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

ния, чем основной металл, что авторы работы объясня­ ют упрочняющим действием мартенситной структуры. Введение в сплавы водорода приводит к уменьшению параметров замедленного разрушения.

Этот вывод следует также из рис. 87, на котором при­ ведена зависимость разрушающих напряжений от време­ ни до разрушения металла околошовной зоны сплавов

щих напряжений. Одновременно уменьшается и время до разрушения тр при минимальном разрушающем на­ пряжении Gp.min с 1 до 0,04 сут. для сплава ОТ4-1 и с 32 до 0,1 сут. для сплава ВТ6.

По мнению авторов работ [210, 220], влияние водо­ рода на склонность сплава ВТ6 к замедленному разру­

образования гидридов. В сплаве ОТ4-1 на развитие за­ медленного разрушения существенное влияние оказыва­ ет также гидридное превращение. Действительно, при уменьшении скорости охлаждения после сварки (ско­ рость охлаждения регулировали подогревом образцов)

уменьшении скорости охлаждения с 270 до 15 град/с ми­

15 мин. Уже при скорости охлаждения 80 град/с металл околошовной зоны теряет способность к пластическому деформированию. Усиление склонности сплава ОТ4-1

466

с 0,04% Н2 к замедленному разрушению с уменьшением скорости охлаждения обусловлено двумя причинами: ростом зерна и укрупнением гидридных выделений. Та­

(ВТ6, ЛТ8) скорость охлаждения околошовной зоны пос­ ле сварки мало влияет на характеристики замедленного разрушения из-за отсутствия гидридов.

На основании анализа описанных выше данных мо­ жно рекомендовать следующие методы борьбы с холод­ ными трещинами в сварных соединениях.

Во-первых, содержание водорода в свариваемых сплавах и присадочном материале должно быть по воз­ можности минимальным. Так, в частности, в основном и присадочном материале при сварке титана и сплавов типа ОТ содержание водорода не должно превышать

0,005—0,008%.

Во-вторых, нужно стремиться устранить все источни­ ки наводороживания в процессе сварки. Так, например, инертные газы, применяемые в качестве защитной сре­ ды при сварке титана, должны быть возможно более чистыми. Для сохранения удовлетворительной пла­

термической обработке для снятия внутренних напря­

время между операциями сварки и термической обработки.

В-четвертых, содержание примесей внедрения (кис­

дении может происходить гидридное превращение, свар­ ку нужно проводить на жестких режимах.

ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

Вначале полагали, что водород должен уменьшать усталостную прочность титана и его сплавов. Однако это предположение не подтвердилось экспериментально. Бергером [403] было изучено влияние водорода на цик­ лическую прочность технически чистого титана марки А55. Испытания были проведены на гладких и надре­ занных образцах с теоретическим коэффициентом кон­ центрации напряжений 3,0. Испытания проводили на знакопеременный изгиб при вращении образцов со ско­ ростью 105 циклов в минуту. Было обнаружено, что пре­ дел выносливости надрезанных образцов при содержа­ нии 0,039% Н2 такой же, как и при содержании

0,0018% На.

Циклическую прочность титана после отжига па воз­ духе и после вакуумного отжига по двум вариантам изу­

удалении водорода из титана. Однако предел выносли­ вости надрезанных образцов существенно не изменился. Предел выносливости гладких образцов после вакуум­ ного отжига (т. е. при меньшем содержании водорода!) несколько меньше, чем после отжига в воздушной ат­ мосфере. Авторы полагали, что этот эффект следует свя­ зать с более крупным зерном после вакуумного отжига, а не с влиянием водорода. Позднее было показано, что уменьшение содержания водорода в титане приводит

кснижению его усталостной прочности.

Вработе [239] было обнаружено, что повышение со­ держания водорода в титане с 0,002 до 0,03% (по мас­ се) увеличивает предел усталости на 10—15%• Повыше­ ние предела усталости авторы объясняют увеличением статической прочности титана вследствие введения водо­ рода, а также упрочняющим действием гидридов, выде­ ляющихся в процессе испытаний благодаря незначитель­ ному повышению температуры образца. Упрочняющее действие гидридов в условиях циклических испытаний превалирует над их действием как концентраторов на­ пряжения.

Вдругой работе [404] было высказано предположе­ ние, что повышение разрушающих напряжений при ус­

4 6 8

талостных испытаниях вместо ожидаемого их падения связано с растворением гидридных выделений и усили­ ем связанного с этим растворного упрочнения.

Позднее механизм влияния водорода на поведение титана при усталостных испытаниях был изучен Бивер­ сом [53, с. 535]. Работа вы­ полнялась на крупнозерни­ стом титане (размер зерна 0,15—0,3 мм), чтобы можно было более детально иссле­ довать микромеханизм явле­ ний, происходящих при ус­ талостном нагружении. Для получения крупного зерна образцы отжигали в ваку­ уме при 800°С и давлении менее 10~5 мм рт. ст. в тече­

ние 24 ч. Испытания проводили на растяжение-сжатие при симметричном цикле на механически полированных образцах при частоте нагружения 100 циклов в секунду.

Результаты испытаний приведены на рис. 237. Вве­ дение водорода в исходный вакуумированный металл привело к существенному повышению усталостной проч­ ности.

Усталостное разрушение титана оказалось связан­

ным с двойниками типа {1121}, ограниченными почти параллельными двойниковыми плоскостями, а не с лин­

зообразными типа {10Г2}, что противоречит данным ра­ боты [404]. Это противоречие обусловлено тем, что Би­

с двойниками типа {1012}, образовавшимися при пред­ шествующей усталостным испытаниям обработке.

Биверс обнаружил, что усталостные трещины могут раскрываться или вдоль поверхности раздела двойник — матрица в месте пересечения двойника с поверхностью образца, или зарождаться в отдельных точках двойнико­ вой плоскости. Второй механизм зарождения трещин может реализоваться или в зернах у поверхности образ­ ца, или внутри образца в областях, пластическая де­ формация которых ограничена окружающим материа­ лом. Зародившаяся трещина распространяется преиму­ щественно вдоль поврежденных при усталостных на­

грузках двойников типа {1121}.

469