное увеличение числа циклов не приводит к изменению вычисляемого предела выносливости более чем на 10 %. В частности, у технически чистого титана [92] снижение напряжений с (1,05—1,08) iLl до с , т.е. на 5—8 %, влечет за собой по меньшей мер десятикратное увеличение циклической долговечности. Вероятность определения предела выносливости, вычисленная по данным рис. 92, показала (надрезанные образцы сплава ПТ-ЗВ, плоский изгиб), что уменьшение базы в 10 раз (с Ю до Ю ) может с 33 %-ной вероятностью привести к увеличению определяемого предела выносливости со 140 до 154 МПа, т.е. на 10 %. Это же изменение, но с большей вероятностью может произойти при изменении базы в 20 раз (с 5-10 до 10 цикл). Таким образом, к настоящему времени можно считать доказанным существование физического предела выносливости у титановых сплавов при 20°С в пределах 10 %-ной точности при изменении базы испытаний в 10 раз. Достаточно достоверные результаты определения предела выносливости титановых сплавов получаются при базе испытания 10 цикл и более. [c.140] На рис. 93 суммированы фактические данные по соотношению о а для титановых сплавов по отечественным и зарубежным данным. Из рис. 93 видно, что имеется несколько больший разброс, чем у сталей, но соотношение q = (0,4...0,6) а,, сохраняется, как показали подсчеты, с вероятностью более 90 % [93]. Таким образом, среднее соотношение предела выносливости и временного сопротивления такое же, как у стали. [c.141] Данные по пределам выносливости отечественных промышленных титановых сплавов [94, 95] следует воспринимать как ориентировочные, так как определяемый предел выносливости сильно зависит от структуры и финишной обработки образцов (см. разд. 5). [c.141] Благодаря статистическому анализу результатов усталостных испытаний сплавов удается выявить некоторые закономерности усталостных свойств титана, которые не удается раскрыть при обычном определении среднего предела выносливости. Следует отметить, что большой разброс данных при циклических испытаниях сплавов заставляет строить полные вероятностные кривые не только для определения гарантированного предела выносливости металла с заданной надежностью (вероятностью) неразрушения, но даже при выборе сплава, так как по средним значениям предела выносливости (при Р-, = Б0 %) может быть выбран один сплав, а по вероятности неразрушения 99,9 % —другой сплав из-за меньшего разброса данных по его долговечности. При статистическом анализе более точно можно подобрать и математическую форму кривой усталости в координатах а—1дЛ/, что дает более точные сведения о пределе выносливости при большом количестве циклов нагружения. Например, при сравнении крупных поковок из сплавов ПТ-ЗВ и ВТ6 среднее значение предела выносливости у первого оказалось на 20 МПа выше, что находится в пределах разброса данных при построении полных вероятностных диаграмм из этих сплавов выяснилось, что сплав ВТ6 по пределу выносливости с вероятностью неразрушения 99,9 % при Л/= 10 цикл превосходит сплав ПТ-ЗВ более чем на 70 МПа. Статистический анализ позволил определить предел выносливости сплава ВТЗ-1 при если при Л/=10 цикл средние пределы были равны 430, 320, 197 МПа (соответственно для гладких образцов и надрезанных при а. =1,4 и . = 2,36), то при N- °° пределы выносливости оказались равными только 312, 217 и 72 МПа [96]. [c.142] На рис. 94 представлена зависимость от для различных сплавов. Видно, что прочность сплавов, как и сталей, практически не влияет на отношение а . Сопоставление данных по титану и стали показывает, что чувствительность к концентраторам напряжений при Л/=10 — — 10 цикл (многоцикловая или чистая усталость) у титановых сплавов не выше, чем у сталей сопоставимой прочности (см. рис. 95), а может быть и ниже. [c.143] Масштабный фактор. Пределы усталости лабораторных образцов малого диаметра могут значительно отличаться от пределов усталости крупных деталей из-за проявления так называемого масштабного фактора [ 105]. Влияние его на усталость образца титанового сплава ПТ-ЗВ диаметром от 12 до 180 мм изучал И. В. Кудрявцев и др. [ 106]. [c.144] Трещиностойкость. Трещины на поверхности металла, по-видимому, следует рассматривать как максимально острый концентратор. Выше было отмечено, что -усталостная прочность образцов сплавов с трещиной составляет 50—60 МПа. [c.146] Кривая ус,талостного разрушения построена по результатам испытания дисков диаметром 230 мм, толщиной 2,5 мм при нагружении Я = 0,05. [c.147] Иванова с сотрудниками [ 2Б, с. 23—28] на основе всестороннего изучения кинетики усталостного разрушения установила, что наибольшее влияние на скорость разрушения оказывают режимы горячей объемной деформации и температура перекристаллизации и рекристаллизации. [c.147] Сильно влияет на распространение трещины изменение микроструктуры сплава, связанное с выделением ач азы. Высокие критические значения коэффициентов интенсивности напряжений получены при горячей пластической деформации в (а + )-области и уровне прочности сплава 1200 МПа. По мнению В. С. Ивановой, оптимальным уровнем прочности титановых сплавов в условиях многоциклового нагружения следует считать1100-1200МПа[26, с. 23-28 110 117, с. 435-441]. [c.148] Нами совместно с Н. Н. Вассерманом и В. Е. Калугиным тщательно изучены кривые Пэриса и пороговое значение сплавов ПТ-ЗВ, ВТЗ-1 и сплава, близкого по составу к ВТ6. Установлено, что пороговое значение зависит не только от структуры, но и от условий первоначального введения трещины. Найдены минимальные значения Kff,, не зависящие от условий введения трещины. Определена также зависимость порогового минимального значения Kff, от величины зерна и воздействие на него коррозионной среды (3 %-ный раствор НаС1). Основные результаты исследований представлены в табл. 22. [c.148] Данные табл. 22 в основном совпадают с выводами более ранних работ. В частности, оказалось, что трещиностойкость крупнозернистого металла больше, чем мелкозернистого..Интересно отметить, что коррозионная среда (3 %-ный раствор Na I) не повлияла на пороговое значение Kff . Несколько другие результаты о влиянии коррозионной среды [118, 119] получены при изучении трещиностойкости сплава ВТЗ-1. [c.148] Эти исследования, проведенные в условиях, имитирующих эксплуатацию газотурбинных двигателей, показали, что под воздействием коррозионной среды происходит заметное снижение величины (с 5,63 до 3,08 МПа V ) Одновременно найдена возможность значительного повышения Kffj благодаря установке магниевого протектора. [c.148] Вернуться к основной статье