книги из ГПНТБ / Пульцин Н.М. Титан и его применение в авиации

приведем характеристики некоторых конкретных марок титановых сплавов при различных условиях испытания [9]. В таблице 9 даны механические свойства важнейших титановых сплавов отечествен­ ного производства при обычной температуре.

Приведенные значения механических свойств являются осреднен­ ии м>и и в зависимости от степени неоднородности листов, прутков или других полуфабрикатов могут изменяться в некоторых пределах. Так, например, предел прочности сплава ВТ5-1 может изменяться от 75 до 95 кг/мм2, а относительное удлинение — от 8 до 12%.

Изменение свойств титановых сплавов при низких температурах иллюстрируется данными для ВТ5-1, приведенными в таблице 10.

Таблица 10

Механические свойства сплава ВТ5-1 при низких температурах

В этой таблице для сравнения повторены данные таблицы 9 пб механическим свойствам сплава ВТ5-1 при обычной температуре. Рассмотрение приведенных данных позволяет отметить интенсивное повышение пределов прочности и текучести, а также снижение пла­ стичности и вязкости при низких температурах. Однако существен­ ного уменьшения относительного сужения при этом не наблюдается.

Повышение прочности и снижение пластичности и вязкости при низких температурах наблюдается у многих металлов и спла­ вов и объясняется увеличением жесткости межатомных связей

40

в кристаллической решетке при понижении температуры. Здесь уместно отметить, что правильным легированием титановых сплавов можно добиться высокой пластичности и вязкости их при очень низких температурах. Так, в упоминавшейся ра­ боте [12] для тройного сплава титана с 4% алюминия и 4% ва­

тех температурах, которые характерны для рассматриваемых спла­ вов как рабочие.

Наиболее жаропрочным из всех приведенных материалов яв­ ляется сплав ВТ9, предел длительной прочности которого при 550° более чем в два раза превышает эту характеристику для сплава ВТ5-1 при 500° и почти равен пределу длительной прочности сплава ВТК) при 500°. Однако этот -сплав имеет наименьшую из всех приве­ денных в таблице 11 сплавов пластичность — она почти в три раза ниже, чем у сплава ВТ5-1.

Таблица 11

Механические свойства титановых сплавов при повышенных температурах

Высокой теплопрочностью при температуре 400° обладает многокомпонентный сплав ВТ13, имеющий при этой темпера­ туре оа= 7 0 кг мм2 и з 2,100= 25 кг;мм2. Трехкомпонентный сплав

ства жаропрочности многокомпонентного сплава ВТТЗ ио срав­ нению с трехкомпонентным ВТ6 обеспечиваются благодаря на­

личию в твердом растворе большего числа разнородных ато-

41

Сплав' ВТ5-1 может изготовляться в виде листов, полос, плит, по­ ковок, штамтювок, прессованных профилей, труб и" проволоки. В сравнении с титановыми сплавами, содержащими |2 -стабилизаторы,

он имеет высокую прочность при кратковременных нагревах до 900°. Значения предела прочности сплава ВТ5-1, выдержанного в течение 300 сек. при различных температурах, представлены графически на фиг. 32. Сохранение значитель­

Наилучшее сочетание невысокого коэффициента линейного рас­ ширения и повышенного коэффициента теплопроводности можно от­ метить у листовых свариваемых сплавов ВТ5-1 и ВТ13. Эти сплавы при переменных нагревах и охлаждениях не будут испытывать зна­ чительных термических напряжений. Худшим в отношении термо­ стойкости является сплав ВТ 10, имеющий высокий коэффициент ли­ нейного расширения и низкий коэффициент теплопроводности.

43

Значения коэффициентов линейного расширения двух титановых сплавов в различных температурных интервалах приведены в таб­ лице 13.

При повышении температуры коэффициент линейного расшире­ ния сплава ВИ З увеличивается больше, чем сплава ВТ9. Поэтому в первом из них возможно возникновение при теплосменах больших термических напряжений.

Приведенные данные позволяют судить об основных механиче­ ских и физических свойствах новейших отечественных титановых сплавов. Однако они еще не исчерпывают вопроса о всех свойствах, присущих сплавам на основе титана. Поэтому рассмотрим более де­ тально некоторые отдельные стороны этого большого вопроса. К ним относятся ползучесть и длительная прочность титана и его сплавов, усталостная прочность, (изменение свойств в процессе эксплуатации, влияние на свойства предшествующей обработки и т. д.

Ползучесть и длительная прочность. Ползучесть чистого и технического титана, как известно, развивается не только при повышенных, но и при обычных температурах, хотя к титано­ вым сплавам последнее не относится. На фиг. 33 по данным Аденстедта [24] приведены кривые ползучести листового отож­ женного титана при комнатной температуре. Кривая 1 построена

для листового отожженного титана, испытанного поперек на­ правления прокатки при напряжении 52 кг/мм2, составляющем 91,5% от os или 81% от ой. Кривая 2 отражает ползучесть ли­

стового отожженного титана, испытанного на растяжение вдоль направления прокатки при напряжении 50 кг/мм1, составляющем

44

испытании холоднокатаного отожженного титана, испытанного поперек направления прокатки напряжением 34 кг!им2, соста­ вляющим 60% от as ИЛИ 51% от ав.

На фиг. 34 по тем же данным [241 приведены кривые пол­ зучести холоднокатаного полосового титана при комнатной температуре. Эти кривые построены при напряжениях, значи­

Д68% з,.

комнатной температуре. Кроме того, очевидно, что для титана пре­

обработка в ряде случаев способна существенно улучшить это свой­ ство. Сплав К1026 [25], содержащий 7,5% алюминия и примерно по 1% хрома и молибдена, после нагрева до 930° и охлаждения на воз­ духе имеет высокую длительную прочность. В частности, испытание в течение 546 часов при 425° и напряжении 42 кг/мм2 показало ско­

рость ползучести 0,0004% в час. Другой сплав КЮЗО [25], содержа­ щий 8 % алюминия и несколько менее чем по 1% железа, хрома и

45

молибдена, после той же термической обработки также имеет высо­ кую длительную прочность. Скорость ползучести его в процессе длительного испытания при 540° и напряжении 21 кг/мм1 составила

0,005% в час. Этот сплав по длительной прочности сопоставим с хромоникельвольфрамовой сталью ЭИ69, которая при 600° и напря­ жении 21 кг/мм2имеет скорость ползучести около 0,002% в час.

Длительная прочность листовых титановых сплавов А-110АТ и С-1 ЮМ при различных температурах и выдержке до 1000 часов иллюстрируется графиками на фиг. 35 и 36, построенными в полулогарифмических координатах [8 ]. На этих графиках по оси

ординат отложено действующее при испытании напряжение, вы­ раженное в процентах от предела прочности при комнатной тем­ пературе. Сплав С-1 ЮМ (фиг. 36) при температурах до 315° об-

прочности при этом составляет до 70°/о от ов. При температуре 425° наблюдается уже значительное снижение длительной проч­ ности этого сплава как при небольших выдержках, так и, осо­ бенно, при продолжительных, когда, как известно, наблюдаются структурные превращения, приводящие к перестариванию и раз­ упрочнению сплава. Однофазный сплав А-110АТ хотя и'имеет но сравнению со сплавом С-1 ЮМ меньшее значение предела дли­ тельной прочности, составляющее при 315° немного более 5О°/0

от ае, однако он обладает большей стабильностью. Предел дли­ тельной прочности этого сплава не претерпевает существенного изменения во времени вплоть до 425°.

В одной из последних работ [26] в качестве материала жаро­

46

туру а (8 различных типов, а именно: а) видманштеттова—иголь­

чатая, б) равноосная а и недостаренная р и в) равноосная а и перестаренная р. При испытании на ползучесть было обнару­ жено, что сплавы с видманштеттовой структурой по сравнению со сплавами, обладающими равноосной структурой, имеют более высокую прочность и лучшее сопротивление ползучести. Спла­ вы с тонкой видманштеттовой структурой имеют более высокое сопротивление ползучести, чем с грубой.

Усталостная прочность. Титан и его сплавы обладают хорошей усталостной прочностью. Предел выносливости их достигает в сред­ нем 0,58 от предела прочности. Однако выносливость титановых ма­ териалов в значительной мере зависит от состояния поверхности ме­ талла и от других факторов.

т59,5 кг1мм2 при переменном

изгибе представлены на фиг. 37. Как и для других металлов, предел

ленный при комнатной температуре на гладких образцах, соста­ вляет примерно 0,5 ав, а на надрезанных — 0,25 а, при радиусе надреза 0,25 мм. Увеличение остроты надреза приводит к еще

большему снижению предела выносливости. Так, например, при радиусе надреза 0,125 мм он равен всего лишь 0,14 оа.

На основании приведенных данных можно отметить, что соотно­

разцах, аналогичны соответствующим -величинам, имеющим место у большинства конструкционных сталей.

На фиг. 38 и 39 даны кривые выносливости -сплава ТМ 50А при различных условиях испытания, указанных в подписях под графи­ ками. Как можно видеть, не у всех кривых четко выражен горизон-

47

т'альный участок. Это и возбуждает сомнение в наличии у титана и некоторых его сплавов 'истинного предела выносливости.

Приведенные графики показывают, что при понижении темпера­

невысокую чувствительность к надрезу. Об этом говорят следующие факты. На образцах с-над­ резом, имеющим коэффицент концентрации 2, т. е. увеличивающим

напряжение в два раза, предел выносливости -уменьшается не на 50,

а только на 35%. Аналогично при коэффициенте концентрации 4 предел выносливости уменьшается не н-а 75, а только на 63%.

Надрезы, получаемые шлифовкой, являются самыми неблагопри­ ятными: они сильнее других понижают предел .выносливости. Коэф­

48

фициент концентрации этих надрезов выше теоретического, что объ­ ясняется, вероятно, действием растягивающих остаточных напряже­

териалов [27] приводятся данные по усталостной прочности сплава RC-130B в условиях фрикционной коррозии. Испытания проводи­ лись на эксцентриковой машине. Образцы зажимались в приспособ­ ление, которое было снабжено сменными губками из магния, алюми­ ниевых сплавов, меди, латуни, исследуемого титанового сплава и стали различной твердости. В процессе испытания закрепленный ко­ нец образна в результате действия изгибающих напряжений имел