книги / Физическое металловедение титана

деталей, отличных от классических деталей «квазиотры­ ва» (рис. 63,6).

Наиболее примечательными микромасштабными осо­ бенностями поверхности усталостного разрушения ти­ тана и его сплавов являются следующие: 1) наличие чет­ ких или размытых бороздок; 2) присутствие в усталост­ ном изломе отдельных участков, на которых трещина распространялась без образования бороздок; 3) возник­ новение в определенных структурных областях микро­ деталей, непохожих - на усталостные бороздки. Эти специфические детали излома известны как следы или линии «утомления».

Бороздки в титане представляют собой участки, на которых усталостное разрушение происходило наиболее

4)бороздки объединяются в группы.

Втитане и его сплавах можно выделить хрупкие и пластические бороздки (рис. 63,в). Хрупкие бороздки в титане связаны с разрушением сколом по фасеточным

■поверхностям вдоль строго определенных плоскостей спайности. Хрупкие бороздки со специфичным профилем наблюдаются только на высокопрочных титановых спла­ вах (или при действии охрупчивающих факторов) и соп­ ровождаются развитием весьма малой пластической зо­ ны в вершине усталостной трещины. Вследствие этого в таких сплавах затрудняется развитие даже микропластической деформации, и усталостное разрушение можно рассматривать как наиболее близко приближающееся к хрупкому. Пластичные бороздки сопровождаются су­ щественной микродеформацией и встречаются в титане значительно чаще.

Разрушение титана и его сплавов вдоль межэеренных или межфазных границ происходит при водородном ох­ рупчивании I и II рода, при испытании на коррозионное растрескивание или усталость, реже от статического отнократного нагружения сплавов с литой (ВТ5Л, ВТ14Л,

163

Рис. 65. Схемы, пока­ зывающие ^особенно­ сти образования раз­ личных микроповерхностей:

а — нормальный разрыв; б — сдвиговой разрыв; в— расклинивание; г — квазиотрыв; д — связкие* гребни

166

этом происходит трансформация дислокационных тре­ щинок в микропоры.

Материал между пустотами имеет* много общего с разрывным образцом и поэтому, если в титане пустоты расположены близко друг к другу и между ними не со­ держится включений, происходит развитие шейки до су­ жения в линию. Если материал между пустотами неод­ нороден, то весь процесс может начаться вновь в более мелком масштабе: вновь образуются пустоты и т. д. В зависимости от направления и величины пластической де­ формации по обе стороны от пустот .они сливаются по способу нормального "разрыва, сдвигового разрыва или расклинивания [116] (рис. 65). В результате на титане наблюдаются равноосные «чашки» (см. рис. 64,я), вы­ тянутые «ямки» (см. рис. 64,6) и мельчайшие впадин­ ки — «димплы» (см. рис. 64,в). Поэтому можно считать, что в сплавах-малой и средней прочности рост трещин может происходить одновременно путем разрыва сплош­ ного материала и образования пор перед движущейся вершиной трещины [106].

Разрушение любого из обычных образцов происходит способом, более всего похожим на смесь нескольких из рассмотренных выше механизмов. Смешанные виды микроразрушения могут встречаться на титане в виде следующих сочетаний: скол и усталостные бороздки, квазискол и слияние пустот, межзеренное разрушение и квазискол, межзеренное разрушение и усталостные бо­ роздки и т. д. Реализуются и более сложные схемы (нап­ ример, межзеренное разрушение — квазискол — слияние пустот).

Особенно важно наличие в титановых сплавах широ­ кой разновидности «ямок», которые различаются фор­ мой, размерами, строением и энергией образования и встречаются в разных пропорциях на макроскопически ровных поверхностях. Разрушение по механизму обра­ зования и слияния микропустот является доминирующим в титановых сплавах [115, 118].

СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МИКРО-

ИМАКРОСТРОЕНИЕМ ИЗЛОМОВ

ИМИКРОКИНЕТИКА РАЗРУШЕНИЯ

Поверхности разрушения титановых сплавов подраз­ деляют на ортогональные — поверхность в макромасш­ табе перпендикулярна направлению наибольшего глав­

167

ного напряжения, наклонные — поверхность с направлен нием наибольшего главного напряжения составляет угол, близкий к 45°, и вырожденные — в образце в результате течения образуется шейка с острыми кромками (раз­ рыв) .

Макроскопически ортогональные поверхности могут образоваться почти при любом из уже описанных мик­ роскопических процессов. Наклонные поверхности почти всегда обусловлены слиянием микропустот при разру­ шении сдвигом, хотя они могут вызываться усталостны­ ми механизмами и механизмом скольжения и вытягива­ ния. Разрыв характерен для очень вязких сплавов и ма­ териалов, деформированных в условиях сверхпластччности.

При испытании на растяжение круглых цилиндричес­ ких образцов из титана и его сплавов (за исключением очень прочных) для вязкого разрушения характерно об­ разование шейки. Излом имеет чашечную форму (рис.

66)с волокнистой средней частью,

вобщем перпендикулярной к оси образца (ортогональная поверх­ ность), окруженной более глад­ кой конической поверхностью, со­ ответствующей разрушению сре­ зом (наклонная поверхность). Во­ локнистый характер строения дна

«чашечки» для титана соответст­ вует крупнозернистым титановым сплавам, а бархатистый, серый внешний вид этой поверхности бы­ вает у мелкозернистого материа­ ла. Для такого типа излома ха­ рактерны три типа .микроповерхностей, которые возникают при реализации двух различных по природе микромеханизмов разру-' шения. Поверхности I и II (см. рис. 66) образованы по механиз­

му слияния микропустот и представляют собой равноос­ ные «чашки» и вытянутые «ямки», а (поверхность III (см. рис. 66) образована по механизму «вязкого» скола и представляет собой гладкую поверхность с линиями скольжения и элементами «квазиотрыва». Внешние и

168

нагрева срез локализуется в сверхузких слоях. Иногда заключительный этап разрушения расценивают как рас­ слоение по плоскостям скольжения, что приводит к по­ явлению на изломе гладких широких светлых «языков».

низм разрушения по типу скольжения, отличаясь от не­ го ограниченной пластичностью.

Изломы ударных образцов из пластичных титановых сплавов, как правило, состоят из ортогональной поверх­ ности с волокнистым строением, гладких скосов на кромке образца и характерной зоны долома, примыка­ ющей к ненадрезанному основанию образца. Каждая та­ кая поверхность имеет свои специфические особенности; эти особенности отражены на обобщенной фрактографической карте (рис. 68), на которой выделены зоны, от­ ражающие различные микромехаиизмы разрушения.

Рис. 68. Типичная микрофрактографическая жарта поверхности разрушения ударных об­ разцов из титановых сплавов

При динамическом воздействии на образец началь­ ный этап разрушения заключается в образовании непос­ редственно под надрезом острой плоской трещины, не­ большой протяженности (зона /) по механизму раска­ лывания, глубина которой колеблется для титановых сплавов от 0,05 до 0,5 мм. Первая цифра соответствуй г пластичным .вязким сплавам (титан, ВТ 1-00, отожжен­

171