Материал: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов

тан [33], оказывается равной 50 кгс/мм2 при поверхно­ стной энергии у= 300 эрг/см2. Для титана поверхностная энергия равна 1000—1200 эрг/см2 [34], так что разру­ шение по поверхности раздела титан — гидрид протекает легче, чем по плоскостям скола в титане.

При одинаковой величине зерна разрушающие на­ пряжения сильно зависят от формы и характера распре­ деления гидридов. В качестве параметра, характеризую­ щего распределение гидридов, можно выбрать соотно­ шение длины свободных границ к общей длине границ [33]:

, , __ /общ /ги др

“1о6ш ’

где Дбщ — общая длина границ; /гидр — длина границ, занятых гидридами.

Зависимость разрушающих напряжений от доли сво­ бодных границ приведена на рис. 137. Эти данные пока-

Рис. 137. Зависимость истинных разрушающих напряжений ти­ тана с 0,03% Н2 от доли свободных от гидридов границ (х):

/ — межкристаллитное; / / — смешанное; I I I — внутрикристаллитное разрушение

зывают, что с увеличением относительной доли свобод­ ных границ при постоянном количестве гидридов разру­ шающие напряжения сначала возрастают, а затем начинают уменьшаться. Исследование места разруше­ ния показало, что при большой доле границ, занятых гидридами, разрушение протекает по границам зерен, а при малой доле границ, занятой гидридами, и при рас­ положении гидридов внутри зерен разрушение протекает

-.304

по объему зерна, преимущественно по границе раздела титан—гидрид.

Указанную выше закономерность можно объяснить следующим образом. Как при транскристаллитном, так и интеркристаллитном разрушении [323] условия раз­ рушения можно описать уравнением Гриффитса:

где Ор — истинные разрушающие напряжения;

Ё— модуль Юнга;.

с— размеры трещины;

у' —эффективная поверхностная энергия, которая складывается из истинной поверхностной энер­ гии и работы пластической деформации в вер­

шине трещины.

При выводе уравнения (76) предполагается, что тре­ щина развивается в однородном материале. Если же трещина вначале раскрывается на границе зерна вдоль поверхности раздела гидрид — металл, а затем распро­ страняется по границе зерна, не содержащей гидридов, то работу деформации при распространении трещины можно выразить как [33]

ТСС

Если разрушение происходит по телу зерна, то разру­ шающие напряжения (от) можно выразить в виде

где Уг.м —эффективная поверхностная энергия при раз­ рушении металл—гидрид;

Тм.т — эффективная поверхностная энергия при раз­ рушении по телу зерна;

ответственными за разрушение. Разрушение протекает за счет образования пор вдоль границ, почти перпенди­ кулярных оси растяжения, или вдоль гидридов внутри зерна. Мы полагаем, что указанные цепочки ямок трав­ ления связаны с гидридами, расположенными на грани­ цах, параллельных оси растяжения. При растяжении зерна вытягиваются вдоль оси образца и границы зерен, параллельные оси растяжения, удлиняются за счет пла­ стической деформации. Гидриды титана, расположенные вдоль этих границ, не деформируются и разрываются на несколько частей. Между этими частями образуются несплошности, которые растравляются при действии реак­ тива. В области шейки в непосредственной близости от поверхности разрушения, где напряженное состояние уже нс является линейным, эти цепочки несплошностей могут развиваться в трещины, параллельные оси растя­ жения, и сливаться с основными трещинами (рис. 139,а), ответственными за разрушение.

Как указывалось выше, склонность к гидридной хрупкости увеличивается с понижением температуры. Согласно схеме А. Ф. Иоффе, этот эффект связан с тем, что с понижением температуры сопротивление отрыву почти не меняется с температурой, а сопротивление сре­ зу резко возрастает. Поэтому при достаточно низкой температуре сопротивление отрыву достигается раньше, чем сопротивление срезу.

Схема А. Ф. Иоффе была построена по результатам испытаний на разрушение каменной соли при различных температурах. Однако экспериментальное подтвержде­ ние этой схемы для металлов натолкнулось на ряд труд­ ностей, связанных с получением в металлах идеально хрупкого разрушения. Экспериментальные данные, полу­ ченные Б. Б. Чечулиным и М. В. Бодуновой [321] для титана, насыщенного водородом, удивительно точноподтверждают схему А. Ф. Иоффе. На рис. 140 приведе­ но изменение истинного сопротивления разрушению от температуры для титана с различным содержанием во­ дорода [321]. Прочность отожженного в вакууме титана непрерывно возрастает с понижением температуры вплоть до 77 К (—196° С). Прочность наводороженного титана возрастает до определенной температуры, при которой достигается сопротивление отрыву. При даль­ нейшем понижении температуры разрушение происходит путем отрыва, а не сдвига, причем в соответствии с идея­

308

Рис. 140. Температурная зависимость истинного сопротивления раз­ рушению для титана с различным содержанием водорода, %:

1 — 0,002—0,004 (отжиг в вакууме); 2 — 0,012; 5 — 0,035; 4 — 0,060

жания водорода сопротивление отрыву уменьшается и вместе с тем повышается температура перехода метал­ ла из вязкого состояния в хрупкое.

ХЛАДНОЛОМКОСТЬ, ОБУСЛОВЛЕННАЯ РАСТВОРЕННЫМ ВОДОРОДОМ (ХРУПКОСТЬ ЧЕТВЕРТОГО ВИДА)

В некоторых металлах, поглощающих водород по эк­ зотермической реакции, водородная хрупкость при про­ ведении испытаний на растяжение с большими скоростя­ ми деформации или при ударных испытаниях развивает­ ся при концентрациях, меньших предельной растворимо­ сти гидридов. Для водородной хрупкости этого вида характерны следующие закономерности:

1) пластичность сплавов при содержании водорода до определенных концентраций остается почти неизмен­ ной, а затем резко снижается до очень малых значений; 2) концентрация водорода, приводящая к резкому

309