ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Длительность выдержки материала дисков компрессоров в цикле нагружения из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " В то же время исследования сплава IMI-685 с двухфазовой структурой типа корзиночное плетение не выявили его чувствительности к выдержке х под нафузкой [97]. Не выявили чувствительности к выдержке т = 2 мин и исследования пяти опытных сплавов с щ- и (а + (3 .)- структурами [98]. [c.364] Наконец, исследования дискового Ti-сплава IMI-685, проведенные в связи с разрушениями дисков в эксплуатации и разработкой новых сплавов [62] показали, что материал реагирует на длительность его выдержки с постоянной максимальной нагрузкой неоднозначно. Выдержка т может уменьшить, увеличить или вообще не отразиться на величине СРТ, а с увеличением длины трещины или КИН возможна комбинация указанных реакций материала. [c.364] Учитывая, что нагружение с выдержкой под нагрузкой отвечает малоцикловой области, где живучесть обычно составляет около 50 % от общей долговечности детали, важным является то, в какой мере выдержка влияет на период зарождения трещины и ее дальнейший рост. Особенно важно, как влияет выдержка на период роста малой трещины, так как именно он составляет большую часть всей длительности разрушения. [c.364] Результаты исследований сплавов ВТЗ-1 и ВТ5 также выявили существенное снижение долговечности образцов при разной длительности выдержки X [68, 100, 101]. Исследования сплава ВТЗ-1 были выполнены на полноразмерных дисках компрессоров, изготовленных по серийной технологии, путем их нагружения на специальном стенде, имитировавшем многоосное растяжение диска в эксплуатации через зоны установки лопаток. Были исследованы циклы треугольной, трапецеидальной формы и блок нагружения с наложением циклов малых амплитуд в период выдержки материала под нагрузкой с асимметрией 0,7-0,8. Постепенное снижение частоты нагружения с переходом к выдержке под нагрузкой привело последовательно к возрастанию СРТ и снижению долговечности и живучести дисков (табл. 7.1). [c.364] Таким образом, выдержка х с постоянной нагрузкой Ti-сплавов снижает их долговечность либо только за счет сокращения периода зарождения трещины, либо вызывает одновременно с этим также и увеличение СРТ. [c.366] В работах [61] и [96] предложено связывать сокращение периода зарождения трещин с водородным охрупчиванием материала по следующему механизму. При выдержке t материала под нагрузкой происходит диффузия свободного Н2 в очаг разрушения и его скопление по полосам скольжения или по границам (а , + Р ,)-структуры, при этом крупные размеры зерен и а-пластин активизируют этот процесс. При высоком уровне напряжения водородное охрупчивание сопровождается эффектом ползучести, особенно при нагреве материала. [c.366] Диффузионные, как и релаксационные процессы, могут быть характерны только для высокотемпературного нагружения. Поэтому из всех предложенных причин снижения СРТ внимания заслуживает механизм повышения извилистости траектории трещины. Выдержка х способствует развитию трещины по плоскостям скольжения и по межфазным границам, что при переходе через границы зерен сопровождается переориентировкой направления разрушения в связи с изменением благоприятной ориентации плоскостей скольжения или фаз. Эта ситуация применительно к малым трещинам в различных материалах подробно исследована в работе [103]. [c.366] Из изложенного выше видно, что нри развитии малых трещин, когда наблюдается существенное повышение шероховатости поверхности разрушения, может происходить снижение СРТ. Но в данном случае речь не идет о малых значениях КИН. Эффективная величина КИН с учетом шероховатости может быть значительной и отвечать СРТ, близкой к 10 м/цикл. Поэтому рассмотрение влияния на поведение материала его выдержки X иод нагрузкой на стадиях роста усталостных трещин нельзя вести в отрыве от реализуемых при этом величинах КИН. [c.366] Аналогичный результат был получен в работе [93] при исследовании сплавов Ti-6A1-4V и Ti-SAl-Mo-lV. В этой работе до величин КИН примерно в 30 МПа-м / при треугольной форме цикла нагружения и при выдержке т = от 1 до 5 мин значения СРТ были близкими. В интервале КИН от 30 до 40 МПа-м / при всех значениях т наблюдали резкое увеличение СРТ при выдержке под нагрузкой но сравнению с ее величиной при треугольной форме цикла нагружения. Такое положение отвечало и всем дальнейшим значениям КИН. Следует отметить, что указанному интервалу КИН, изменявшемуся незначительно, в работе [95] при выдержке т = 5 мин соответствовала почти вертикальная диаграмма СРТ. [c.367] Еще более раннее проявление чувствительности к выдержке т было зафиксировано при испытании дисков из сплава ВТЗ-1 при многоосном нагружении на специальном стенде [101]. В этом случае даже при выдержке т = 3 с увеличение СРТ наблюдалось уже при КИН примерно в 20 МПа-м . Здесь однако надо подчеркнуть, что в данном случае исследовались уголковые трещины, у которых стеснение пластической деформации у кончика выше, чем у сквозных трещин. Кроме того, объемное напряженное состояние материала должно было давать еще большее стеснение деформации, что в итоге могло обусловить более раннее проявление чувствительности сплава ВТЗ-1 к выдержке X, тем более, что при расчете КИН не учитывалось влияние второго главного напряжения. [c.367] Увеличение СРТ в несколько раз было получено и при испытаниях сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6А1 в среде 140 ррм Н2 с выдержкой т = 5 мин [106]. В этом случае переход к выдержке сопровождался сменой механизма разрушения и усталостные бороздки, типичные для т = О, при выдержке сменялись хрупкими элементами рельефа, отражающими двухфазную пластинчатую (щ + (Зу5,)-структуру материала, и бороздки не наблюдались. [c.367] Отсюда следует, что увеличение СРТ при выдержке X является не просто результатом достижения некоторого порогового КИН, а характерно в этих условиях лишь для некоторого состояния материала, не связанного с типом структуры и, вероятно, определяемого особенностями его субструктуры. В частности, возможно влияние небольших количеств примесных элементов, присутствующих в материале, но не выявляемых стандартными методами определения его свойств. [c.367] В работе [96] рассматривается влияние выдержки как комбинация водородной хрупкости и ползучести, но ползучесть проявляется при нагреве, а в этой работе при выдержке с нагревом до 425 К увеличения СРТ не получено, поэтому и с ползз е-стью явление увеличения СРТ при выдержке под нагрузкой связывать однозначно нельзя. [c.368] Чувствительность титанового сплава ВТЗ-1 к выдержке под нагрузкой в цикле нагружения, как рассмотрено выше, была исследована путем натурных испытаний дисков компрессоров [100, 101]. [c.368] Исследования чувствительности титанового сплава ВТ8 к форме цикла нагружения осуществляли на образцах, вырезанных из дисков компрессоров в условиях изгиба [72]. Исследовали влияние на механизмы и кинетику разрушения материала в области малоцикловой усталости выдержки под нагрузкой в цикле нагружения в сравнении с треугольной формой цикла. Принципиальная особенность данного исследования влияния выдержки под нагрузкой на рост усталостных трещин состояла в том, что были исследованы три диска одной плавки. Методические детали изготовления образцов из дисков и испытания образцов представлены в работе [72]. [c.368] Разрушение материала трех исследованных дисков (условно далее — I, II и III) одной плавки при одинаковых условиях нагружения принципиально отличалось друг от друга. В образцах из диска I, разрушившегося в эксплуатации, развитие трещины при треугольной и трапецеидальной форме цикла нагружения шло преимущественно с формированием фасеточного рельефа излома, титанового сплава ВТ8 (рис. 7.16о, б). Усталостные бороздки в изломе формировались на локальных j a TKax в виде блоков из 15-20 бороздок. Площадь участков бороздчатого рельефа составляла менее 5 % от всей площади излома. [c.368] Анализ параметра структуры материала показал, что у всех трех дисков двухфазовый Ti-сплав ВТ8 имеет развитую пластинчатую структуру с размерами пластин обеих фаз в пределах 1,1-1,5 мкм. Дисперсия субзерен от диска к диску имеет колебания, но размер субзерен у всех дисков находится в интервале 16-48 мкм. Различия в равномерности распределения субзерен разного размера у дисков не были выявлены. Несколько больший размер Р/(.-оторочки по границам зерен был выявлен в диске I, однако в диске II этот параметр был таким же, как и в диске III, что не позволяет связывать чувствительность образцов из исследованных дисков с разной толщиной межзеренных прослоек. [c.370] Сопоставление кинетических кривых с единой кинетической кривой для сплавов на основе титана свидетельствует о том, что в тех случаях, когда в изломе доминирует фасеточный рельеф, кинетические кривые располагаются левее (см. рис. 7.18). Во всех случаях, когда в изломе сформированы преимущественно усталостные бороздки, имеет место совпадение полученных кинетических кривых с единой кинетической кривой и небольшое снижение скорости применительно к образцам из диска III в случае трапецеидальной формы цикла. Введение поправки на влияние выдержки под нагрузкой позволяет свести все полученные кривые к единой кинетической кривой (рис. 7.18г). [c.372] Вернуться к основной статье