Замедленное разрушение титановых сплавов

ЗАМЕДЛЕННОЕ РАЗРУШЕНИЕ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ [c.186]

Склонность сварных титановых конструкций к замедленному разрушению и образованию холодных трещин была обнаружена уже в первые годы их применения. Вначале это явление связывали только с водородом, по впоследствии оказалось, что замедленное разрушение наблюдается и в вакуумированном металле. Хотя замедленное разрушение титановых сплавов в наибольшей степени проявляется в сварных соединениях, оно наблюдается и в деформированном, и в литом металле. В сварных соединениях замедленное хрупкое разрушение наиболее опасно потому, что в металле шва и околошовной зоны прп сварке фиксируется огромное [c.186]

Замедленное разрушение титановых сплавов проявляется в определенном температурном интервале [347]. [c.445]

Рассмотренный выще механизм замедленного разрушения справедлив применительно не только к закаливающимся сталям, но и к сплавам титана с высоким пределом текучести [2, 83]. При этом следует отметить, что избыточная концентрация вакансий в сплавах титана должна быть ниже, чем в сталях, в связи с малым объемным эффектом и высокой температурой -превращения. Это может служить одной из причин более длительного разрушения титановых сплавов с высоким пределом текучести по сравнению с закаленной сталью. Основные источники избыточной концентрации вакансий в титановых сплавах закалка с высоких температур (околошовная зона) и значительная локальная деформация по границам зерен и плоскостям спайности при выделении гидридной фазы. [c.158]

Титан охрупчивается под действием водорода, образующегося в результате электрохимической коррозии или поглощаемого металлом из газовой фазы. С увеличением содержания водорода в свариваемом титане возрастает склонность к образованию холодных трещин в сварных конструкциях. Разрушение в большинстве случаев зарождается вблизи сварного шва в зоне термического влияния, что связано с повышенным содержанием в ней водорода. Холодные трещины в сварных соединениях возникают спустя некоторое время после сварки, причем инкубационный период может длиться несколько месяцев [13]. Из отечественных сплавов наиболее склонны к замедленному разрушению а-сплав ВТ5-1 и псевдо-а-сплавы 0Т4 и 0Т4-1. В литературе [211] указывается, что в напряженных изделиях из титановых сплавов возможно перераспределение водорода в поле упругих напряжений. По этой и другим причинам в сварных соединениях из титана и его сплавов наблюдается образование двух пиков повышенного содержания водорода (в 2— [c.77]

Изложенные выше данные позволяют достаточно точно и подробно оценить условия образования трещины при коррозионном растрескивании. Вместе с тем эти факторы еще не полностью раскрывают природу развития трещины. При анализе ее развития следует обращать внимание на особенности вида излома. Поверхность излома коррозионного растрескивания всегда темная, похожая на поверхность излома замедленного разрушения псевдо-а-титановых сплавов, имеющих повышенное содержание водорода. Как известно, в таких сплавах под действием напряжений или в результате пластических деформаций может происходить в определенном временном интервале распад пересыщенной водородом а-фазы с выделением мелкодисперсных гидридов (необратимая водородная хрупкость II рода). Темный цвет поверхности излома, видимо, связан в этом случае также с наличием на поверхности излома гидридов [c.63]

При замедленном разрушении могут наблюдаться как множественные, так и единичные трещины. Так, в сварных соединениях титановых сплавов [59] при ЗР количество возникающих трещин уменьшалось с повышением содержания водорода, одновременно повышалась скорость их развития. Наоборот, при уменьшении содержания водорода и при переходе на другой, более пластичный сплав разрушение происходило сравнительно медленно и главным образом в результате образования новых трещин. В сопоставимых условиях нагружения (в частности, по величине статического напряжения) трещины при ЗР имеют менее разветвленный характер, чем при коррозионном растрескивании (рис. 34). Несмотря на общую тенденцию к переходу от внутризеренного к межзеренному разрушению при уменьшении скорости нагружения (деформирования), трещины ЗР во многих материалах не обязательно проходят по границам зерен. [c.57]

Хотя, как правило, лишь в исключительно редких случаях разрушение происходит из-за несоответствия марки материала указанной в чертеже, проведение химического анализа все же необходимо при этом следует обратить внимание на содержание вредных примесей, а в ряде случаев газов. Например, по-вышенное содержание в никель-хромовых жаропрочных сплавах свинца, висмута, олова, сурьмы приводит к резкому падению жаропрочности, повышенное содержание водорода в стали и титановых сплавах — к увеличению хрупкости, склонности к замедленному разрушению. [c.177]

Болты из титановых сплавов малочувствительны к перекосу опорных поверхностей при статических нагрузках и не обнаруживают склонности к замедленному хрупкому разрушению. Однако ввиду высокой чувствительности титановых сплавов к остаточным напряжениям растяжения шлифование резьбы болтов, работающих при переменных напряжениях, недопустимо. [c.146]

В последние годы все шире применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к существенному повышению вязкости разрушения, уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозионному растрескиванию. [c.381]

Сплавы на основе титана не склонны к образованию горячих трещин. Однако высокая химическая активность титана к элементам внедрения (О2, Нз, N2) и термическая нестабильность двухфазных (a-f-p) титановых сплавов, особенно в зонах термического воздействия цикла сварки, могут вызвать замедленное разрушение. [c.331]

Возникновению замедленного разрушения способствует ряд факторов наличие на поверхности образца (детали) хрупкого слоя, образовавшегося в результате насыщения газами или другими элементами (наводораживание, азотирование, науглероживание сталей, титановых сплавов и т. д.), или чрезмерного наклепа, наличие внутренних растягивающих напряжений, возникающих в результате сварки, закалки, механической обработки и т. д. [c.362]

При замедленном разрушении наблюдаются случаи возникновения как множественных, так и единичных трещин, что связано, как и при других видах нагружения, со скоростью возникновения и развития трещин. Например, в сварных соединениях титановых сплавов количество возникающих трещин замедленного разрушения уменьшалось с повышением содержания водорода, одновременно повышалась скорость их развития при уменьшении содержания водорода, а также с увеличением пластичности сплава, разрушение происходило сравнительно медленно и главным образом за счет образования новых трещин [13]. В закаленных сталях замедленное разрушение также может являться результатом развития одной трещины, встречались также случаи, когда магистральная трещина образовывалась из нескольких более мелких трещин. [c.362]

На склонность конструкционных сталей и некоторых титановых сплавов к замедленному разрушению значительное влияние оказывает насыщение водородом [1, 6, 12, 14, 17, 18]. А. В. Бобылев установил, что причиной растрескивания латуней при хранении и в эксплуатации является избирательная коррозия на поверхности изделий в сочетании с остаточными растягивающими напряжениями. [c.151]

Форма образцов для испытаний на замедленное разрушение приведена на рис. 73,6, в. Образцы из титановых сплавов не удается нагревать проходящим током до высоких температур из-за потери устойчивости и трудностей, связанных с защитой металла от насыщения газами. Поэтому непосредственно перед испытанием титановые образцы проплавляют вольфрамовым электродом в аргоне так, чтобы околошовная зона располагалась в месте надреза. Надрез необходим не только для фиксации разрушения по околошовной зоне, но и для создания двухосного напряженного состояния в связи с высокой склонностью титановых сплавов к ползучести при комнатной температуре (особенно сплавов с низким пределом текучести). [c.162]

Болты пз титановых сплавов не чувствительны к перекосу опорных поверхностей и пе склонны к замедленному хрупкому разрушению. [c.145]

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]

В настоящем разделе рассматриваются механические свойства титановых сплавов при кратковременных испытаниях на растяжение и изгиб. Их служебные характеристики, такие как прочность при двухосном растяжении, склонность к замедленному разрушению, усталостные характеристики, вязкость разрушения, будут рассмотрены в разделе II. [c.5]

Склонность титановых сплавов к замедленному разрушению усиливается с увеличением содержания в них примесей внедрения азота, кислорода и особенно водорода [360]. В настоящей главе рассматривается лишь влияние кислорода и азота, так как водороду в титане посвящен специальный раздел. [c.188]

ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Н ЗАМЕДЛЕННОМУ РАЗРУШЕНИЮ [c.449]

Обусловленное водородом замедленное разрушение a+ -титановых сплавов чувствительно к структуре [c.456]

Разная чувствительность a+ -титановых сплавов в различных состояниях к замедленному разрушению иллюстрируется рис. 233, на котором показана взаимосвязь времени до разрушения надрезанных образцов и приложенного напряжения для сплава Ti—4А1—4Мп, закаленного и состаренного по режимам, обеспечивающим одинаковую прочность ( 116 кгс/мм ). [c.456]

Водород в сварных соединениях в силу его большой подвижности в условиях сварочного цикла распределяется неравномерно и при средней допустимой концентрации водорода могут создаваться локальные концентрации (линия сплавления для металлов, не образующих гидридов, или зона термического влияния для гидридообразующих металлов), вызывающие возникновение дефектов сварного соединения (поры, трещины) или его замедленное разрушение (титановые сплавы и высокопрочные мар-тенситно-стареющие стали). [c.348]

Замедленное разрешение титановых сплавов наиболее полно было изучено М. X. Шоршоровым с сотрудниками [210, 214, 220]. Исследования были проведены по методике ИМЕТ-4, описанной выше, на плоских образцах толщиной 2- -3 мм из основного металла или со сварными точками. О склонности сплавов к замедленному разрушению судили по величине критериев Ор.тш, Тр и 1 -р. В процессе испытания иа замедленное разруще-ние в сплавах с низким (Ti—3,7А1 0Т4-1) и средним (ВТ6 С) пределами текучести при небольшом содержании примесей виедрения развивается значительная внут-ризеренная деформация. Поперечное сужение Зр в месте надреза составляет для этих сплавов 25—70% от поперечного сужения гладких образцов. Минимальные разрушающие напряжения Ор.тш достигают 75—95% от предела текучести сплавов. [c.187]

Причпиоп разрушения титана и его сплавов могут быть 1акже жидкие металлы. В1 ервые разрушение по этой прич]п1с было отмечено при испытании на выносливость компрессора Вестингауз ХУ-54, в котором разрушился диск 16-й ступени [221, с. 152]. Причиной разрушения оказалось кадмирование болтов. При температурах работы компрессора кадмий плавится, а жидкий кадмий приводит к хрупкому разрушению [230]. Ртуть при комнатной температуре и при температурах 370 и 700° С [53. с. 267], жидкий цинк [221, с. 152] также вызывают хрупкое разрушение титановых сплавов. Замедленное разрушение под действием жидких металлов носит интеркристаллитный характер. Жидкий металл проникает по границам зерен, снижает межзеренную энергию и тем самым облегчает распространение трещнн. [c.195]

Авторы [347] приходят к выводу, что состаренный сплав с большей прочностью более склонен к замедленному разрушению, чем сплав в закаленном состоянии с меньшей прочностью. Упрочнение, достигнутое путем термической обработки, усиливает склонность титановых сплавов к замедленному разрушению, если содержание водорода в них превышает допустимое значепие. [c.457]

MПa м / , если не превысил пороговую величину = 28 МПа-м / (рис. 6.10). Переход к (K i)max 30 МПа-м / и выше приводил к тому, что после достижения некоторой минимальной скорости роста при (АКт) около 2 МПа-м трещина не останавливалась, а начинала ускоряться, несмотря на последовательное снижение размаха КИН. Такое поведение материала может быть отнесено к существующей чувствительности титановых сплавов к размеру зоны пластической деформации [31]. Структурная чувствительность материала связана с тем, что при размере зоны пластической деформации меньшем, чем размер субзерна, трещина может ускоряться из-за смены механизма разрушения — трещина распространяется по границам пластинчатой двухфазовой структуры. В этом случае при высокой асимметрии цикла нагружения может возникать явление роста трещины при низкой температуре окружающей среды аналогично тому, как это происходит в сталях при их замедленном хрупком разрушении. Развитие разрушения обусловлено высокой концентрацией нагрузки из-за наличия значительной по своей протяженности трещины и имеющей место чувствительности межсубзеренных границ к реализуемому напряженному состоянию. [c.297]

Однозначную трактовку излома затрудняет то, что в ряде случаев различным видам нагружения соответствует в основных чертах один и тот же характер разрушения, в то же время одинаковый вид нагружения в зависимости от состояния материала может привести к разрушению разного характера. Например, при усталостном нагружении листовых образцов из алюминиевого сплава системы А1—Си—Li в состоянии фазового старения наблюдается внутризеренное разрушение, в состоянии коагуляционного старения — межзеренное. Внутризеренное разрушение набюдается в большинстве материалов при однократном нагружении, усталости, а также замедленном разрушении при нормальной температуре, например в ряде титановых сплавов с псевдоальфа-структурой (0Т4, 0T4-I). [c.7]

Возникновению излома ЗР способствует наличие на поверхности детали (образца) хрупкого слоя, образовавшегося в результате насыщения газами или другими элементами (наводо-роживание, науглероживание сталей, титановых сплавов и т.д.) или чрезмерного наклепа. Часто решающим фактором является действие внутренних растягивающих напряжений, возникших при сварке, закалке, механической обработке и пр. Возникновению замедленного разрушения способствуют факторы, увеличивающие концентрацию напряжений риски от механической обработки, дефекты поверхности, недостаточные радиусы в гал-тельных переходах и т. п. [c.56]

При ЗР, так же как и в большинстве других случаев разрушения, характер трещин (внутризеренный или межзеренный) в весьма существенной степени определяется классом и структурой материала. Так, алюминиевые сплавы замедленно разрушаются, как правило, по границам зерен (то же наблюдалось в литейных магниевых сплавах) стали— часто по телу зерен или границам субзерен в титановых сплавах наблюдалось приграничное [20] и внутризеренное развитие трещин ЗР. В титановых альфа-и псевдоальфа-сплавах (ОТ4-0, ВТ 1-0) при повышенном содержании водорода ЗР происходит по телу зерен с [c.57]

Подобное чередование шероховатости на изломах ЗР в виде периодически повторяющихся полос или кольцевых линий наблюдалось на образцах из титанового сплава 0Т4-1, эксплуатационных изломах стали Х15Н5Д2Т (рис. 38, а) и др. На поперечных образцах из сплава 0Т4-1 (содержание водорода 0,05%) в зоне замедленного разрушения, которое развивалось от созданной усталостной трещины, наблюдались перемежающиеся участки матового волокнистого строения и участки в виде блестящих полосок гладкого строения. Кольцевые линии наблюдались в конце зоны замедленного разрушения. [c.62]

В емкости из "титанового сплава BTI4 обнаружено множественное разрушение (рис. 41) после ее транспортировки в контейнере и выдержки в течение длительного времени. Разрушение начиналось от сварных точек (рис. 41,а и б), имело хрупкий характер, на поверхности излома наблюдались следы постепенного развития трещины в виде шевронов. Разрушение могло быть усталостным под действием вибрационных нагрузок при транспортировке в контейнере. Микрофрактографический анализ с помощью оптического микроскопа показал сглаженный рельеф в виде плато вытянутой формы, похожий на усталостный. На электронных фрактограммах усталостных признаков обнаружено не было. На поверхности излома наблюдались хрупкие фасетки, присущие замедленному разрушению (рис. 41, в). На основании исследования сделан вывод о том, что замедленное разрушение произошло при вылел<ивании изделия. Замедленному разрушению способствовала система установки емкости в контейнере, при которой она касалась ложемента не по всей плоскости, а в нескольких участках, что вызвало действие изгибающих напряжений. [c.66]

Ползучесть может наблюдаться не только при высоких, но и при нормальных температурах (холодная ползучесть). В результате такой ползучести резьбовые детали (болты, шпильки), изготовленные из материалов с метастабильной структурой и малой пластичностью, например из сталей ЗОХГСА, ЗОХГСНА > > 1200 МПа), а также высокопрочных титановых сплавов, могут разрушиться через несколько часов (дней) после установки их в узлы с предварительной затяжкой, но без рабочей нагрузки. Это явление называют замедленным хрупким разрушением. Его основные особенности — внезапность и макрохрупкий излом. [c.169]

При комнатной температуре поверхность титана растворяет кислород, образуется его твердый раствор в а-титане. Возникает слой насыщенного раствора, который предохраняет титан от дальнейшего окисления. Этот слой называют альфированным. При нагреве титан вступает в химическое соединение с кислородом, образуя ряд окислов от TigO до Ti02- По мере окисления изменяется окраска оксидной пленки от золотисто-желтой до темно-фиолетовой, переходящей в белую. По этим цветам в околошовной зоне можно судить о качестве защиты металла при сварке. С азотом титан, взаимодействуя активно при температуре более 500 °С, образует нитриды, повышающие прочность, но резко снижающие пластичность металла. Растворимость водорода в жидком титане больше, чем в стали, но с понижением температуры она резко падает, водород выделяется из раствора. При затвердевании металла это может вызвать пористость и замедленное разрушение сварных швов после сварки. Все титановые сплавы не склонны к образованию горячих трещин, но склонны к сильному укрупнению зерна в металле шва и околошовной зоны, что ухудшает свойства металла, [c.199]

Извеетно, что замедленному разрушению способствует неоднородность структуры (закалка стали без отпуска, перегрев при закалке, наводороживание сталей и титановых сплавов, переходная зона сварных соединений и т. п.) и нагружения (надрезы, трещины, перекосы и т. п.), повышенные запасы упругой энергии системы, воздействие коррозионных и поверхностно-активных сред [11]. В зависимости от условий эксплуатации или испытаний один и тот же материал может обнаруживать или не обнаруживать склонности к замедленному разрущению (рис. 1 и 2). [c.210]

В настоящей работе авторы обобщили литературные данные п некоторые неопубликованные собственные результаты по механическим свойствам титана и его сплавов. В предлагаемой читателю монографии рассмотрены механические свойства титана и его сплавов при различных схемах проведения испытаний — растяжение, удар, двухосное растяжение, циклические и статические нагрузки. Значительное место уделяется сравнительно мало известным проблемам замедленному разрушению, вязкости разрушения и солевой коррозии титановых сплавов. Работы последних лет показали, что указанные явления необходимо учитывать при разработке реальных конструкций во избежание внезапных разрушений. Мы хотели бы подчеркнуть, что на важность замедленного разрушения, вязкости разрушения и солевой коррозии в служебных характеристиках титана и его сплавов наше внимание обратил проф. докт. техн. наук [c.3]

М. X. Шоршоров [210] отмечает следующие особенности замедленного разрушения сварных соединений из титановых сплавов но сравнению со сталями [c.183]

Для развития замедленного разрушения титана и его сплавов требуется большее время, чем для замед-лешюго разрушения сталей. Это обусловлено тем, что ко1щентрация избыточных вакансий в титановых сплавах меньше, чем в сталях, главныл образом из-за меньшего объемного эффекта полиморфного превращения. [c.183]

Напряжения, вызывающие замедленное разруше-ние титановых сплавов, значительно ближе к пределу текучести (особенно при малом содержании примесей иисдрення), чем напряжение, вызывающее замедленное разрушение закаленных сталей. [c.183]

По возрастанию склонности к замедленному разрушению М. X. Шоршоров и В. Н. Мещеряков [220] располагают титановые сплавы в следующей последователь- [c.190]

В титановых сплавах замедленное разрущение осложняется крипом, который происходит прн необычно низких температурах. Прп комнатной температуре может произойти заметная пластическая деформация, обусловленная крипом, и привести к узкому интервалу замедленного разрушения в ненадрезанных образцах независимо от того, есть в них водород или нет. Замедленное разрущение, обусловленное водородом, можно отделить от явлений, связанных с крипом, замеряя электросопротивление в процессе нагружения и корректируя его с учетом изменения сечения образца при крипе. [c.440]

Вильямс [333] на примере сплава Ti—4А1—4Мп показал, что замедленное разрушение a-f -титановых сплавов, иосит хрупкий характер в очень узком ннтерва- [c.446]

Из опробованных Ю. В. Горшковым различных схем статических испытаний (растяжение надрезанных образцов свободно висящим грузом, статический консольный изгиб образцов с предварительно нанесенной усталостной трещиной, двухосное растяжение по схеме Е. А. Борисовой, растяжение надрезанных образцов по схеме Трояно) для пруткового материала и других массивных полуфабрикатов наиболее чувствительным методом оценки склонности к замедленному хрупкому разрушению оказались испытания по схеме Трояно [219], в которой надрезанные круглые образцы нагружаются постоянной нагрузкой за счет упругой деформации предварительно сжатого кольца. Следует также отметить, что приспособления Трояно компактны, просты в изготовлении и надежны в работе. Поэтому оценка склонности титановых сплавов к замедленному разрущению была проведена по схеме Трояно. [c.449]

Титановые сплавы с -структурой (ВТ15 и -III) также мало склонны к замедленному хрупкому разрушению. При концентрациях водорода до 0,1% (по массе) за 500 сут. не разруишлся ни один образец даже при напряжениях, составляющих 0,95 от предела прочности надрезанного образца. Таким образом, при комнатной температуре склонность титановых сплавов к замедленному разрушению уменьшается с увеличением количества -фазы. [c.452]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...