ВИАМ, Москва, Россия:

М. С. Беляев, вед. науч. сотр., эл. почта: bms-oti@mail.ru
М. А. Горбовец, нач. сектора

О. С. Кашапов, вед. инженер
И. А. Ходинев, инженер 1 кат.

Исследована зависимость основных характеристик прочности, включая скорость роста трещины усталости, при температурах 20 и 600 ^оС от структурного состояния жаропрочного титанового сплава ВТ41. Исследование проводили на образцах из поковок, изготовленных по двум различным схемам — с окончательной деформацией при температурах однофазной области и при температурах двухфазной области. Таким образом были получены два различных типа структуры — крупнозернистая пластинчатая и мелкозернистая глобулярно-пластинчатая. Последняя характеризуется более сложным структурно-фазовым состоянием, что обусловлено применением ступенчатого режима термической обработки. Приводится подробное описание полученных структур, фазового состава, основных механических свойств. Испытания на скорость роста трещины усталости проведены при внецентренном растяжении компактного образца с габаритными размерами 60×62×10 мм. Методика испытаний соответствует российской нормативно-технической документации, а также стандарту ASTM E647–08. Сплав ВТ41 с пластинчатой структурой характеризуется более низкой скоростью развития трещины усталости, чем сплав ВТ41 с глобулярно-пластинчатой структурой при обеих температурах испытания. При этом повышение температуры испытания от 20 до 600 ^оС вызывает уменьшение скорости роста трещины усталости. Установленное различие скорости роста трещины усталости материала с различными параметрами структуры обусловлено в первую очередь различием размеров β-зерна. Увеличению скорости роста трещины усталости сплава с глобулярно-пластинчатой структурой способствуют дисперсные выделения силицидов по межфазным границам, образованные в результате двойного отжига, а также наличие фазы Ti₃Al. Характеристики скорости роста трещины усталости сплава ВТ41 с пластинчатой структурой и жаропрочного титанового сплава такого же класса IMI-834 при температуре испытания 600 ^оС близки между собой. При температуре испытания 20 ^оС сплав ВТ41 имеет более высокие значения скорости роста трещины усталости.

1. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // в сб.: Авиационные материалы и технологии : юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). 2012. С. 7–17.
2. Проходцева Л. В., Ерасов В. С., Лаврова О. Ю., Лавров А. В. Влияние формы цикла на усталостные свойства и микростроение изломов титанового сплава ВТ3-1 // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 2. С. 54–59.
3. Туманов Н. В., Портер А. М., Лаврентьева М. А., Черкасова С. А., Воробьева Н. А., Лёшин Д. П. Многомасштабная комплексная фрактодиагностика разрушения дисков компрессора авиадвигателей // Вестник СГАУ. 2010. № 4. С. 98–111.
4. Антипов В. В. Стратегия развития титановых, магниевых, бериллиевых и алюминиевых сплавов // в сб.: Авиационные материалы и технологии : юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). 2012. С. 157–166.
5. Кашапов О. С., Новак А. В., Ночовная Н. А., Павлова Т. В. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для деталей ГТД // Труды ВИАМ. 2013. № 3 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=20.
6. Пат. 2465366 РФ, МПК С 22 F 1/18. Способ термической обработки высокопрочных (α + β)-титановых сплавов / Каблов Е. Н., Захаров Ю. И., Ночовная Н. А., Тузова Е. В. ; заявл. 15.09.2011 ; опубл. 27.10.2012, Бюл. № 30.
7. Пат. 2465367 РФ, МПК С 22 F 1/18. Способ получения изделия конструкции «блиск» из жаропрочных титановых сплавов / Каблов Е. Н., Моисеев Н. В., Скугорев А. В., Пономаренко Д. А., Лебедев Д. Ю. ; заявл. 15.09.2011 ; опубл. 27.10.2012, Бюл. № 30.
8. Проходцева Л. В., Филонова Е. В., Наприенко С. А., Моисеева Н. С. Исследование закономерностей развития процессов разрушения при циклическом нагружении сплава ВТ41 // в сб.: Авиационные материалы и технологии : юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). 2012. С. 407–412.
9. ОСТ 1-90013–81. Сплавы титановые. Марки. — Введ. 01–07–1981.
10. Алексеев А. А., Лукина Е. А., Клочкова Ю. Ю. Кристаллическая структура сверхтонких пластинчатых выделений // Физика металлов и металловедение. 2013. Т. 114, № 3. С. 1–7.
11. Чабина Е. Б., Алексеев А. А., Филонова Е. В., Лукина Е. А. Применение методов аналитической микроскопии и рентгеноструктурного анализа для исследования структурно-фазового состояния материалов // Труды ВИАМ. 2013. № 5 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=37.
12. Singh V., Singh N., Sai Srinadh K. Role of Ti3Al/silicides on tensile properties of Timetal 834 at various temperatures // Bulletin of Materials Science. 2007. Vol. 30, No. 6. Р. 596–600.
13. Попов А. А., Нарыгина И. В., Попова М. А. Влияние способа термической обработки на формирование структуры и свойств жаропрочных сплавов титана // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 12. С. 20–23.
14. Попов А. А., Россина Н. Г., Попова М. А., Волков А. В. Процессы упорядочения в жаропрочных титановых сплавах // Титан. 2011. № 1. С. 36–42.
15. Titanium and titanium alloys. Fundamentals and Applications / ed. C. Leyens, M. Peters. — Weinheim : WILEYVCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003. P. 19–36.
16. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01–01–1986.
17. ГОСТ 9651–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. — Введ. 01–01–1986.
18. Потапов С. Д., Перепелица Д. Д. Способ обработки результатов испытаний образцов на скорость роста трещины усталости при постоянной амплитуде нагружения // Вестник московского авиационного института. 2012. Т. 19, № 2. C. 94–100.
19. Горбовец М. А., Беляев М. С., Ходинев И. А. Влияние эксплуатационной температуры на скорость роста трещины усталости в интерметаллидном титановом сплаве // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 3. C. 13–15.
20. Korsunsky A. V., Dini D. D., Walsh M. J. Fatigue crack growth rate analysis in a titanium alloy // Key Engineering Materials Vols. 2008. Vol. 385–387. Р. 5–8.

21. ASTM E647–08. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Grouth Rates. 2008.
22. Kumar V., Nagalaxmi G. Fatigue Crack Growth Behavior of a near α IMI-834 Titanium Alloy at Elevated Temperature / Reports of the 11-th International Conference of Fracture. Turin. 2008. P. 58–64.