Enhanced assessment of technological factors for Ti-6Al-4V and Al-Cu-Mg strength properties

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 126 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ выносливости материала условно можно выде - лить несколько основных групп . Первая группа – регулярное нагружение с разрушением образцов при МЦУ ( малоцикло - вая усталость ) [2]. Широко используют форму - лу Коффина , которая включает характеристику неупругого деформирования – ширину петли гистерезиса [3]. Вторая группа методов – на - гружение с использованием эффекта повыше - ния частоты испытаний . Эта методика положила начало исследованию « бесконечной долговеч - ности » – 10 6 …10 10 циклов ( Батиас ) [4]. В этом направлении исследователи [5, 6] первыми об - ратили внимание на то , что при режиме нагру - жения свыше 10 9 циклов возникновение трещин происходит под поверхностью образца [7]. Очаг разрушения имеет вид «Fish-eye» [8, 9]. В тре - тьей группе рассматривается нагружение с при - менением программного изменения нагрузки : Локати , Про , Эномото , Вейбулла [10–12]. Общий недостаток рассмотренных выше трех групп ускоренных методов – разрушение большого количества образцов , большая по - грешность – реально оценивать только цикли - чески стабильные материалы , что ограничивает представленные методы . Кроме того , указанные выше методы не связаны с изучением физиче - ских процессов , которые происходят в структуре материала на разных масштабных уровнях под действием внешней нагрузки . Четвертая группа : циклическое нагружение без доведения образцов до разрушения . В кос - венных методах величина предела выносливо - сти связана с характеристиками механических свойств или физическими явлениями металлов , которые сопутствуют процессу усталости . Эти методы основаны на установлении связи преде - лов выносливости с напряжениями , при которых в исследуемом материале начинают появляться необратимые эффекты , связанные с усталостны - ми повреждениями . Физической основой нераз - рушающих методов являются структурно - чув - ствительные характеристики и сопутствующие явления , происходящие в материале в процессе периодического нагружения [21–48]: фазовые превращения в материале [13–16], где наблю - дают превращения в сплавах по типу мартен - ситных ; микротвердость [17]; искажение кри - сталлической решетки металла [18]; изменение характеристик магнитного сопротивления , маг - нитного гистерезиса , вихревых токов [19–21]; изменение рельефа поверхности [22, 23]; акку - стическая эмиссия [24]; интенсификация необ - ратимого рассеяния энергии или неупругих де - формаций [22]; изменение микроструктуры [9, 23, 24] и т . д . Существуют методы , в которых накопление повреждения связывается с измене - нием различных интегральных характеристик рассеяния энергии в металле , основанные на из - мерении коэффициента поглощения , логариф - мического декремента колебаний , температуры в очаге разрушения [25–30]. Основной целью исследования является обнаружение физических явлений , сопутству - ющих процессу циклического нагружения в переходной области от упругого к неупругому деформированию , анализ диссипации энергии и накопления деформаций , происходящих при не - упругой циклической деформации при постоян - ных ненулевых средних напряжениях . При этом раскрывается влияние технологического воздей - ствия на определяемые характеристики . Даль - нейшие исследования посвящены обсуждению подходов к моделированию этих явлений . Методика исследований Образцы для испытаний Партия образцов для исследования изготав - ливалась из листа высокопрочного титанового сплава ВТ 6 (Ti-6Al-4V) и листа алюминиевого сплава Д 16 (Al-Cu-Mg). Выбор этих материалов обусловлен тем , что оба сплава широко приме - няют в самолетостроении . Алюминиевый сплав Д 16 исторически является основным материа - лом в области авиастроения . Титановый сплав ВТ 6 применяется , например , для изготовления дисков и лопаток первых ступеней ГТД . Эти ма - териалы поставляются в различном виде : поков - ки , штамповки , прутки , плиты и листы . История деформирования полуфабрикатов создается на этапе их изготовления , при котором на материал воздействуют разнообразные техно - логические процессы : прокатка , волочение , ков - ка , механическая обработка резанием , термиче - ская обработка и др . Технологические факторы , предшествующие испытанию образца материа - ла на сопротивление усталостному разрушению , оказывают сильное влияние на долговечность образца .