Циклическая прочность титана

ЦИКЛИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ТИТАНА [c.225]

В работе [242] была изучена зависимость усталостной прочности от числа циклов для технического титана, упрочненного обкаткой. Усталостная прочность определялась на машинах горизонтального типа при поперечном изгибе вращающегося образца. Исследованию подвергали составные образцы, которые соединяли при давлении в контакте 10 кгс/мм , усилие накатывания составляло 40 кгс. Предел усталости при базе 20 млн. циклоп непосредственно после обкатывания и по истечении 6, 18 и 30 месяцев составил 19,6 23,6 21,8 кгс/мм соответственно. Таким образом, циклическая прочность титана по мере увеличения времени вылеживания увеличи- [c.228]

ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ [c.237]

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]

Добавка титана в количестве 0,1—0,25% к бериллиевой бронзе значительно повышает циклическую прочность сильфонов. Бронза с добавкой титана (титанистая бронза) имеет марку Бр. БИТ ее начинают широко применять для сильфонов. [c.70]

Добавка титана к медно-бериллиевым сплавам тормозит дисперсионное твердение у границ зерен, повышает эффект упрочнения и способствует понижению содержания бериллия. Бронзы БНТ обладают большей пластичностью, Пружины, изготовленные из них, имеют повышенную циклическую прочность и меньший гистерезис. [c.278]

В работе [86] была исследована циклическая прочность двух типов сварных листовых соединений аргонодуговая сварка встык с присадкой и контактная шовная сварка встык с двусторонними накладками. Испытание образцов велось плоским симметричным изгибом. Разрушение образцов происходило по месту сплавления металла шва с основным металлом, т. е. по месту конструктивного концентратора напряжений. Для того чтобы оценить раздельно роль внешних концентраторов и роль самой сварки ( внутренний концентратор) на усталостную прочность сварных соединений титана, были определены пределы выносливости образцов без усиления и накладок, которые перед циклическим нагружением срезались. В этих испытаниях определено снижение циклической прочности только в результате действия структурных или внутренних концентраторов. Как видно из рис. 69, на котором представлены основные результаты работы, предел выносливости таких образцов оказался еш,е более низким, чем у образцов с усилением эффективный коэффициент внутренней концентрации для аргонодуговой и контактной сварки оказался соответственно 1,74 и 3,25. Все образцы этих серий разрушались по шву. Сопоставление усталостной прочности сварных соединений титана с подобными соединениями других металлов (стали, алюминиевые сплавы) показало, что они имеют близкие значения отношений предела усталости сварного соединения и основного металла. Эксперименты показали, что пределы усталости стыковых соединений титановых листов при изгибе, выполненных ручной аргонодуговой сваркой и контактной сваркой, составляют соответственно 77 и 65% от усталостной прочности основного металла причем снижение предела выносливости идет в основном за счет внутренних структурных дефектов сварного шва. [c.150]

Влияние низкоэнергетической ионной имплантации (5-10 Кэв) ионов азота на механические свойства и циклическую прочность при повторном растяжении на образцах из малоуглеродистой стали (0,17% С) и титана ВТ1-0 изучали в работе [108]. Глубина проникновения ионов азота в поверхностные слои по [c.193]

Интересные экспериментальные данные были получены при исследовании влияния наноструктурного состояния титана ВТ 1-0 на циклическую прочность в условиях изгиба с вращением [23]. В табл. 6.2 представлены механические свойства титана в различном структурном состоянии, а на рис. 6.5 - кривые уста- [c.213]

Исследование влияния содержания титана (в диапазоне от 1,5 до 5,4 вес.%) на циклическую прочность (на базе 5 10 циклов) в условиях кругового изгиба в сплаве системы Си-Т1 показало 36], что предел выносливости возрастает с увеличением его содержания как в состоянии твердого раствора, так и при оптимальном режиме старения (рис. 6.16). [c.222]

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 работе [239] было обнаружено, чю повышение содержания водорода в титане с 0,002 до 0,03% (по массе) увеличивает предел усталости на 10—15%. Повышение предела усталости авторы объясняют увеличением статической прочности титана вследствие введения водорода, а также упрочняющим действием гидридов, выделяющихся в процессе испытаний благодаря незначительному повышению температуры образца. Упрочняющее действие гидридов в условиях циклических испытаний превалирует над их действием как концентраторов напряжения. [c.468]

Сравнительные испытания твердосплавных резцов при точении титановых сплавов показывают (фиг. 52), что резцы, оснащенные твердым сплавом вольфрамо-кобальтовой группы (ВК), имеют большую стойкость, чем резцы с пластинками титано-кобальтовой группы (ТК). Это объясняется более высокой циклической прочностью твердых сплавов вольфрамовой группы, а также химическим сродством твердых сплавов титано-кобальтовой группы с обрабатываемым материалом — титановыми сплавами, вследствие чего происходит взаимодействие между контактными поверхностями резца и обрабатываемого металла. [c.113]

Анализ результатов исследований температурной зависимости усталостной прочности титана и железа показывает, что в интервале температур, вызывающих деформационное старение, предел усталости повышается до значений, равных циклическому пределу пропорциональности (упругости). [c.173]

Исключительная стойкость титана во многих природных и промышленных агрессивных средах делает его ценным материалом, но чувствительность к концентрациям напряжений иногда резко снижает эффективность его применения, хотя правильное использование поверхностной пластической деформации в местах концентраций может свести к минимуму это отрицательное свойство. Следует отметить также сравнительно небольшой опыт эксплуатации титановых сплавов, что требует статистического подхода к анализу результатов испытаний усталостной прочности, выносливости и надежности при циклическом нагружении. [c.137]

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]

Ранее была отмечена особая чувствительность усталостной прочности титановых сплавов к характеру финишной поверхностной обработки.. Естественно, что многие исследования были направлены на разработку специальных методов поверхностного упрочнения титана, максимально повышающих его предел выносливости. Выявлен наиболее эффективный способ—применение различных видов ППД. Этот способ уже широко используют для многих металлов, а для титановых сплавов он оказался крайне необходимым и перспективным. По исследованиям в этом направлении в настоящее время постоянно публикуется большое число работ (главным образом в периодической литературе). Можно без преувеличения утверждать, что основные резервы повышения усталостной прочности титановых сплавов состоят именно в правильном выборе метода ППД и финишного сглаживания поверхности деталей, подвергающихся циклической нагрузке. Если для стали основная польза ППД заключается в создании сжимающих поверхностных напряжений, то для титановых сплавов, как уже показано, имеет не меньшее значение повышение прочности (за счет наклепа) и однородности механических свойств поверхностных слоев. Часто поверхностный наклеп титана необходим, чтобы снять неблагоприятный эффект предшествующей обработки, которую исключить из технологического процесса не всегда уда ется (например, шлифование или травление). [c.196]

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]

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]

Относительная прочность сварных соединений технического титана марки ВТ1 толщиной 1,5 мм при циклических нагрузках приведены на фиг 191 — 192. [c.552]

Характерным для титана также является его высокая устойчивость в условиях одновременного воздействия циклических нагрузок и коррозионной среды. В табл. 35 и на фиг. 32 представлены данные о коррозионно-усталостной прочности ряда металлов и титана. Испытания в растворах поваренной соли и соляной кислоты проводились на машине типа ЛКИ-2р, осуществляющей 68 [c.68]

Циклическую прочность титана иосле отжига па воздухе и после вакуумиого отжига по двум вариантам изучили Б. Б. Чечулш п В. И. Сыщиков [238]. После вакуумного отжига ударная вязкость титана возросла более чем в два раза, что говорит о значительном удалении водорода из титана. Однако предел выносливости надрезанных образцов существенно не изменился. Предел выносливости гладких образцов после вакуумного отжига (т.е. при меньшем содержании водорода ) несколько меньше, чем после отжига в воздушной атмосфере. Авторы полагали, что этот эффект следует связать с более крупным зерном после вакуумного отжига, а не с влиянием водорода. Позднее было показано, что уменьшение содержания водорода в титане приводит к снижению его усталостной ирочности. [c.468]

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]

В данной работе приведены результаты экспериментального исследования циклической прочности двух сплавов титана псевдо-а-титанового сплава ВТ18У и (а -Ь Р)-сплава ВТЗ-1, для нолуче-чения которых необходимо следующее [c.361]

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]

Данные рис. 41 свидетельствуют о заметном влиянии покрытий на ударно-циклическую прочность Оп. Например, бомбардировка ионами титана, сопутствующая процессу нанесения покрытия TiN методом КИБ, несколько увеличивает ударно-циклическую прочность твердого сплава ВКб. Последующее нанесение покрытия TiN еще больше увеличивает прочность. Большое влияние на ударноциклическую прочность оказывает и толщина покрытия (табл. 25). [c.91]

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]

Форма впадины наружной резьбы влияет иа циклическую прочность болта. Наименьшую циклическую прочность имеют болты с плоской впадиной профиля, наибольшую (рнс. 3) — с впадиной, очерченной радиусом Я= Я/4 = 0,216Р (при закругленной впадине резьбы значительно уменьшается концентрация напряжений). Указар.иая зависимость циклической прочности ит радиуса была подтверждена для резьбовых соединений с натягом, изготовленных из титана 1 жаропрочных материалов. Радиус / применяют при больших переменных нагрузках. Статическая прочность болтов с закругленной впадиной не намного выше, чем у болтов с плоским срезом впадины профиля (разница только благодаря увеичению болта). [c.150]

Форма впадины резьбы влияет нл циклическую долговечность болтов [1 ]. Наименьшую циклическую долговечность имеют болты с плоской впадиной профиля, наибольшую —со впадиной, очерченной радиусом R = Я/4 0,216Р (ири закругленной внадине резьбы значительно уменьшается концентрация напряжений). Указанная зависимость подтверждена результатами экспериментальных исследований резьбовых соединений с натягом, изготовленных из титана и жаропрочных материалов [21 ]. Статическая прочность болтов с закругленной впадиной незначительно превышает прочность болтов с плоским срезом впадины (разница обусловлена лишь увеличением диаметра болта). [c.277]

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]

Ральцевич Н. В. Влияние циклических перегрузок на усталостную прочность двух марок стали и сплава титана. — Сб. трудов ЛКИ Строительная механика, сварка, прочность конструкций и материалов, технология судостроения , Л., Изд. МВССО СССР, 1971, вып. LXV (75), с. 113—118. [c.244]

Установлено, что для получения сосудов высокого давления, предназначенных для хранения сжиженного газа и жидкостей при температуре окружающей среды и в криогенных условиях, вместо волокна S-стекла лучше применять арамидное или углеродные волокна. Краткое изложение программы НАСА по этому вопросу содержится в литературе [25] и сжато изложено ниже. Для этих сосудов разработано три типа футеровки резиновая, из-тонкого листового металла и из несущего часть нагрузки металла. Сравнительно низкий модуль S-стекла ограничивает его эксплуатационную надежность при использовании резиновой футеровки. Такие сосуды можно применять только до средних давлений и температур. Материал, состоящий из арамидного волокна и эпоксидной смолы, с тонкой алюминиевой футеровкой имеет показатель эксплуатационной надежности порядка 3-10 см. Этот показатель определяют как произведение разрывного внутреннего давления на объем сосуда, деленное на его массу, т. е. PbVIW . Эксплуатационные свойства сферических и цилиндрических сосудов одинаковы. В исследованном диапазоне диаметров сосуды с плоскостной иамоткой превосходят сосуды со Спиральной намоткой. Сосуды из эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном, с несущей нагрузку футеровкой из титана имеют самую малую массу и самую большую долговечность при циклических нагрузках 3000 циклов под давлением, равным 50 % средней прочности на разрыв под действием внутреннего давления. Сосуды с арамидным волокном несколько тяжелее, имеют среднюю долговечность при циклических нагрузках и дешевле сосудов из углеродного волокна. Типичные результаты испытаний опытных сосудов приведены в табл. 16.17—16.19 [25]. [c.233]

Установлено, что сплавы титана при испытаниях во влажном воздухе и в водном 3%-ном растворе Na l склонны к коррозионной усталости. Это выражается в отсутствии истинного предела выносливости при испытании гладких образцов. Коррозионная среда снижает время до разрушения всех исследуемых сплавов (за исключением технически чистого титана) при высоких циклических нагрузках, т. е. уменьшает ограниченную выносливость. В общем же титан и его сплавы обладают высоким сопротивлением коррозионной усталости в различных агрессивных средах [438 455]. Установлено, что малая чувствительность к коррозионной среде (т. е. коррозионно-усталостная прочность при jV=10 циклов одинакова при испытании на воздухе и в 3%-ном Na l) технически чистого титана и сплавов титана сохраняется при различных термообработке, структуре и текстуре, частоте и виде нагружения [438]. [c.177]

Установлена возможность получения прочных сварных соединений титана ВТ1 с алюминиевым сплавом АМгб с применением холодной сварки. Эксперименты проводили на цилиндрических стыковых образцах как с подогревом, так и при нормальной температуре. Необходимый характер деформирования обеспечивали различной величиной вылета А и / 2 свариваемых деталей (рис. 13.16). Чтобы деформировать объем металла, обеспечивающий удовлетворительное качество сварки, процесс осадки циклически повторяли. Результаты испытаний показали высокую прочность соединений (Ов = 304.. .310 МПа). [c.204]

Испытания на усталость производились на машинах типа ЛКИ-2р, на которых осуществлялся переменный изгиб консоль-ного образца, при вращении со скоростью 1370—1450 об/мин. Было показано, что предел усталости (за 10 циклов) гладких образцов технического титана составляет 30,8 кг/мм , или 52,5% от предела прочности и 61% от предела текучести (при остаточной деформации 0,2%). Надрез заметно снижает предел усталости, но чувствительность титана к надрезу при циклических испытаниях меньше, чем, например, стали. Очевидно, это связано с более высокой вязкостью титана. [c.17]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...