Том 21 (2018)
- Номер 1 (февраль 2018)
- Номер 2 (апрель 2018)
- Номер 3 (июнь 2018)
- Номер 4 (август 2018)
- Номер 5 (октябрь 2018)
- Номер 6 (декабрь 2018)
Многоуровневый механизм усталостного разрушения титанового сплава Ti–6Al–4V в рамках подхода мезомеханики «пространство–время–энергия»
В.Е. Панин1,2, Н.С. Сурикова1, А.М. Лидер2, Ю.С. Бордулев2, Б.Б. Овечкин2, Р.Р. Хайруллин1,2, И.В. Власов11Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, 634055, Россия
2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, 634050, Россия
Ударная ультразвуковая обработка (УЗО) сплава Ti-6Al-4V (ВТ6) обусловливает сильную кривизну кристаллической решетки, наноструктурирование тонких поверхностных слоев и образование в α-фазе нижележащего подслоя сложных полосовых структур предвыделений фазы Ti3Al и мартенситной фазы α′. При этом усталостная долговечность сплава возрастает только в 1.3 раза, что связано с негативным влиянием сложных полосовых структур. Позитронная аннигиляция выявила концентрацию неравновесных вакансий в обработанном поверхностном слое, равную 10-5, что на пять порядков превышает равновесную концентрацию вакансий. Это определяет возможность обратимых структурных трансформаций механизмом пластической дисторсии при циклическом нагружении ВТ6 и лежит в основе возрастания усталостной долговечности. Наблюдается сближение кривых распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО и Al, построенных по спектрам доплеровского уширения аннигиляционной линии. Данный результат может свидетельствовать об образовании кластеров Ti-Ti-Al и предвыделений Ti3Al в нетравящихся полосовых структурах. При наводораживании поверхностных слоев ВТ6 после их ультразвуковой обработки усталостная долговечность материала снижается в 4 раза. Это связано с образованием в α-фазе пачек мартенситной α″-фазы, которая в условиях функционального влияния водорода перестраивает ГПУ-решетку в орторомбическую структуру, что сопровождается сегрегацией атомов ванадия в полосах α″-фазы. Последняя вызывает сближение кривых распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО + H2 и V, о чем свидетельствуют спектры доплеровского уширения аннигиляционной линии. Пачки полос α″-фазы армируют наноструктурированный поверхностный слой, что резко снижает усталостную долговечность сплава. Его микротвердость в зоне усталостного разрушения сильно возрастает. Многоуровневый структурный анализ проблемы усталостного разрушения проводится на основе подхода мезомеханики «пространство-время-энергия».
Ключевые слова: титановый сплав, обработка поверхностных слоев, многоуровневый структурный анализ, усталостное разрушение
стр. 57 – 69
Образец цитирования: