Сопротивление усталости листов из жаропрочных титановых сплавов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования сопротивления усталостному разрушению листов из жаропрочных титановых сплавов ВТ18У (Ti–6.5Al–4.3Zr–2.4Sn–0.8Nb–0.7Mo–0.1Si, вес. %), ВТ8 (Ti–6.4Al–3.4Mo–0.3Si, вес. %), ВТ25У (Ti–6.51Al–3.76Zr–1.71Sn–3.94Mo–0.5W–0.13Si, вес. %). Получены кривые усталости в исходном состоянии и в окисленном после изотермического отжига при температуре 560 °C, 1000 ч в воздушной атмосфере. Установлено, что сопротивление усталости в малоцикловой области всех сплавов в окисленном состоянии снижается на порядок. В области многоцикловой усталости предел выносливости окисленных сплавов ВТ18У и ВТ25У не изменяется и составляет около 320 МПа. Предел выносливости сплава ВТ8 в окисленном состоянии уменьшается до 230 МПа с 300 МПа в исходном состоянии. Установлено, что фазовый состав оксида толщиной 250 нм на поверхности сплавов после отжига различается и представлен фазами анатаза и рутила в сплавах ВТ18У и ВТ25У и преимущественно рутила в ВТ8, что является причиной различного предела выносливости сплавов в окисленном состоянии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. С. Калиенко

ПАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА”; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: kamak@yandex.ru
Россия, ул. Парковая, 1, Верхняя Салда, 624760; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

А. А. Попов

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт физики металлов УрО РАН

Email: kamak@yandex.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002; ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108

А. В. Волков

ПАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА”

Email: kamak@yandex.ru
Россия, ул. Парковая, 1, Верхняя Салда, 624760

М. О. Ледер

ПАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА”; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: kamak@yandex.ru
Россия, ул. Парковая, 1, Верхняя Салда, 624760; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

А. В. Желнина

ПАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА”; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: kamak@yandex.ru
Россия, ул. Парковая, 1, Верхняя Салда, 624760; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002

Список литературы

  1. Моисеев В.Н. Титан в России // Металловедение и термическая обр. металлов. 2005. № 8. С. 23–29.
  2. Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная Н.А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 8–14.
  3. Анташев В.Г., Ночовная Н.А., Павлова Т.В., Иванов В.И. Жаропрочные титановые сплавы / Все материалы. Энциклопедический справочник, (3). 2007. Т. 7.
  4. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС, 2009. 520 c.
  5. Калиенко М.С., Ледер М.О., Волков А.В., Берестов А.В., Желнина А.В. Исследование механических свойств и структуры листов из титановых сплавов ВТ8, ВТ18У и ВТ25У в термоупрочненном состоянии // Технология легких сплавов. 2017. № 4. С. 37–41.
  6. Пульцин Н.М. Взаимодействие титана с газами. М.: Металлургия, 1969. 216 с.
  7. Geary B., Bolam V.J., Jenkins S.L. and Davies D.P. High temperature titanium sheet for helicopter exhaust applications // Ti’1995: Science and Tecnol. Proc. 8-th World Conf. of Titanium. 1995. P. 1638–1645.
  8. Gaddam R., Antti M.L., Pederson R. Influence of alpha-case layer on the low cycle fatigue properties of Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 599. P. 51–56.
  9. King J.E. Role of oxides in fatigue crack propagation // Mater. Sci. Technol. 1990. V. 6. № 1. P. 19–31.
  10. Hagiwara M., Kitashima T., Emura S. Relationship between microstructures, facet morphologies at the high-cycle fatigue (HCF) crack initiation site, and HCF strength in Ti–6242S // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 727. P. 43–50.
  11. Ashton P.J., Jun T.S., Zhang Z., Britton T.B., Harte A.M., Leen S.B., Dunne F.P. The effect of the beta phase on the micromechanical response of dual-phase titanium alloys // Int. J. Fatigue. 2017. V. 100. P. 377–387.
  12. Leoni A., Apachitei I., Riemslag A.C., Fratila-Apachitei L.E., Duszczyk J. In vitro fatigue behavior of surface oxidized Ti35Zr10Nb biomedical alloy // Mater. Sci. Eng. P. 2011. V. 31. № 8. P. 1779–1783.
  13. Apachitei I., Lonyuk B., Fratila-Apachitei L.E., Zhou J., Duszczyk J. Fatigue response of porous coated titanium biomedical alloys // Scr. Mater. 2009. V. 61. № 2. P. 113–116.
  14. Apachitei I., Leoni A., Riemslag A.C., Fratila-Apachitei L.E., Duszczyk J. Enhanced fatigue performance of porous coated Ti6Al4V biomedical alloy // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257. № 15. P. 6941–6944.
  15. Costa M.Y.P., Venditti M.L.R., Cioffi M.O.H., Voorwald H.J.C., Guimarães V.A., Ruas R. Fatigue behavior of PVD coated Ti–6Al–4V alloy // Int. J. Fatigue. 2011. V. 33. № 6. P. 759–765.
  16. Bai Y., Guo T., Wang J., Gao J., Gao K., Pang X. Stress-sensitive fatigue crack initiation mechanisms of coated titanium alloy // Acta Mater. 2021. V. 217. P. 117179.
  17. Bai Y.Y., Gao J., Guo T., Gao K.W., Volinsky A.A., Pang X.L. Review of the fatigue behavior of hard coating-ductile substrate systems // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2021. V. 28. P. 46–55.
  18. Gribb A.A., Banfield J.F. Particle size effects on transformation kinetics and phase stability in nanocrystalline TiO2 // Am. Mineral. 1997. V. 82. № 7–8. P. 717–728.
  19. Jouanny I., Labdi S., Aubert P., Buscema C., Maciejak O., Berger M.H., Jeandin M. Structural and mechanical properties of titanium oxide thin films for biomedical application // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 12. P. 3212–3217.
  20. Zywitzki O., Modes T., Sahm H., Frach P., Goedicke K., Glöß D. Structure and properties of crystalline titanium oxide layers deposited by reactive pulse magnetron sputtering // Surf. Coat. Technol. 2004. V. 180. P. 538–543.
  21. Lin J., Wang B., Sproul W.D., Ou Y., Dahan I. Anatase and rutile TiO2 films deposited by arc-free deep oscillation magnetron sputtering // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. № 8. P. 084008.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Общий вид образцов для испытаний на усталость и на растяжение.

Скачать (134KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Микроструктура сплавов в исходном состоянии: а) ВТ18У, б) ВТ8, в) ВТ25У.

Скачать (561KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые усталости в исходном состоянии и в окисленном после отжига при 560 °C, 1000 ч.

Скачать (283KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изломы усталостных образцов сплавов в исходном состоянии (а), изломы образцов сплава ВТ25У (б; сверху в исходном состоянии; посередине и снизу в окисленном состоянии после отжига при 560 °С, 1000 ч; N – число циклов).

Скачать (609KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Шаг усталостных бороздок на изломах усталостных образцов сплава ВТ18У после отжига при 560 °C, 1000 ч, σ = 340МПа, N = 17854: а) 200 мкм от концентратора; б) 800 мкм от концентратора; в) 1.6 мм от концентратора.

Скачать (346KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изломы усталостных образцов в окисленном состоянии после отжига при 560 °C–1000 ч: а, б) ВТ18У σ = 340МПа, N = 17854 циклов; в, г) ВТ8 σ = 335МПа, N = 9078 циклов; д, е) ВТ25У σ = 345МПа, N = 4555 циклов.

Скачать (1MB)
Метаданные
8. Рис. 7. Дифрактограммы образцов сплавов в окисленном состоянии после отжига при 560 °C, 1000 ч (A – анатаз, R – рутил).

Скачать (109KB)
Метаданные