Выносливости возрастает

Неоднократный статистический анализ показал, что при базе испытания более 5-Ю6 десятикратное увеличение числа-циклов не приводит к изменению вычисляемого предела выносливости более чем на 10 %. В частности, у технически чистого титана [92] снижение напряжений с (1,05—1,08) O.J до о_1г т.е. на 5—8 %, влечет за собой по меньшей мере десятикратное увеличение циклической долговечности. Вероятность определения предела выносливости, вычисленная по данным рис. 92, показала (надрезанные образцы сплава ПТ-ЗВ, плоский изгиб), что уменьшение базы в 10 раз (с 10* до 107) может .с 33 %-ной вероятностью привести к увеличению определяемого предела выносливости со 140 до 154 МПа, т.е. на 10 %- Это же изменение, но с большей вероятностью может произойти при изменении базы в 20 раз (с 5-Ю6 до 108 цикл). Таким образом, к настоящему времени можно считать доказанным существование физического предела выносливости у титановых сплавов при 20°С в пределах 10 %-ной точности при изменении базы испытаний в 10 раз. Достаточно достоверные результаты определения предела выносливости титановых сплавов получаются при базе испытания 107 цикл и более.

Установлены основные закономерности изменения предела выносливости титановых сплавов в результате горячей пластической обработки, которая в общем случае значительно повышает усталостную прочность литого металла. Деформация в области существования а- и 0-фаз по сравнению с деформацией в /3-области несколько повышает значения усталостной прочности титановых сплавов. Так, по данным [117, с. 333; 125; 126], ковка сплава типа ВТ6 в (3-области понизила предел выносливости по сравнению с ковкой в (а+0) -области на 12 %. По данным [117, с. 333], это повышение мало заметно. Существенное значение имеет степень горячей пластической обработки: чем более деформирован металл при прочих равных условиях, тем выше его усталостная прочность. При этом наибольшее увеличение предела выносливости происходит при е = 300н-400 %. При большей степени деформации предел выносливости изменяется мало.

Отжиг сварных соединений вели при 750°С в течение 1 ч в вакууме. Как видно из табл. 28, пределы выносливости отожженных сварных соединений достаточно высоки и составляют 76—94 % от предела выносливости основного металла. Направление вырезки образцов по отношению к шву не имеет существенного значения. Таким образом, один из действенных методов повышения усталостной прочности сварных соединений —низкотемпературный отжиг; он повышает предел выносливости титановых сварных соединений на 25—40 %.

обработку резанием. Во-первых, поверхность титана резко активируется при нагреве, во-вторых, все титановые сплавь! имеют низкую теплопроводность и, в-третьих, титановые сплавы имеют очень низкие антифрикционные свойства (высокий коэффициент трения, склонность к налипанию на инструмент и задирам) и очень плохо поддаются смазке при трении. Это сочетание свойств приводит к существенным поверхностным изменениям после холодной механической обработки при изготовлении деталей и образцов резанием, которые резко влияют на усталостные свойства титана. В результате многочисленных исследований установлено, что наименьшее влияние на предел выносливости оказывает очень осторожная конечная обработка поверхности: снятие тонкой стружки (толщиной до 0,1 мм) при небольших подачах и скоростях резания с последующей ручной полировкой мелкой шкуркой до примерно 8—9-го класса шероховатости. При этой финишной обработке наблюдаются наиболее устойчивые и стабильные значения предела выносливости титановых сплавов. Именно поэтому все другие в^ды его поверхностной обработки по влиянию их на усталость обычно сравнивают с этой общепринятой стандартной обработкой.

Отметим основные закономерности повышения предела выносливости титановых сплавов в результате ППД, общие для различных методов. Установлено [191, 192], что эффективность ППД в пряной мере сохраняется до температуры примерно 200°С, а частично до 500°С и даже выше. Эффект не изменяется во времени и в средах, не опасных для титановых сплавов без ППД. Положительное влияние ППД на усталостную прочность в определенной степени сохраняется даже при полном снятии остаточных сжимающих напряжений низкотемпературным отжигом вплоть до рекристаллизационного. В этом случае положительное действие ППД можно объяснить "облагораживанием" микроструктуры поверхностного слоя, которая после наклепа и рекристаллизации становится очень однородной, мелкозернистой, т.е. наиболее благоприятной по сопротивлению появлению усталостных трещин. Кроме того, благодаря измельчению зерна и субзерен процесс образования пластических микросдвигов затрудняется и усталостная прочность растет.

результаты определения предела выносливости титановых сплавов

НА ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Все это дает основание сделать вывод, что причиной резкого снижения предела выносливости титановых лопаток по сравнению с образцами являются остаточные растягивающие напряжения в поверхностном слое глубиной примерно 0,1 мм. Остается два выхода: термооб-работать лопатки или снять механически этот слой.

Влияние покрытий поверхности на предел выносливости титановых сплавов исследовались Дивилеем и Ричаудом [1295].

Таблица 4,4 Влияние покрытия поверхности на предел выносливости титановых сплавов

Чувствительность к концентраторам напряжений резко снижается, а предел выносливости возрастает при создании на поверхности остаточных напряжений сжатия путем упрочнения химико-термической или другой обработкой. Коррозия понижает предел выносливости на 40—60 % .

Чаще всего с уменьшением размера зерна предел выносливости возрастает, хотя в ряде работ показано, что измельчение структуры металла не всегда приводит к изменению долговечности. При анализе влияния структурного фактора на циклическую прочность необходимо иметь в виду, что закономерности разрушения металлических материалов при циклическом и сгатическом нагружении имеют много общего. Для циклического нагружения зависимость предела усталости
На рис. 55 представлены данные 1 "ровера и др. по оценке влияния среднего напряжения цикла на изменение предела выносливости конструкционной стали. Здесь в качестве парамечра отношения напряжений выбрано среднее напряжение цикла стт(рис. 55,а), а на рис.55, б коэффициент R. Видно, что по мере увеличения а,„ и R предел выносливости возрастает.

4. От упрочнения поверхности путем обдувки ее дробью. Обдувка дробью диаметром 0,4—1,7 мм длительностью от 30 сек. нагартовывает обезуглероженный поверхностный слой и увеличивает долговечность рессор и пружин в 4—10 раз. При этом предел выносливости возрастает с 38,5 до 70 кг/мм2. Срок службы автомобильных рессор, имеющих среднюю обезуглероженность листов на глубину 0,15 мм, при обработке дробью повышается с 5—8 до 40—50 тыс. км.

Износ в условиях контактного предела выносливости возрастает при повышении давления и увеличении коэффициента тре-ния, а уменьшается при увеличении модуля упругости и числа циклов до разрушения.

Исследованию эффективности электрохимической защиты для повышения сопротивления металлов коррозионно-усталостному разрушению посвящены работы Г.В.Акимова, Н.Д.Томашова, Г.В.Карпенко, А.В.Рябчен-кова и др. Показано [20], что катодная поляризация при плотности тока 0,2 А/дм2 существенно повышает предел выносливости образцов из нормализованной стали 45 в 3 %-ном растворе NaCI, а при плотности тока 0,5 А/дм2 предел выносливости стали в воздухе и в коррозионной среде при базе 107 цикл практически одинаков. Установлено также, что для эффективного повышения сопротивления коррозионной усталости сталей необходимо выбирать плотность тока несколько большую, чем для защиты деталей, находящихся в ненапряженном состоянии; для конкретных условий существует оптимальная плотность тока, обеспечивающая наибольшее сопротивление стали коррозионно-усталостному разрушению. При оптимальной плотности тока предел коррозионной выносливости возрастает почти до значений, полученных в воздухе, и даже больших.

в определении предела выносливости возрастает. Так, для алюминиевых сплавов,

Предел выносливости возрастает с увеличением ав и ао,2, однако у высокопрочных сталей, обладающих высокой чувствительностью к концентраторам напряжений, предел выносливости может быть пониженным (см. рис. 74). У высокопрочных сталей сильно возрастает коэффициент К вследствие резкого увеличения коэффициента Ко по мере роста 0Ol2 и снижения коэффициентов Kda (масштабный фактор) и Kfo, учитывающего качество обработки поверхности. Снижается и вязкость разрушения Кю, а следовательно, и сопротивление росту усталостной трещины (живучесть). Это нужно учитывать, когда из соображений снижения массы конструкции выбирают сталь с высоким о0)2.

Кроме описанных методов поверхностной закалки, преимущественно для небольшого числа мелких деталей простой формы, применяют нагрев детали под закалку в расплавленных металлах или солях. Отпуск после поверхностной закалки производится для снятия напряжений в зоне закалки, этим уменьшают хрупкость и повышают прочность изделий. По сравнению с обычной закалкой увеличивается износостойкое!ь, цредел выносливости возрастает в 2-3 раза.

Чувствительность к концентраторам напряжений резко снижается, а предел выносливости возрастает при создании на поверхности остаточных напряжений сжатия путем упрочнения химико-термической или другой обработкой. Коррозия понижает предел выносливости на 40—60 %.

После закалки и высокого отпуска (500° С), благодаря более высоким остаточным напряжениям сжатия (см. рис. 63) и меньшей чувствительности сердцевины к концентрациям напряжений наличие трещин в боридном слое становится менее опасным, в связи с чем предел выносливости возрастает. После борирования, при наличии концентраторов напряжения, предел выносливости всегда повышается [43].