Дислокационная структура титанового сплава ВТ22 в условиях циклического нагружения с различными частотами

Abstract

Исследована дислокационная структура сплава системы Ti—5%Al—5%V, испытанного на циклическую прочность и трещиностойкость в условиях симметричного растяжения- сжатия с частотами 100, 500 Гц и 3, 10 кГц. Идентичность условий испытаний позволила провести сравнительный анализ влияния частоты нагружения на эволюцию дислокационной структуры основного объема материала в период накопления усталостных повреждений и в зоне разрушения на стадии развития усталостной трещины. Показано, что на обеих стадиях нагружения наблюдается адаптация микромеханизмов пластической деформации к скорости нагружения. В первом случае это обусловлено тем, что снижение активности работы источников Франка-Рида в условиях высокочастотного нагружения компенсируется более выраженной деформацией α-фазы вследствие формирования дефектов упаковки. Во втором случае высокий уровень локальных напряжений активизирует поперечное скольжение и формирование ячеистой структуры в α- и β-фазах, размер элементов которой уменьшается с ростом частоты нагружения. Незавершенность релаксационных процессов при высокочастотном циклическом нагружении компенсируется деформацией приграничных объемов, исходно присутствующих в α-фазе двойников.

Досліджено дислокаційну структуру сплаву системи Ti-5%Al-5%V, що випробовували на циклічну міцність та тріщиностійкість за умов симетричного розтягу-стиску з частотами 100; 500 Гц і 3; 10 кГц. Ідентичність умов досліджень дозволила провести порівняльний аналіз впливу частоти навантаження на еволюцію дислокаційної структури основного об’єму матеріалу в період накопичення утомних пошкоджень і в зоні руйнування на стадії розвитку тріщини від утомленості. Показано, що на обох стадіях навантаження має місце адаптація мікромеханізмів пластичної деформації до швидкості навантаження. У першому випадку це зумовлено тим, що зниження активності роботи джерел Франка-Ріда за високочастотного навантаження компенсується більш вираженою деформацією α-фази за рахунок формування дефектів упаковки. У другому випадку високий рівень локальних напружень активізує поперечне ковзання і формування комірчастної структури в α- і β-фазах, розмір елементів якої зменшується зі збільшенням частоти навантаження. Незавершеність релаксаційних процесів за високочастотного циклічного навантаження компенсується деформацією приграничних об’ємів, що початково присутні в α-фазі двійників.

We study the dislocation structure of the alloy of the system Ti-5Al-5V tested on cyclic strength and crack resistance under symmetric cycling conditions with frequencies of 100 and 500 Hz, 3 and 10 kHz. The identical loading conditions made possible a comparative analysis of the loading frequency effect on the evolution of dislocation structure of the basic volume of material in the period of fatiguedamage accumulation and of the fracture zone at the stage of fatigue-crack propagation. It is shown that adaptation of plastic-strain micromechanisms to the loading rate is observed at both stages of loading. In the first case, this is attributed to the fact that reduction of activity of the Frank-Reed sources under highfrequency loading conditions is compensated by more pronounced deformation of the α-phase due to the formation of package defects. In the second case, a high level of local stresses activates transversal sliding and formation of cell structure in α- and β-phases, whose elements diminish in size with increase in loading frequency. Incompleteness of relaxation processes under high-frequency loading conditions is compensated by deformation of material volumes that are close to the boundary, and of twins initially present in the α-phase.