Материал: Физическое металловедение титана

может задерживаться' в месте стыка трех эле­ ментов, где вследствие этого возникают высокие растя­ гивающие напряжения и происходит разрушение с обра­ зованием клиновидной полости. В .результате комбина­ ции’проскальзывания вдоль различных границ в системе поверхностей раздела возможно множество модифика­ ций этой простой клиновидной трещины [109].

Для расчета минимального касательного напряже­ ния, необходимого для образования трещины у 'верши­ ны проскальзывания, можно воспользоваться формулой

^~~ л (1 —v)L

Сувеличением размера зерна L вероятность межзеренного разрушения в титане резко возрастает, и даже на сплавах с низким пределом текучести возникают ха­ рактерные микрополости вблизи тройных стыков зерен, имеющие тенденцию к слиянию.

Особое значение для анализа процессов разрушения

двухфазных сплавов титана имеет описанная выше серия работ Перцовского Н. З.с.сотр. [94—96], в которых изу­ чены особенности разрушения титановых сплавов (ВТЗ-1, ВТ9, ВТ22) с различными типами исходной структуры. Экспериментальные данные позволяют считать, что «хрупкий» характер разрушения титановых сплавов с крупнопластинчатой структурой определяется развитием «грубого» скольжения, ответственного за зарождение разрушения.

МИКРОМЕХАНИЗМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТРЕЩИН В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ

В настоящее время микропроцессы зарождения и раз­ вития микротрещин в титане и его сплавах, их рост, вза­ имодействие между собой и макротрещиной, а также ме­ ханизм поэтапного продвижения макротрещины успешно изучаются и выявляются с помощью разнообразных фрактографических и металлографических исследований. Исследование поверхности изломов с помощью электрон­ ного микроскопа позволяет изучить взаимосвязи между топографией поверхности и микроструктурой, а также кинетику разрушения (хронологический порядок микро­ явлений в процессе разрушения).

158

Т а б л и ц а 12

В табл. 12 и на рис. 62 указано большинство извест­ ных в настоящее время микромеханизмов разрушения титана и его сплавов, исследованных методами электрон­ ной фрактографии, и определена их общая связь с соот­ ветствующими макромеханизмами. Таблица построена в соответствии с тремя основными способами распростра­ нения трещин в титане и его сплавах. В графе А дана

характеристика трещин, образовавшихся при малых де­ формациях, когда каждая трещина обособлена, имеет один фронт распространения и при росте каждой возник­ шей трещины ее фронт сохраняется. Обычно такие тре­ щины появляются на свободной наружной поверхности или около нее и распространяются внутрь. В графе С описаны процессы, которые сопровождаются чрезвычай­ но большими пластическими деформациями. Фронт раз­ рушения (несмотря на пластическое течение) по-прежне­ му сохраняется, и поверхности разрушения обычно на­ правлены внутрь от свободной поверхности. Разрушения двух указанных типов для титана находятся в прямой зависимости от внешних условий и реализуются не часто.

В графе В представлены наиболее часто встречающи­ еся в титане и его сплавах механизмы роста трещин. Приведенные в табл. 12 механизмы микроразрушеиия бо­ лее детально описаны ниже.

Отрыв или скол — разделение кристалла или отдель­ ных кристаллитов вдоль определенных кристаллографи­ ческих плоскостей — сопровождается образованием плос-

160

.них или чуть искривленных площадок — фасеток скола. К типичным особенностям скола, по которым он может быть идентифицирован, следует отнести наличие на по­ верхности разрушения ступенек и язычков скола. Сту­ пеньки возникают при реиницировании трещины во вре­ мя перехода микропластической деформации из зер­ на одной ориентации в зерно, имеющее другую ориента­ цию, а «Язычки» образуются в результате локального разрушения вдоль поверхности раздела матрица—двой­ ник. Ступеньки скола по мере развития разрушения сли­ ваются, образуя систему, которую часто называют «ручьистым узором»; сближение ступенек в нем всегда происходит по «течению».

В титане и его сплавах разрушение отрывом — явле­ ние крайне редкое, и возникает лишь локально, да и то при специальных испытаниях, в частности при замедлен­ ном разрушении и коррозионном растрескивании [107].

Наиболее вероятной плоскостью скола в титане сле­ дует считать плоскость базиса, а в р-титановых спла­ вах— грани куба {001}. Типичные картины отрыва [вдоль .плоскостей {001}] возникают при низкотемпера­ турном испытании титановых сплавов с p-структурой в районе температур ниже или близких к порогу хладно­ ломкости (рис. 63,а). В этом случае скол занимает боль­ шую часть поверхности разрушения и может быть де­ тально изучен. Однако при разрушении титановых спла­ вов с иной структурой скол должен рассматриваться как эпизод, очаг разрушения, а не как поверхность, подлежа­ щая количественной оценке и статистической обработке.

В титановых сплавах, содержащих разнообразные структурные элементы, различающиеся по составу, фор­ ме, размеру, характеру выделений и т. д., порой невоз­ можно даже приблизительно оценить кристаллографию поверхности, по которой произошло разрушение, или сравнить ее площадь с размером структурных составля­ ющих. Кроме этого, в титане и его сплавах в процессе хрупкого разрушения растущая трещина не сохраняет единого фронта (а это важное свойство скола), и обыч­ но процесс разрушения сопровождается образованием множества мелких трещинок, пронизывающих материал впереди макротрещииы, и последующим ростом этих трещинок до их слияния между собой или с магистраль­ ной трещиной. Для такого типа разрушения Сроулн предложил использовать термин «квазиотрыв». Этот тер-

161