Влияние температуры испытания на ударную вязкость корпусных титановых а-сплавов при сложных условиях деформирования » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние температуры испытания на ударную вязкость корпусных титановых а-сплавов при сложных условиях деформирования

02.11.2020

В реальной корпусной конструкции материал может находиться в самых разнообразных условиях нагружения. При лабораторных исследованиях стремятся воспроизвести наиболее жесткие условия, которые создаются, в частности, при испытании надрезанных образцов типа Менаже на динамический изгиб (на ударную вязкость). Одновременное действие при этих испытаниях высокой скорости деформирования и надреза настолько усложняют напряженное и деформированное состояние, что строгий теоретический анализ ударной вязкости до сих пор не осуществлен, хотя испытания на ударный изгиб применяются с конца XIX века.

Тем не менее ударная вязкость является весьма чувствительной характеристикой при оценке сопротивляемости металла отрыву и склонности к охрупчиванию. Несмотря на большие преимущества испытаний на ударную вязкость (главным образом их простота), по мнению ряда исследователей, они имеют и весьма существенные недостатки. К числу этих недостатков прежде всего относятся условность и неопределенность самого понятия «ударная вязкость» как удельной суммарной работы разрушения, включающей в себя все стадии деформации и разрушения материала (в том числе работу образования и распространения трещины). Однако Г.В. Ужик, опираясь на экспериментальные данные, полученные при исследовании сталей с различным содержанием углерода, выдвинул гипотезу о том, что вязкость как комплекс свойств материала при данных условиях нагружения проявляется почти исключительно в способности материала оказывать сопротивление развитию уже начавшегося разрушения.
Влияние температуры испытания на ударную вязкость корпусных титановых а-сплавов при сложных условиях деформирования

В данной работе не ставилась цель определить степень точности рассматриваемой характеристики как критерия оценки работы материала в реальных условиях, и поэтому автор принимал ее как характеристику, определяющую сопротивление материала деформации и склонность к хрупкому разрушению.

Для оценки склонности материала к хрупкому разрушению обычно испытывают на ударную вязкость серию образцов Менаже при понижении температуры с определением так называемого критического температурного интервала хрупкости, который обнаруживается по резкому снижению ударной вязкости. Однако у титана и его а сплавов при незначительном содержании газовых примесей не обнаруживается температурный интервал хрупкости, так как происходит плавное снижение ударной вязкости при изменении температуры испытаний от комнатной до близкой к абсолютному нулю. Отсутствие хладноломкости а-тита-новых сплавов подтверждается и другими методами испытания, например испытаниями на статическое растяжение.

В настоящей работе было проведено исследование влияния понижения температуры на ударную вязкость а-титановых сплавов по методу Шнадта, который считал, что результаты испытаний по его методу не имеют никакой определенной связи с аналогичными испытаниями образцов типа Менаже, Изода и Шарпи. Для сравнения проведены испытания образцов Менаже из тех же материалов.

Методика исследования и результаты испытаний


Были исследованы два титановых сплава, химический состав и механические свойства которых приведены в таблице. На ударную вязкость испытывались образцы типа Менаже и Шнадта с надрезом по основному металлу и зоне термического влияния (глубина надреза 2 мм, радиус надреза 1 мм). Для определения ударной вязкости зоны термического влияния на пластинах толщиной 40 мм предварительно производилось частичное проплавление методом аргоно дуговой сварки без присадочного материала на автомате АДС 1000-2В по режиму: Iсв = 400 а, Uд = 12—13 в; Vсв = 9 м/час. Такой режим, как правило, применяется при ручной аргоно-дуговой сварке корпусных титановых сплавов в процессе заполнения разделки присадочным материалом.

Из металла с частичным проплавлением образцы вырезались в поперечном направлении относительно расплавленного материала с таким расчетом, чтобы основание надреза располагалось в зоне термического влияния на расстоянии примерно 0,5 мм от линии сплавления. Образцы Шнадта (рис. 1) отличаются от образцов Менаже только наличием с противоположной стороны надреза отверстия, в которое вставляется с плотной посадкой штифт из высокопрочной закаленной стали, воспринимающей в процессе испытания удар маятника копра. При этом полностью устраняется влияние сжатых волокон на величину энергии разрушения образцов при ударном изгибе, и рабочее сечение (3,5х10 мм) находится в условиях всестороннего неравномерного растяжения. Испытания производились в интервале температур от 200 до -196°.

При сравнении характера изменения ударной вязкости образцов Менаже и Шнадта в зависимости от температуры испытания (рис. 2) видно, что существенной разницы нет: в обоих случаях отсутствует температурный интервал хрупкости и имеет место практически плавное снижение удельной работы разрушения по мере изменения температуры испытания.

Отсутствие порога хладноломкости у а-титановых сплавов при малых количествах примесей внедрения объясняется главным образом характером снижения пластичности при понижении температуры испытания до -196°. Другие же механические характеристики, которые могут определять величину вязкости материала (os, Sк, D), практически не изменяют ее значений при понижении температуры испытания. И действительно, вязкость материала может быть приблизительно определена из выражения

где Sк — истинное сопротивление разрушению;

os — предел текучести;

D — модуль упрочнения в упруго-пластической области

В соответствии с результатами работы разность между значениями Sк и os при понижении температуры испытания а-титановых сплавов увеличивается, в то же время, по данным работы, увеличивается и модуль упрочнения, поэтому значение вязкости практически остается на том же уровне.

При испытаниях образцов Менаже и Шнадта величина ударной вязкости при надрезе в зоне термического влияния несколько выше, чем в случае расположения надреза в основном металле во всем интервале температур испытания (рис. 2). Этот факт, вероятно, можно объяснить влиянием увеличения размера зерна в зоне термического влияния.

Я.Б. Фридман, например, объясняет повышение значений ударной вязкости у крупнозернистых металлов с помощью предложенной им известной диаграммы прочности при условии, если имеет место вязкое разрушение. В работе при исследовании ряда а-титановых сплавов повышение ударной вязкости связывается с более легким инициированием процесса двойникования у крупнозернистого металла, которое приводит к некоторому повышению пластичности.

М.X Шоршоров и В.Д. Кодолов в работе исследовали влияние режимов дуговой сварки на чувствительность ряда углеродистых и низ колегированных сталей к надрезу в околошовной зоне при комнатной температуре. Причем испытания проводились на стандартных образцах Менаже и на образцах Шнадта с надрезами различной остроты. На основании результатов испытаний был сделан вывод о том, что для выявления оптимальных режимов сварки сталей образцы Шнадта не имеют существенных преимуществ по сравнению с образцами Менаже, но изготовлять их значительно сложнее.

Такой же вывод можно сделать и на основании результатов данной работы: для выявления хладноломкости титановых сплавов образцы Шнадта не имеют преимуществ перед образцами Менаже.

Выводы


1. Установлено, что образцы Шнадта не имеют преимуществ перед образцами Менаже при изучении влияния температуры испытания на ударную вязкость а-сплавов титана

2. Титан и его а-сплавы при незначительном содержании газовых примесей не склонны к хладноломкости даже при довольно жестких условиях деформирования.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: