Wpływ natleniania stopu tytanu Ti-6Al-4V na rozwój pęknięć zmęczeniowych

• Autorzy: Hepner M. , Rozumek D.
• Konferencja: Metody oceny struktury oraz własności materiałów i wyrobów/sympozjum (XXII ; 6-8.XI.2007 ; Svratka, Czechy)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera wyniki badań doświadczalnych rozwoju pęknięć zmęczeniowych próbek z karbem w warunkach zmiennego zginania. Badano próbki płaskie z koncentratorem naprężeń w postaci zewnętrznego jednostronnego karbu ostrego, a następnie prowadzono analizę rozwoju pęknięć w układzie strukturalnym materiału. Do badań zastosowano typowy stop dwufazowy aluminiowo-wanadowy Ti-6A1-4V (oznaczenie firmowe IMI318, zawierający: Al-6,12%, V-3,94%, Cr-0,01%, Ti-reszta) o twardości 373HV0,i. Próbki płaskie z jednostronnym karbem ostrym poddano natlenianiu w temperaturze 900°C w czasie 2 godzin. Natlenianie prowadzono w piecu elektrycznym w atmosferze gorącego powietrza, a następnie próbki chłodzono wraz z piecem. W wyniku wysokotemperaturowego natleniania tytanu i jego stopów powstaje na powierzchni nie tylko zgorzelina, złożona głównie z TiO2 i A12O3, ale również część tlenu dyfunduje poprzez warstwę tlenków i rozpuszcza się w metalicznym podłożu powodując znaczny wzrost twardości zależny od ilości rozpuszczonego tlenu. Tytan a o strukturze heksagonalnej zwartej jest w stanie rozpuścić w swej sieci maksymalnie 34% atomowo (14% wagowo) tlenu. Po 2 godzinach natleniania w powyższych warunkach uzyskano łatwo odpryskującą zgorzelinę oraz roztwór stały tlenu w metalicznym podłożu o koncentracji 14,8% atomowo tlenu, czego wynikiem była wysoka twardość około 800HVQ,I na powierzchni próbki (powierzchnia była mierzona po usunięciu warstwy tlenków). Umocnienie materiału zmniejszało się wraz z odległością od powierzchni zewnętrznej próbki i było stwierdzone jeszcze na głębokości 100 jj,m. Badania rozwoju pęknięć zmęczeniowych prowadzono dla materiału wzorcowego, którym był stop Ti-6 A1-4V oraz na próbkach poddanych natlenianiu. Porównując trwałość badanego stopu przed i po obróbce natleniania stwierdzono około 3 krotny jej wzrost. Główne pęknięcie rozwijało się w płaszczyznach największych naprężeń normalnych zarówno dla stopu przed i po obróbce cieplno-chemicznej. Na przełomach przeważają pęknięcia transkrystaliczne przez ziarna fazy a, ale obserwowano również pęknięcia po granicach ziaren. W obydwu przypadkach występowały również wtórne (krótkie) pęknięcia, które rozwijały się od pęknięcia głównego. W przypadku stopu bez natleniania zauważono, że cechą charakterystyczną pęknięć krótkich jest ich różnokierunkowość względem osi próbki. Natomiast w przypadku stopu po obróbce, zauważono ponadto w warstwie natlenionej siatkę rozwijających się pęknięć w postaci półeliptycznej na całej powierzchni od głównego pęknięcia na odległość około 700 ^m.

Słowa kluczowe

PL

stop tytanu Ti-6Al-4V; rozwój pęknięć zmęczeniowych; warunki zmiennego zginania; obróbka natleniania

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 321, z. 89
• Strony: 73--74
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., il., schem., wykr.

Twórcy

autor

Hepner M.

autor

Rozumek D.

• Politechnika Opolska, Katedra Materiałoznawstwa i Technologii Bezwiórowych, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn

Bibliografia

• [1] ROZUMEK D., HEPNER M.: Wpływ mikrostruktury stopu tytanu Ti-6Al-4V na rozwój pęknięć zmęczeniowych. Inżynieria Materiałowa, Katowice, Nr 2 / 2005, s. 81-83.
• [2] FILIP R., SIENIAWSKI J.: Kierunki rozwoju konstrukcyjnych stopów tytanu. Mat. VI Ogólnopols.-Sympozjum „Tytan i jego stopy”, Karpacz, 1999, s. 13-20.
• [3] ZIAJA W., SIENIAWSKI J., KUBIAK K., MOTYKA M.: Fatigue and microstructure of two-phase titanium alloys. Inżynieria Materiałowa, 22( 2001)5, s. 981-984.
• [4] THUM A., PETERSEN C., SWENSON O.: Verformung, Spannung und Kerbwirkung. VDI, Duesseldorf, 1960.
• [5] ACHTELIK H., JAMROZ L.: Patent PRL nr 112497, CSR nr 200236 i HDR nr 136544, Warszawa 1982.
• [6] ROZUMEK D., MACHA E.: Opis rozwoju pęknięć zmęczeniowych w materiałach sprężysto-plastycznych przy proporcjonalnym zginaniu ze skręcaniem. Politechnika Opolska, Opole 2006, s. 196.
• [7] KOCANDA S.: Zmęczeniowe pękanie metali. WNT, Warszawa 1985.
• [8] PARIS P.C., TADA H.: The stress intensity factors for cyclic reversed bending of a single edge cracked strip including crack surface interference. Int. Journal of Fracture, (1975)11, pp. 1070-1072.
• [9] GREN J.: Statystyka matematyczna. PWN, Warszawa 1987.