руйнування сплаву ВТ1-0 з модифікованим елементами втілення поверхневим шаром

Анотація

У наших роботах показано, що твердорозчинне модифікування поверхневого шару киснем впливає на втомну довговічність титанового сплаву ВТ1-0 за циклічних навантажень. Також виявлено, що існує «оптимальний» рівень зміцнення K ≈ 70%, при якому досягнуто найбільший приріст довговічності відносно вихідного K =0%, (не зміцненого) стану та при зміцненні на інші рівні K =20%, та K =100% ((K = ((Hпов – Hcерц)/Hсерц)·100%, де: Hпов – твердість поверхні титану; Hсерц – твердість серцевини титану). У даній роботі показано кореляцію між фрактографічними та механічними дослідженнями славу ВТ1-0 з різним рівнем зміцнення K.
Згідно з результатами фрактографічних досліджень, для поверхні зламу сплаву ВТ1-0 у вихідному стані (K =0%) після випроб на циклічний розтяг характерна невелика кількість скольних фасеток малих розмірів, а також незначна кількість деформаційних гребенів (на рисунку не показано). При K =20% зафіксовано незначну кількість деформаційних гребенів (рис. 1 а), а при K =70% – максимальне подрібнення мікрорельєфу руйнування, з явним наростанням долі мікров’язкої складової зламу у вигляді деформаційних гребенів (рис. 1 б). На зразках з рівнем зміцнення K =100% виявлено вторинні тріщини та збільшення скольних поверхонь руйнування (рис. 1 в).
Аналогічні результати були отримані й на зразках сплаву ВТ1-0 з різним рівнем зміцнення після руйнування обертовим згином. Зокрема у вихідному стані K = 0% зафіксовано руйнування, типове для в’язких конструкційних матеріалів (на рисунку не показано). У випадку для K = 20% виявлено, що зародження мікротріщини та їх початковий ріст здійснюється переважно шляхом розшарування по площинах ковзання і на мікрофрактограмі фіксуються досить протяжні (~ 50 мкм) фасетки циклічного квазісколу, які розмежовані деформаційними гребенями ямкового характеру (рис. 1. г).
Підвищення рівня зміцнення поверхні до K = 70% – оптимального для опору втомі ‑ обумовлює ще більшу фрагментацію мікрорельєфу зламу на початковій стадії руйнування (рис. 1 д). Розмір окремих фрагментів становить 5…20 мкм. Істотно зростає кількість деформаційних гребенів, тобто превалює в’язкий мікромеханізм руйнування. Розмір окремих фасеток межзеренного відколу біля вогнища зародження тріщини складає 5…15 мкм. Однак при K = 100% відбувається помітна зміна мікромеханізму руйнування на його початковій стадії, але якісно в протилежну сторону: злам стає крихким (рис. 1 е). Подібно до вихідного стану розмір окремих фасеток циклічного квазісколу зростає, деформаційні гребені виявляються лише епізодично. Зростає частина міжзеренного відколу, а біля вогнища зародження руйнування зафіксовано окремі фасетки міжзеренного відколу розміром до 50…60 мкм, які сумірні з товщиною зміцненого шару металу.