Том 21 (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. Власов1

1Институт 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:
В.Е. Панин, Н.С. Сурикова, А.М. Лидер, Ю.С. Бордулев, Б.Б. Овечкин, Р.Р. Хайруллин, И.В. Власов  Многоуровневый механизм усталостного разрушения титанового сплава Ti–6Al–4V в рамках подхода мезомеханики «пространство–время–энергия» // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 4. - С. 57-69


вернуться