Исследование влияния температуры и наклепа на некоторые упругие характеристики титановых сплавов 48-Т7, 48-ОТ3В и 48-Т14

В настоящее время из титановых сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ и 48-Т14 предусматривается изготовлять самые разнообразные конструкции для работы при повышенных температурах. В частности, в судовой энергетике сплавы должны обеспечивать надежную работу конструкций при температурах до 350°. Поэтому знание упругих характеристик указанных сплавов, необходимых для расчетов, приобретает важное значение В опубликованной литературе нет достаточно полных сведений об изменении упругих характеристик в зависимости от температуры. Немногочисленные исследования этих характеристик, которые приведены в табл. 1, в основном посвящены изучению технически чистого титана. Модуль нормальной упругости технически чистого титана в зависимости от температуры (20—500°) в работе рекомендуется подсчитывать по формуле Et = E0—7t°C. Совершенно не изучен вопрос о влиянии наклепа на указанные характеристики титановых сплавов, в то время как для большинства сталей такие исследования проводились.

В настоящей работе изучалось влияние температуры и наклепа на упругие характеристики сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ и 48-Т14. Исследование проводилось по следующей методике. Из термически обработанного металла сплавов, химический состав и механические свойства которых представлены в табл. 2, были сделаны заготовки (рис. 1,а, б), которые подвергались растяжению на 20 тонной разрывной машине с целью создания наклепа 0,5; 1; 1,5 и 2%. Затем из наклепанных заготовок изготавливались стандартные образцы для определения модуля нормальной упругости E и модуля сдвига G в интервале температур 20—700°.

Упругие величины E и G определялись методом резонансной частоты колебаний и подсчитывались по формулам

где l — длина образца, мм;

d — диаметр образца, мм;

m — масса перемещающегося груза, кгс/мм*сек2;

f — собственная частота изгибных колебаний образца, 1/сек.;

fкр — частота основного тона крутильных колебаний образца, 1/сек.

Коэффициент Пуассона определялся при 20° на 30-тонной разрыв ной машине на нестандартных плоскоразрывных образцах (рис. 1,в) и подсчитывался по формуле

где е — относительная линейная деформация в поперечном направлении;

e1 — относительная линейная деформация в продольном направлении При повышенных температурах коэффициент Пуассона определялся по формуле

Влияние температуры на упругие характеристики исследованных сплавов представлено на рис. 2 и 3, из которых видно, что с повышением температуры испытания упругие характеристики титановых сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ и 48-Т14 снижаются по линейному закону. Это снижение может быть выражено следующими зависимостями: Et° = E20° —a(t°—20°) и Gt° = G20° —b(t° —20°). Еt° и Gt° могут быть определены в интервале температур 20- 700°. Значения Е20°, G20°, а и b для исследуемых сплавов приведены в табл. 3.

Пользуясь указанными формулами, можно подсчитать значения упругих характеристик в интервале температур 20—700° с точностью» достаточной для конструктивных расчетов.

Из рис. 2 видно, что в отличие от сплавов на основе титана модуль нормальной упругости сталей ЭП-79 и 12ХМФ изменяется по более сложному закону, но отклонение от прямолинейности незначительно. При чем при 700° сохраняется -73% значения модуля нормальной упругости, определенного при 20°.

Влияние наклепа на упругие характеристики титановых сплавов 48-Т7, 48 ОТ3В, 48-T14 и сталей ЭП 79 и 12ХМФ (определяли только модуль нормальной упругости) представлено на рис. 4, 5 и в табл. 4.

Как следует из приведенных данных, для титановых сплавов во всем интервале температур наклеп 0 5% существенного влияния на модуль нормальной упругости не оказывает.

Увеличение наклепа до 1—1,5% приводит к снижению модуля упругости титановых сплавов в среднем на 5—6%. В дальнейшем (наклеп 15—2%) модуль нормальной упругости начинает вновь возрастать до своего первоначального значения. Модуль сдвига сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ и 48-Т 14 изменяется по такому же закону, как и модуль нормальной упругости данных сплавов, но в незначительной степени (0,5%). Модуль нормальной упругости сталей ЭП-79 и 12ХМФ при наклепе 0,5—2% практически остается постоянным.

Повышение температуры испытания от 20 до 700° не сказывается на характере изменения кривой для указанных выше сплавов и сталей, так как испытания кратковременны и температура рекристаллизации сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ, 48-Т 14 и сталей ЭП-79, 12ХМФ выше температур, при которых проводилось исследование.

Результаты испытаний по определению коэффициента Пуассона сплавов 48-Т7, 48-ОТЗВ и 48-Т14 в интервале температур 20—700° приведены в табл. 5. Из рассмотрения этой таблицы следует, что коэффициент Пуассона для сплава 48-Т7 с повышением температуры возрастает в несколько большей степени, чем для сплавов 48-ОТ3В и 48-Т14.



В результате проведенного исследования получены фактические величины упругих характеристик для сплавов 48-Т7, 48-ОТ3В и 48-Т14 в зависимости от температуры (20—700°) и наклепа (0,5—2,0%).

Для практических целей рекомендованы зависимости пересчета упругих характеристик в зависимости от температуры.

Полученные в настоящей работе данные об изменении упругих характеристик титановых сплавов в зависимости от температуры и наклепа полностью согласуются с данными, полученными при исследовании других материалов.