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

Если учесть указанный тепловой эффект, то соответствие экспериментальных данных для сталей с ожидаемыми из предложенной гипотезы становится лучше.

Обратимся теперь к экспериментальным данным, по­ лученным для титановых сплавов. На рис. 150 было при­ ведено изменение поперечного сужения образцов спла­ ва T i— 140А (2% Сг, 2% Fe, 2% Мо), содержащего

0,0375% (по массе) Н2, в зависимости от температуры испытаний при разных скоростях перемещения траверс разрывной машины. Если учесть, что растворимость во­ дорода в сплаве Ti — 140А невелика, то качественное соответствие вытекающего из дислокационной гипотезы поведения титановых сплавов, насыщенных водородом (рис. 154), экспериментальным данным для этого спла­ ва не вызывает сомнений.

Эти же данные позволяют провести, хотя и прибли­ женную, но количественную проверку предлагаемой

веденные по изучению диффузии водорода в p-фазе, по­ казывают, что значения D0 и Q должны быть близки значениям 10_3 см2/с и 6000 кал/моль соответственно. Тогда для критической скорости относительной дефор­ мации получаем

3000 * _ i

----- >г.

— с

Т )

Графически это уравнение представлено на рис. 159 для разных значений плотности дислокаций. На этом же графике указаны температуры Т'н для сплава Ti—140А

при различных скоростях деформации. Эксперименталь­ ная кривая соответствует вычисленной при плотности дислокации 2,5-107 см-2.

Уравнение (20) графически представлено на рис. 160. На этом же графике кружками даны температуры, со­ ответствующие резкому минимуму на кривых попереч­ ное сужение — температура испытания для сплава T i— 140А с различным содержанием водорода. Учиты­ вая, что в работе дан очень приближенный расчет с ря­ дом упрощений, связанных, в частности, с тем, что не все физические величины известны в интересующем нас температурном интервале, следует признать, что соот­

3 4 8

ветствие предложенного механизма обратимой водород­ ной хрупкости шестого вида с экспериментальными дан­ ными вполне удовлетворительно.

Растворимость водорода в сплавах ВТЗ-1 и ВТ15 до­ вольно велика и изменение провалов пластичности для них с увеличением скорости деформации должно опи-

Содержате нг,%

периментальная кривая

сываться схемой, данной на рис. 156. Следует, однако, отметить, что при принятых в работе условиях экспери­ мента указанный выше тепловой эффект сильно иска­ жал результаты испытаний для сплава ВТЗ-1. Так, на­ пример, на графиках зависимости свойств сплава ВТЗ-1 с водородом от температуры охлаждающей среды (рис. 151) провалы пластичности не смещаются к более высоким температурам с увеличением скорости дефор­ мации. В действительности разрушение титановых об­ разцов происходит не при температуре охлаждающей среды, а при более высокой температуре, которая в ус­ ловиях стационарного состояния в центре образца до­

стигает величины ;0= ^с+8-103 е, а на поверхности tn —

При малых скоростях деформации в образце задолго до разрушения успевает установиться стационарное распределение температуры, а при больших скоростях

3 4 9

деформации разрушение происходит так быстро, что об­ разец не успевает нагреться до температур, определяе­ мых уравнениями (105). Непосредственное измерение температуры поверхности образцов при испытании на растяжение показало, что при скорости деформации

Рис. 161. Влияние истинной температуры испытаний на свойства сплава ВТЗ-1 с 0,03% Н2 при скоростях деформа­

разцов должна быть практически такой же, как и на по­ верхности.

ВТЗ-1, подтверждают изложенную выше дислокацион­ ную гипотезу водородной хрупкости не только качествен­ но, но и количественно.

Экспериментальные данные, иллюстрирующие изме­ нение провалов пластичности при одной скорости дефор­ мации от содержания водорода в сплаве ВТЗ-1, также

3 5 0

удовлетворительно согласуются со схемами, иллюстри­ рующими влияние водорода па склонность металлов к водородной хрупкости всоответствии с дислокационной гипотезой (рис. 156).

атомов водорода. Концентрация атомов водорода в ат­ мосферах Коттрелла при плотности дислокаций 10+8см~2 составляет всего около 10~6— 10~7% (по массе), а ис­ следования по диффузии водорода в р-сплавах при низ­ ких температурах были проведены при концентрациях водорода порядка 0,01—0,1% (по массе). Чтобы иссле­ довать диффузию водорода, связанного в ловушках, нужно работать с титановыми сплавами, в которых со­ держание водорода было бы порядка 10_7% (по массе) (такого материала в настоящее время нет), или разра­ ботать методы исследования, которые позволили бы разделить диффузию связанного и свободного водорода. Детальное исследование диффузии водорода в металлах при низких температурах имеет принципиально важное значение для разработки теории обратимой водородной хрупкости. Только после получения таких данных можно поставить вопрос о строгой количественной проверке из­ ложенной выше гипотезы для титановых сплавов.

ОВЛИЯНИИ ВОДОРОДА НА ЗАРОЖДЕНИЕ

ИРАСПРОСТРАНЕНИЕ ТРЕЩИН

Впредложенной выше гипотезе рассматривалось лишь то общее, что наблюдается в металлах (независи­ мо от их природы) в присутствии водорода, а именно транспортировка водорода к границам зерен и Другим препятствиям, возле которых возникают скопления дис­ локаций. Из-за транспортировки атомов водорода дис­ локациями в голове скопления дислокаций облегчаются условия раскрытия трещины во всех металлах, но при­ рода влияния водорода на дислокационный механизм

351