39, 66, 264, 275 — Влияние на циклическую прочность титановых сплавов

Фретинг-эффект. Сильное влияние на усталостную прочность титановых сплавов оказывает фретинг-эффект, или контактная коррозия в местах сопряжения. Наличие контактного трения при циклическом нагружении у всех металлов приводит к заметному снижению усталостной прочности, особенно в коррозионных средах. Титановые сплавы в этом отношении мало отличаются от сталей, близких к ним по прочности [106, 158—160]. Возникающее контактное трение (в местах заделок, прессовых посадок, креплений и пр.) резко снижает усталостную прочность, действуя подобно концентратору напряжений. Степень снижения ее в основном зависит от сопряженного материала, вызывающего фретинг-эффект, удельного давления в месте сопряжения и окружающей среды. Удельное давление [ 158, 160] сильно влияет только при низких значениях. При более прочных креплениях или плотных посадках при удельных давлениях более 30—50 МПа усталостная прочность изменяется мало. Так, прессовая посадка втулки с удельным давлением 50 МПа снижает усталостную прочность технически чистого титана с 320 до 112 МПа [ 158]. Дальнейшее увеличение удельного давления посадки до 200 МПа снизило O j до 103 МПа. В среднем предел выносливости при наличии фретинг-эффекта у титановых сплавов на воздухе при контактировании с однородным сплавом 20- 40 % от исходного предела [c.161]

Режим и технология точения также могут определенным образом влиять на усталостную прочность. Высокая скорость резания и большая подача заметно снижают предел выносливости вследствие повышения шероховатости поверхности и появления неблагоприятных поверхностных напряжений. Однако имеются режимы резания, которые создают поверхностный наклеп и сжимающие напряжения, повышающие предел выносливости титана. Замечено отрицательное влияние на усталостную прочность титановых сплавов охлаждения жидкостями (вода, эмульсия и пр.) при высоких скоростях резания точением. В этом случае происходит поверхностное наводороживание и даже появление гидридных пленок и слоев, способствующих возникновению растягивающих напряжений и хрупкости поверхности. Во всех случаях конечные операции механической обработки деталей из сплавов титана, подвергающихся систематическим циклическим нагрузкам, необходимо строго регламентировать, а еще лучше предусмотреть специальную поверхностную обработку, снимающую все неблагоприятные поверхностные явления и упрочняющую металл. [c.181]

Очень часто конечной операцией изготовления полуфабрикатов или деталей из титановых сплавов является химическое травление (листы, ленты, трубы, проволока, штамповка и пр.) с целью удаления газонасыщенного слоя. Оно в значительной степени определяет уровень усталостной прочности. Наиболее часто применяемая операция обработки большинства листов, труб и других профилей — кислотное травление. В результате такой обработки циклическая прочность снижается на 20 —40 % [ 173]. Наибольшее влияние травления на усталость наблюдается у высокопрочных сплавов, наименьшее —у технически чистого титана. Заметное снижение усталостной прочности титана происходит при других видах химической обработки, например после электрохимической обработки (ЭХО). В настоящее время находит все более широкое применение ряд новых видов электрохимической и электрогидравлической обработки поверхности металлов. Влияние этих видов обработки (как финишной) на усталостную прочность титановых сплавов мало изучено. Как правило, после таких видов обработки на поверхности металла образуются тонкие наводороженные слои, что для титановых сплавов нежелательно. Электрогидравлическая обработка поверхности (электро-разрядная, электроимпульсная, электроискровая) —один из новых технологических видов очистки отливок, штамповок и других "черных" поверхностей заготовок. Эта поверхностная обработка сопровождается комплексом физико-химических и механических воздействий на металл [174]. Для титановых сплавов она благоприятна, по-видимому, вследствие сильного поверхностного наклепа и образования сжимающих напряжений у поверхности. [c.182]

Сведений о влиянии на усталостную прочность титановых сплавов нейтральных газовых сред относительно мало. Некоторые косвенные данные показывают, что испытание на усталость в инертных газах (гелий, аргон) не дает повышения его предела выносливости. Однако скорость распространения усталостной треш,ины значительно выше на воздухе, чем в вакууме [121]. Ускорение роста усталостной трещины наблюдается при циклическом нагружении в водороде [133] при температурах испытания выше—73 С при более низких температурах водород не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на рост трещины. [c.152]

Фретинг-эффект, Особое значение в усталостной прочности титановых сплавов имеет фретинг-эффект, или контактная коррозия, в местах сопряжения. Наличие контактного трения при циклическом нагружении у всех металлов приводит к заметному снижению усталостной прочности, особенно в коррозионных средах. Титановые сплавы в этом отношении мало отличаются от сталей, близких к ним по прочности [761. Возникающее контактное трение (в местах заделок, прессовых посадок, креплений и т. п.) резко снижает усталостную прочность, действуя подобно концентратору напряжений. Степень снижения усталостной прочности в основном зависит от сопряженного материала, вызывающего фретинг-эффект, удельного давления в месте сопряжения и окружающей среды. Удельное давление [761 оказывает сильное влияние только при его низких значениях. В прочных креплениях или плотных посадках при удельных давлениях более 3—5 кгс/мм усталостная прочность мало изменяется. Так, по данным работы [76], прессовая посадка втулки с удельным давлением 5 кгс/мм снижает усталостную прочность технически чистого титана с 32 до 11,2 кгс/мм . Дальнейшее увеличение удельного давления посадки до 20 кгс/мм снизило предел усталости до 10,3 кгс/мм . В среднем предел усталости при наличии фретинг-эффекта ((т /) у титановых сплавов на воздухе при контактировании с однородным сплавом составляет 20—40% от исходного предела усталости, т. е. (tI i = (0,2- -0,4)(Т 1. При контактировании с более мягкими материалами (медные, алюминиевые или магниевые сплавы) это соотношение повышается и достигает ali = 0,6(T i. Повышения значения до (O,5-hO,6)0 i можно добиться анодированием поверхности или покрытием пленкой полимеров, т. е. благодаря улучшению условий трения. [c.154]

Химическая, гальваническая и химикотермическая обработка. Наиболее часто применяемая поверхностная операция обработки большинства листов, труб и других профилей — это кислотное травление. В результате такой обработки по отдельным данным циклическая прочность снижается от 20 до 40%. Наибольшее влияние травления на усталость наблюдается на высокопрочных сплавах, наименьшее — на технически чистом титане. Заметное снижение усталостной прочности титановых сплавов происходит и при других видах химической, электрохимической и гальванической обработки. В частности, электрохимическая обработка (ЭХО) снижает сопротивление усталости (до 40%), подобно кислотному травлению, причем восстановление предела усталости, как и в случае шлифовки, часто достигается только после наклепа или после удаления поверхностного слоя около 0,1 мм. При специальной разработке режимов ЭХО в сочетании с другими видами поверхностной обработки можно достичь высоких значений усталостной прочности [85]. Даже электролитическое полирование несколько снижает усталостную прочность. [c.175]

За последние годы в СССР и за рубежом опубликован ряд работ по металловедению и технологии титановых сплавов, отражены современные подходы к проблеме их разрушения. Вопросы же циклической прочности и долговечности титановых сплавов с учетом влияния агрессивных сред освещены мало. Авторы попытались на основании собственных исследований и обобщения имеющихся отечественных и зарубежных материалов установить основные закономерности изменения свойств титановых сплавов при циклических нагружениях. Особое внимание при этом обращено на рассмотрение природы процессов накопления циклических повреждений в условиях агрессивных сред и на выявление факторов, отрицательно сказывающихся на надежности и эксплуатации при циклических нагрузках. [c.4]

Изложенные результаты свидетельствуют о существенном влиянии скорости циклического нагружения на характеристики циклической прочности и микроскопические особенности деформирования и разрушения изученных титановых сплавов. [c.367]

Дальнейшие опыты показали, что передача момента через напрессованную втулку не вызывала дополнительного снижения предела выносливости. Материал втулок из титановых сплавов с различными механическими свойствами (прочность в пределах 58—83 кгс/мм , твердость НВ 250—300 кгс/мм при испытании на воздухе и в коррозионной среде) практически не оказал влияния на несущую способность прессовых соединений при циклическом нагружении неупрочненного металла. [c.157]

Нестационарность нагружения. Фактических данных по влиянию нестационарности циклического нагружения на усталостные свойства титановых сплавов еще очень мало. В работе [75] было оценено влияние циклических перегрузок на усталостную прочность сплава титана ПТ-ЗВ и стали марок 15 и Ст4. Автор работы пришел к выводу, что у испытанных материалов, которые имели близкий предел выносливости, одинаковые кратковременные циклические перегрузки могут приводить к упрочнению и разу- [c.162]

При нагреве в открытых печах может происходить определенное изменение поверхностного слоя. Температура релаксационных отжигов обычно не превышает 700° С. Отжиг при таких температурах и выдержке в несколько часов практически не сказывается на обычных характеристиках прочности и пластичности титановых деталей (при не очень тонкостенных изделиях). В работе [79] изучался вопрос влияния отжига при температуре 650 и 700° С листов из титанового сплава 0Т4-1 на его усталостную прочность. Циклические испытания проводились на достаточно представительных партиях образцов, по которым делалась оценка [c.178]

Рассмотрены механические свойства титана и его сплавов при испытаниях иа растяжение, удар, двухосное растяжение, а также влияние температуры испытаний на эти характеристики. Значительное внимание уделено циклической прочности, термической стабильности, солевой коррозии, замедленному хрупкому разрушению, вязкости разрушения. Подробно рассмотрено влияние примесей, в частности водорода, на механические свойства титана и его сплавов. Описано влияние технологических факторов на служебные свойства титановых сплавов, рассмотрены методы повышения работоспособности сплавов в реальных конструкциях. [c.2]

Из изложенного следует, что уровень циклической прочности титановых сплавов, определенный на надрезанных образцах, выше, чем алюми-ниевь1х сплавов соответствующей прочности, и находится на уровне прочных сталей. (Иеньший разброс данных свидетельствует о том, что испытания надрезанных образцов из титановых сплавов более надежны и показательны, видимо из-за однотипности технологии получения надреза (точение) и малого влияния вследствие этого состояния поверх- [c.143]

Б00°С снижает усталостную прочность на 20—25 %. Это снижение находится на уровне и даже несколькр меньше, чем снижение статической прочности под влиянием соответствующего повышения температуры. Интересно то, что предел выносливости надрезанных образцов значительно меньше зависит от температуры испытания, чем предел выносливости гладких образцов. Изменение усталостной прочности более значительно при отрицательных температурах, чем в диапазоне 20-450°С. Многие исследователи связывают уровень циклической прочности титановых сплавов при повышенных температурах (выше 300°С) непосредственно с длительной прочностью, отождествляя влияние длительности действия статической и циклической нагрузок. Циклическое нагружение в различных температурных областях вызывает различный характер разрушения, особенно в начальной стадии. В диапазоне —196 —+ 200°С разрушение начинается и распространяется преимущественно по двойникам, в области 200—400°С наблюдается обычное для высоких температур разрушение по телу зерен, при более высоких температурах разрушение происходит главным образом по границам зерен. [c.164]

Зависимость усталостной прочности от температуры. Как отмечалось (см. табл. 34), усталостная прочность титановых сплавов падает по мере повышения температуры испытания. Наибольшее снижение предела усталости наблюдается. у технически чистого титана, наименьшее — у теплопрочных а + р-спла-вов. Относительное изменение предела усталости в зависимости от температуры для этих сплавов (ВТ6, ВТ8, ВТЗ-1, ВТ16 и ВТ22) показано на рис. 71, из которого следует, что повышение температуры до 400—450° С снижает усталостную прочность на 20— 25%. Это снижение несколько меньше, чем снижение временного сопротивления под влиянием повышения температуры до 400— 450° С. Интересным является то, что предел усталости, определенный на надрезанных образцах, значительно меньше зависит от температуры испытания, чем предел усталости гладких образцов. Из этих данных видно также, что изменение усталостной прочности более значительно при отрицательных температурах, чем в диапазоне 20—450°С. Многие исследователи уровень циклической прочности титановых сплавов при повышенных температурах [c.157]

Федоров В. Н., Шеховец Е. Д. Влияние режимов термообработки иа циклическую прочность титановых сплавов ТС5 и ВТ20 в условиях ограниченной долговечности. — Сб. трудов ЦНИИМФ Техническая эксплуатация Морского флота . Л., Транспорт , 1973, вып. 175, с. 49—57. [c.245]

В книге изложены основные закономерности изменения циклической и коррозионной прочности титановых сплавов в зависимости от химического состава, структуры и окружающей среды. Детально рассмотрен процесс коррозионного растрескивания сплавов на основе титана и физическая природа этого явления в различных агрессивных средах. Анализ малоцикловой долговечности проведен на основе исследования процесса микронеоднородности протекания пластической деформации в упруго-пластической области нагружения. Многоцикловая усталость рассмотрена с использованием статистических методов анализа. Особое внимание уделено влиянию различных охрупчивающих факторов, состояния поверхности и коррозионных сред на циклическую долговечность, а также методам повышения циклической прочности. [c.2]

О влиянии водорода на усталостную прочность титановых сплавов известно очень мало. Характер влияния водорода на усталостные свойства а-титановых сплавов, по-вкдимому, должен быть таким же, как и у титана, так как в них также образуются гидриды. Поскольку водородная хрупкость a-f- - и -сплавов обусловлена в основном направленной диффузией водорода или транспортировкой атомов водорода дислокациями, то можно предполагать, что водород не должен оказывать вредного влияния при симметричном циклическом нагружении и может снижать циклическую прочность при несимметричных циклических нагрузках. [c.470]

К числу новых материалов относятся, в частности, высокопрочные титановые сплавы, более широкое применение которых в народном хозяйстве создаст условия для ускоренного освоения новой техники и технологии и обеспечит увеличение надежности и ресурса ее эксплуатации. До последнего времени титановые сплавы применяли в основном в авиационной и ракетной технике. Для широкого внедрения титановых сплавов в других отраслях промышленности требуются более разносто-рюнние глубокие знания вопросов работоспособности и конструктивной прочности сплавов в различных условиях нагружения, особенно при циклических нагрузках в агрессивных средах. Вопрос о закономерностях изменения долговечности и выносливости сплавов важен еще и потому, что опыт их эксплуатации сравнительно невелик, а влияние различных факторов, определяющих надежность и долговечность, изучено недостаточно. [c.4]

Несгационарность нагружения. При эксплуатации конструкций отдельные детали часто подвергаются нестационарным циклическим нагрузкам. Фактических данных по влиянию нестационарности циклического нагружения на усталостные свойства титановых сплавов мало. Автор работы [ 166] определял влияние циклических перегрузок на усталостную прочность сплава титана ПТ-ЗВ и стали марок 15 и Ст4. Он пришел к выводу, что у материалов, которые имели близкий предел выносливости, одинаковые кратковременные циклические перегрузки могут приводить и к упрочнению, и к разупрочнению, однако закономерности при этом не установлено. Сплав ПТ-ЗВ показал наименьшую чувствительность к перегрузкам. И.В. Козлов, Н. И. Вассерман и др. [ 167] провели исследования усталостной прочности образцов диаметром 10 мм сплава ВТ6 (Ов = 680 МПа, 5 = 16 %, 0= 49 %) при нестационарном нагружении круговым изгибом. Испытание большого количества образцов каждой партии позволяло с достаточной достоверностью проводить статистический анализ результатов и получать вероятностную картину предела выносливости при заданном числе циклов. Это дало возможность исключить влияние на получаемые усталостные характеристики естественного разброса при испытаниях. Прежде всего было определено действие предварительного нагружения циклическими напряжениями ниже стационарного предела выносливости на вторичный предел выносливости (рис. 108). Из рис. 108 видно, что предварительное нагружение сплава ВТ6 приводит к заметному повышению вторичного предела выносливости, несколько большего в области малой вероятности разрушения. [c.172]

Многочисленные исследования показали, что одним из наиболее эффективных методов воздействия на состояние поверхности, приводящих к повышению циклической прочности, является предварительное поверхностное пластическое деформирование (ППД). При этом применение ППД повышает циклическую прочность не столько в области многоцикловой усталости, сколько при больших перегрузках. Известны примеры, когда применение методов ППД позволяет повысить долговечность деталей из титановых сплавов, работающих в области малоциклового нагружения, в 17 — 20 раз, а предел выносливости—в 2 раза [ 187, с. 35, 43]. Вместе с тем по сравнению с многоцикловой усталостью эффективность применения ППД для деталей, работающих в малоцикловой области, изучена меньше. До последних лет отсутствовало даже научно обоснованное объяснение влияния ППД при больших перегрузках (выше предела выносливости), так как при этом роль остаточных сжимающих напряжений не может быть решающей. Возникающие при ППД остаточные сжимающие напряжения при значительных циклических пластических деформациях неизбежно релаксируют при первых же циклах нагружения. С целью установления природы влияния ППД на малоцикловую долговечность титановых сплавов были поставлены специальные опыты по изучению влияния ППД на статическую прочность и характер деформации. Исследование проводили на цилиндрических образцах сплава ВТ5-1 диаметром 10 мм. После механической шлифовки и полировки часть образцов подвергали электрополированию до полного удаления наклепанного слоя. Поверхностное пластическое деформирование осуществляли в трехроликовом приспособлении для обкатки (диаметр ролика 20 мм, радиус профиля ролика г= 5 мм, усилие на ролик изменялось от 300 до 1200 Н при определении статической прочности и равнялось 900Н при оценке характера деформирования). Обкатку вели на токарном станке в 2 прохода при скорости вращения шпинделя 100 об/мин [c.193]

Напряженное состояние поверхностных слоев металла оказывает существенное влияние на его выносливость при циклическом нагружении. Для оценки методов и режимов шлифования при различных видах термообработки титановых сплавов авторами проведены испытания на усталостную прочность образцов из сплава ВТ14. Образцы были разделены на три группы 1) отжиг при температуре 750 10°С, выдержка 30 мин, с охлаждением на воздухе 2) закалка с температуры 950 10°С, выдержка 15 мин, охлаждение водой 18—20° С 3) закалка с последующим старением при температуре 500 20°С, выдержка [c.76]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...