Взаимосвязь микромеханизмов структурной перестройки титанового сплава ВТ18У в процессе усталостного разрушения

Abstract

Исследована дислокационная структура псевдо-α-сплава системы Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si, испытанного на усталость и циклическую трещиностойкость в идентичных условиях симметричного растяжения-сжатия с частотами 100, 500, 3000 и 10000 Гц. Показано, что эволюция структуры сплава в период накопления усталостных повреждений наблюдается в ограниченном числе микрообъемов в области локальных концентраторов напряжений на фоне значительного количества возникающих, но не развивающихся зон структурных изменений и практически неизменного состояния остального материала. На стадии развития магистральной трещины структура зоны пластической деформации в ее вершине представляет собой дальнейшее логическое развитие структуры, сформированной на стадии накопления усталостных повреждений. Однако значительно более высокий, чем в основном объеме материала уровень напряжений приводит к формированию дополнительных структурных элементов и ослаблению роли локальных концентраторов напряжений. Указанные закономерности справедливы во всем исследованном диапазоне частот циклического нагружения. Изменение скорости циклического нагружения несущественно уменьшает размеры микрообластей максимальных структурных изменений в период накопления усталостных повреждений и элементов ячеистой структуры на стадии развития магистральной трещины.

Досліджена дислокаційна структура псевдо-α-сплаву системи Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si, який випробовували на втому та циклічну тріщиностійкість в ідентичних умовах симетричного розтягу-стиску з частотами 100, 500, 3000 і 10000 Гц. Показано, що еволюція структури сплаву в період накопичення втомних пошкоджень спостерігається в обмеженій кількості мікрооб’ємів в області локальних концентраторів напружень на тлі значно більшої кількості зон структурних змін, що виникають, але не розвиваються, і практично незмінного стану решти матеріалу. На стадії розвитку магістральної тріщини структура зони пластичної деформації в її вістрі представляє собою подальший логічний розвиток структури, сформованої на стадії накопи чення втомних пошкоджень. Однак значно вищий, ніж в основному об’ємі матеріалу рівень напружень приводить до формування додаткових структурних елементів та послаблення ролі локальних концентраторів напружень. Вказані закономірності справедливі для всього досліджуваного діапазону частот циклічного навантаження. Зміна швидкості циклічного навантаження в незначній мірі зменшує розміри мікрообластей максимальних структурних змін у період накопичення втомних пошкоджень та розмір елементів комірчастої структури на стадії розвитку магістральної тріщини.

We study the dislocation structure of quasi-α-alloy of the Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si system subjected to fatigue and crack propagation resistance tests under the identical symmetrical tension-compression conditions with frequencies of 100, 500, 3000 and 10000 Hz. It is shown that at the fatigue-damage accumulation stage, evolution of the alloy structure manifests itself in a limited number of microvolumes located in the region of local stress concentrators with the background of much more numerous emerging but nonpropagating zones of structural changes, while the rest of material remains practically unchanged. At the stage of macrocrack propagation, structure of the plastic strain zone at the crack tip is a further logically justified development of the structure formed at the fatigue-damage accumulation stage. However, the level of stresses that significantly exceeds the one observed in the bulk material results in formation of additional structural elements and decreases the effect of the local stress concentrators. The above behavior is observed for the whole investigated frequency range of cycling loading. Change in the cycling rate results in the insignificant size reduction of microvolumes with maximal structural changes at the stage of fatigue-damage accumulation and of cell-structure elements at the stage of macrocrack propagation.