Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

в) критическая скорость пропорциональна давлению кислорода.

Рост трещин в сплаве 7075-Т651 в атмосфере сухого газа при 100° С происходит вдвое быстрее, чем при ком­ натной температуре (частота испытания 143 гц). Воз­ можно, что такое влияние температуры объясняется яв­ лением местного перестарнваиия сплава.

Азот является единственной составляющей атмосфе­ ры, которая не оказывает прямого влияния на скорость роста трещин, но может видоизменять доступ паров во­ ды к вершине трещины.

Критическое давление при наличии азота оказывает­ ся на порядок выше, чем в чистых парах воды, т. е. азот

деляется достаточное количество водорода и в вершине трещины создается атмосфера водорода, умеренно на­ сыщенная парами воды.

В л и я н и е д а в л е н и я п а р о в в о д ы сказывает­ ся в увеличении скорости роста трещин в алюминиевом сплаве 5070А, причем и в этом случае с ростом А/С эф­ фект уменьшается. При малом содержании паров воды скорость роста трещин больше, чем в вакууме, из-за на­ личия кислорода.

Для AI—Си—Mg сплава ДТД 5070А и Al—Zn—Mg сплава ДТД 683 установлено [56] «пороговое» давле­ ние паров воды, при котором происходит резкое измене­

1 мм рт. ст. (1,33-102—1,33-103 дин/см2). Для получения эффекта скачка, очевидно, требуются определенные хи­

уменьшением чувствительности к среде при высоких зна­ чениях К. Установлено, что среда оказывает более силь­ ное влияние при низких значениях К, в этом случае на­ блюдается почти десятикратное увеличение скорости ро­ ста трещин. Наиболее вероятный механизм влияния

202

Влаги на скорость роста трещин в высокопрочных алю­ миниевых сплавах это — механизм охрупчнвающего вли­ яния атомарного водорода. Влага вступает в реакцию со свежими поверхностями трещин, при этом происходит выделение активного атомарного водорода. Наводороживание отражается на характере разрушения, перево­ дя его в разряд хрупких.

В л и я н и е н о в ы ш е и и о г о и по и и ж е ни о г о д а в л е н и я в о з д у х а . С повышением давления воз­ духа скорость роста трещин увеличивается, причем в ди­ апазоне давлений от 10_ 1 до 1 мм рт. ст. (0,133-103 до 1,33-103 дин/см2) наблюдается скачкообразный ростскорости. Как ниже, так и выше указанного давления ско­ рость роста трещин практически остается неизменной [79]. Эксперименты проводили на плоских образцах из технически чистого алюминия (120Х61Х1>9 мм с цент­ ральной прорезью).

Установлено, что скорость роста трещин при различ­ ном давлении воздуха подчиняется уравнению

рого рода, предела текучести и пластической деформации.

Большую скорость роста трещин на воздухе по сравне­ нию с вакуумом можно объяснить тем, что оксидная пленка, возникающая в первом случае, препятствует свариванию стенок трещины у ее вершины в полуцикле смыкания трещины. Следует также учесть взаимодейст­ вие между оксидной пленкой и дислокациями впереди трещины, а также локальное изменение механических свойств оксидной пленки, выражающееся в увеличении ее прочности с уменьшением давления воздуха.

Ультравысокий вакуум практически не оказал влия­ ния на предел выносливости образцов из сплава 2024— ТЗ, но привел к резкому увеличению их долговечности при напряжениях выше предела выносливости.

Анализ микроструктурной картины показал, что воз­ никновение трещин происходит после ~10% от общей долговечности (от начала испытания до разрушения). Начальное развитие зародышевых трещин на глубину от 2 до 20 мкМ происходит межкристаллитно. После это­ го разрушение становится транскристаллитным. Транс-

крнсталлнтное развитие трещины идет медленно н хотя транскрпсталлптная стадия охватывает до 95% долго­ вечности, глубина трещин на этой стадии не превышает 30 мкм. Поэтому вплоть до 95% долговечности усталост­ ный процесс практически не отражается на прочности при растяжении'. Среда оказывает влияние главным об­ разом на развитие усталостных трещин.

В л и я н и е ч а с т о т ы . При рассмотрении влияния частоты на скорость роста трещин в условиях коррози­ онной среды следует различать эффект частоты, свой­

ты с 57 до 0,4 се/с- 1 число циклов, требуемое для роста трещины от 1,5 до 25 мм, в сплаве 2024-ТЗ снижается на 40%, а в сплаве 7075-Т6—на 30% [56]. Уменьшение

и диффузия, не оказывают существенного влияния па скорость роста трещин, т. е. для данного сплава не ха­ рактерно естественное влияние частоты. Следовательно, увеличение скорости роста трещин при частоте в 1 сек-1 по сравнению с частотой 100 сек~{ в рассматриваемом случае характеризует влияние окружающего воздуха. Сплав 683 более чувствителен к частоте, о чем можно судить по изменению скорости роста трещин в этом сплаве в вакууме. Если по своей природе сплав нечув­ ствителен к частоте, большое значение приобретает дли­ тельность циклического нагружения, т.е. время, в тече­ ние которого свежие поверхности раскрывающейся тре­ щины взаимодействуют с окружающей атмосферой.

204

При высокочастотном иагружении вследствие воз­ никновения электрического тока за счет трения между образцом и окружающей жидкой средой происходит разложение воды на водород и кислород, что способст-

205

сокопрочных сталей и алюминиевых сплавов. Титановые сплавы Ті—6А1—4V, Ті—6 Al—6 V—2 Sn—1 Си—0,5 Fe, Ti—6 Al—ЗѴ— 1 Mo и Ti—7 Al—2,5 Mo (исключение со­ ставил сплав Ti—7Al—2Nb—ITa) показали нечувстви­ тельность к влиянию 3,5% раствора соли в воде, тогда как скорость роста трещин в сталях 1TY-80 и HY-130/150 (5Ni—Cr—Mo—V) в этих условиях возросла в 5 раз,

астали Д6АС и алюминиевого сплава 7079—Т6 в 10 раз

[82]. Однако в работе [56] отмечено увеличение скоро­

сти роста трещин в титановом сплаве в соленой воде.

Все перечисленные титановые сплавы при испытании на воздухе не показали каких-либо преимуществ по сравнению с выбранными для сравнения сталями и алю­ миниевым сплавом. Следует, однако, отметить, что, кро­ ме меньшей скорости роста трещин в агрессивной среде, сплавы на основе титана отличаются более высоким от­ ношением предела текучести к плотности.

Скорость роста усталостных трещин в титановых сплавах [82] описывается формулой

d ( 2 / ) W = а(е т )"\

где т = 6—7, что указывает на высокую чувствительность скорости роста трещин в этих сплавах к аплитуде цик­ лической деформации. Так как титановые сплавы нечув­ ствительны к указанной среде, эта формула описывает

206