Разрушения титанового

4. Анизотропия характеристик разрушения титановых сплавов. ......

Проблема разрушения титановых сплавов при циклических нагрузках рассмотрена с позиции прочностного металловедения.

Изложенное выше свидетельствует о том, что принципиальных изменений в механизме коррозионного растрескивания в метанольных средах по сравнению с растрескиванием в водных растворах не наблюдается. Все феноменологически отличительные черты разрушения титановых сплавов в метанольных растворах связаны с протеканием процесса в коррозионной среде, в которой затруднена репассивация.

В металлических материалах по структурному признаку различают гомогенную и гетерогенную анизотропию [86, 87]. Гомогенная анизотропия определяется типом кристаллической решетки и соответственно различием свойств кристаллов в разных направлениях. При появлении в результате деформации предпочтительной ориентировки кристаллов в поли кристаллическом металле свойственное монокристаллам различие свойств проявляется во всем объеме текстурированного металла. Гетерогенная анизотропия связана с закономерно ориентированным распределением в структуре металлических и неметаллических включений, участков, отличающихся по химическому или фазовому составу, а также дефектов, образовавшихся вследствие течения металла при деформации. Основное отличие титановых сплавов от других конструкционных металлов связано с гомогенной анизотропией, влияние которой на характеристики разрушения рассмотрено ниже.

7.3.4. Энергия разрушения титановых сплавов и их чувствительность

11.2. Общие закономерности усталостного разрушения титановых лопаток............. 580

Анализ закономерностей роста усталостных трещин при высокой асимметрии цикла показал, что при разном сочетании уровней асимметрии цикла и максимального напряжения могут быть реализованы кинетически эквивалентные процессы разрушения материала (рис. 6.12). Увеличение асимметрии цикла нагружения в пределах 10 % парировало по СРТ, увеличение максимального напряжения цикла на 50 % — при прочих равных условиях. Аналогичные результаты по определению влияния параметров нагружения на кинетику разрушения титановых сплавов было получено

Применительно к титановым сплавам, для которых весьма актуально рассмотрение влияния частоты нагружения и температуры на скорость роста трещины, необходимо иметь в виду две ситуации. Первая ситуация связана с отсутствием чувствительности материала к условиям его нагружения при снижении частоты нагружения и введении выдержки под нагрузкой; вторая — с существованием такого влияния, что наиболее важно для оценки поведения титановых сплавов в условиях эксплуатации. Эта вторая ситуация неотделима от формы цикла и состояния материала, поэтому этот вид разрушения титановых сплавов целиком рассмотрен в следующем параграфе. В этом параграфе представлены результаты исследований поведения сплавов при разных частотах нагружения и температуре испытания.

7.3.4. Энергия разрушения титановых сплавов и их чувствительность к условиям нагружения

Очаг разрушения одного исследованного диска имел четвертьэллиптическую форму размерами по поверхности отверстия под болт и по наружной поверхности реборды примерно на 2 мм. Развитие трещины в пределах очага характеризовалось образованием на изломе вытянутых в направлении роста трещины фрагментов квазихрупкого рельефа, типичного для внутризеренного разрушения титановых сплавов в области МНЦУ. Далее в направлении развития трещины разрушение матери- ала отвечало области МЦУ и характеризовалось следующим.

— к какой области усталостного разрушения титановых сплавов относится хрупкое разрушение материала диска, несмотря на то что разрушение перемычек между туннелями соответствовало малоцикловой области;

Рис. 47. Кинетические диаграммы усталостного разрушения титанового сплава в зависимости от структурного состояния

Сопоставление изложенного выше механизма с фрактографией разрушения титанового сплава типа ВТ5-1 наглядно показывает возможность перенесения основных положений, развитых Пикерингом, С^веном и Эмбери, на случай коррозионного растрескивания титановых сплавов в водных растворах, что, по нашему мнению, более полно раскрывает природу процессов.

Рис. 2.11. Диаграмма разрушения титанового сплава IMI-685 при температурно-скоростных различных условиях нагружения [42]

Существует зависимость фрактальной размерности рельефа от направления изучения его профиля, в котором производится определение фрактальной размерности [164, 165]. В направлении развития вязкого разрушения титанового сплава была определена размерность Df = 1,1-1,3, а в алюминиевом сплаве 7075-Т6 в перпендикулярном направлении к развитию вязкого разрушения — Df= 1,9. Возможно, основа сплава влияет на различие в шероховатости рельефа излома. Однако обращает на себя внимание тот факт, что теоретическое значение Df= 1,3-1,5 без уточнения основы сплава, в котором реализовано разрушение [163], близко к фрактальной размерности, характеризующей направление развития разрушения. Поэтому при определении фрактальной размерности для описания кинетики усталостных трещин необходимо учитывать различие во фрактальных размерностях по двум направлениям и оценивать среднюю величину Df по формуле

Необходимо достичь некоторого критического уровня напряженного состояния материала у кончика трещины, чтобы произошло возрастание средней скорости настолько, что отдельные участки фронта могли бы единым образом упорядоченно релаксировать энергию (усталостные бороздки). Далее, по мере нарастания скорости роста трещины, отдельные участки будут существенно удаляться от макрофронта и тем самым создавать предпосылки для лавинообразного нарастания разрушения материала. Такая ситуация имела место в случае разрушения титанового сплава. В нем трещина развивалась быстро из-за того, что переход ко второй стадии роста трещины с формированием усталостных бороздок не произошел. Причина этого связана с наличием в материале дефектного "альфирован-ного" газонасыщенного слоя. Он не был удален с детали в процессе производства, что и послужило причиной преждевременного разрушения ее в условиях эксплуатации.

Ниже в обобщенном виде представлены результаты исследований эксплуатационных разрушений титановых дисков компрессоров авиационных ГТД, проведенных почти за 20 лет в России [8 -11]. Результаты этих исследований легли в основу обеспечения эксплуатации данных типов дисков по принципу безопасного повреждения. Помимо того, на основании разработанной методики проанализирована кинетика разрушения титанового диска барабанного ротора КВД двигателя CF6-50 и диска вентилятора этого двигателя по данным NTSB (США), представленным в публикациях и отчетах [1-7].

Результаты испытания дисков на обоих стендах показали, что в случае преимущественно вязкого внутризеренного разрушения титанового сплава ВТЗ-1 с формированием в изломе усталостных бороздок их шаг позволяет характеризовать СРТ при треугольной и трапецеидальной формах цикла нагружения. Однако при расчете периода роста трещины в диске по шагу бороздок надо учитывать с помощью коэффициента ky/§ отставание шага от СРТ. Это особенно важно при шаге выше 1 • 10~6 м. В случае использования в расчетах шага бороздок, сформированных в условиях, отличных

— каким видам нагружения отвечает такой механизм разрушения титанового сплава с глобулярной структурой;

В конце 50-х годов на специалистов-коррозионистов сильное впечатление произвело явление разрушения титанового сплава в процессе испытания на ползучесть. Считалось, что разрушение вызвано небольшим количеством NaCl, остающимся на поверхности образца от отпечатков пальцев. Большое число лабораторных исследований было проведено по изучению этого явления. С большой убедительностью показано, что КР титановых сплавов может происходить в контакте с определенными солями при повышенных температурах и действии напряжений. Необходимо заметить, что в эксплуатационных условиях не были зафиксированы разрушения, отнесенные к КР под действием горячих солей.

возможность межзеренного разрушения титанового сплава, а дли-