книги из ГПНТБ / Свойства титановых сплавов в сложных условиях применения сборник статей

Технический редактор Г. Н. Казакова

Корректор Л. А. Мартьянова

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемый сборник статей содержит результаты научных, работ, выполненных коллективом сотрудников одной из кафедр академии в 1963 и 1964 годах в области исследования свойств титановых сплавов в сложных условиях применения.

Тематика статей весьма разнообразна. В них содержатся не*- которые данные о кратковременной жаропрочности титановых спла­ вов, о механической прочности их в коррозионных средах, о влия­ нии газонасыщенного слоя на механические свойства сплавов, о влиянии циклического нагрева на их структуру и свойства, о коррозии их в различных агрессивных средах, а также о некото­ рых особенностях металлографических исследований титановых сплавов.

В предлагаемых статьях уделено значительное внимание усло­ виям получения, исследованию структуры и механических харак­ теристик газонасыщенного слоя, а также изучению влияния его на служебные и технологические свойства титановых сплавов. В этой связи проведена разработка методик и установок по испы­ танию титановых сплавов в сложных условиях работы. Здесь в первую очередь надо отметить методики и установки для испыта­ ния на кратковременную жаропрочность, на механическую проч­

ность в коррозионной среде, на термическую усталость и некото­ рые другие.

Материалы, помещенные в сборнике, могут быть использованы работниками промышленности и научными сотрудниками*, занимающи­ мися исследованиями структуры, свойств и вопросами применения титановых сплавов в сложных условиях службы.

4

5

КРАТКОВРЕМЕННАЯ ЖАРОПРОЧНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Жаропрочность титановых сплавов в ряде случаев определяет возможность их применения в конструкциях, работающих при доста­ точно высоких температурах. В научно-технической литературе содержатся обширные данные о жаропрочности титановых сплавов при длительных испытаниях. В работе И.И.Корнилова с сотруд­ никами £ l ] приведена сравнительная жаропрочность некоторых ти­ тановых сплавов при температурах 4-50-700Р. В ней указывается, что технический титан уже при температуре 450° имеет высокую ползучесть и не является жаропрочным материалом.

Сплавы 0Т4 и 0Т4-2, имеющие оС + fi -структуру, обладают низкой жаропрочностью при 450° и выше. Наиболее жаропрочным является сплав BT5-I со стабильной сС -структурой. Шестикомпо­ нентные сплавы марок АТЗ, АТ4, АТб и АТ8 имеют жаропрочность более высокую, чем сплавы 0Т4, 0Т4-2, ВТ6 и BT5-I. При увели­ чении количества алюминия в них наблюдается значительное по­ вышение жаропрочности, что может быть объяснено более высокой температурой аллотропического превращения и благотворным влия­ нием алюминия на прочность твердого раствора. При температу­ рах 600-700° наиболее жаропрочными оказываются сплавы АПО и ATI2, содержащие до 8 элементов.

Сплав BTI4, обладающий после закалки и старения высокой прочностью при комнатной температуре, не является жаропрочным при всех температурах испытания.

7

образца 7, который, в евою очередь, размещается в индукторе 8. Нижний захват 9, являющийся неподвижным, крепится на стойке 10 станины. Поддерживание рычага нагружения 4 в нерабочем по­ ложении и подстраховка его в процессе испытаний осуществляет­

питающимся от высокочастотной установки Г3-46х ) . После нагре­ ва и выдержки в течение нескольких секунд при заданной темпе­ ратуре (800, 850 или 900°), контролируемой оптическим пиромет­ ром и поддерживаемой с точностью ± 10°, производится нагруже­ ние образца через посредство рычага 4 с помощью груза, соот­ ветствующего заданному напряжению.

Регулировка температуры образца и поддержание ее в процес­ се испытания осуществляется путем изменения напряжения накала генераторных ламп в пределах 8-10$, а также, при образовании шейки на образце, изменением формы гибкого индуктора 8.

Кроме оптического пирометра для выборочного контроля тем­ пературы, применяется фотометрический метод, при котором про­ водится фотографирование образца вместе с контрольной нитью накала и последующее фотометрирование пленки. С целью допол­ нительного контроля температуры перед испытанием партии образ­ цов к одному из них приваривается термопара и проводится кон­ трольный нагрев.

В процессе испытания проводится измерение деформации об­ разца через определенные отрезки времени (3 , 5 , 10 и т.д .сек ) или осуществляется запись кривых ползучести на пленку осцил­ лографа. Полученные кривые ползучести могут быть использованы для оценки жаропрочности исследованных материалов.

Результаты исследований и их анализ

Кривые ползучести некоторых из исследованных сплавов пред­ ставлены на рис.2 . Эти кривые по виду идентичны соответствую­ щим графикам, получаемым при длительных испытаниях на ползу-

Ф Применение индукционного нагрева при испытании матери­ алов на прочность при высоких температурах предложено профес­ сором С.С.Строевым.

8

честь. Повышение температуры и действующих напряжений ускоря­

Продолжительность испытания, сек

Рис.2 . Кривые ползучести при кратковременных испытаниях спла­ вов: а - BT5-I, б - 0T4-I, в - BTI4. Состояние материала, ре­ жим испытания и основные результаты приведены в табл.1

женив поперечного сечения испытанных образцов. Имея в виду локальный нагрев при испытании, удлинение дается в миллимет­ рах. Сужение приведено в процентах.

Наиболее жаропрочным из приведенных в табл.1 сплавов явля­ ется BT5-I. Этот сплав при 850° и напряжении 9 кг/мм2 разруша­ ется через 78 сек при скорости ползучести 79 мк/сек. Сплав BTI4 при той же температуре и почти вдвое меньшем напряжении (5 кгс/мм2) разрушается через 41 сек со скоростью ползучести

92 мк/сек, а сплав 0T4-I разрушается при напряжении 4,5 кгс/мм2 и температуре 850° через 27 сек со скоростью ползучести 104 мк/сек. Особенно заметным является преимущество сплава

BT5-I при 900°. В этом случае скорость ползучести его при на­ пряжении 7 кгс/мм2 такая же, как у сплава 0T4-I при 2 кгс/мм2 .