CZYNNIKI TECHNOLOGICZNE WPL YW AJĄCE NA. ONYSZKIEWICZ Emilian Instytut Techniki, WSP Rzeszów

Transkrypt

1 33/25 Solidifikation of Metais and Alloys, No. 33, 1997 JcifLCJ!IIięfj!! Męt!!! i j ~ ~~!flójv 1 1\ł r ~3 1 19\17 P.t\N- Oq~zial ~ato,yj~ ę PL ISSN CZYNNIKI TECHNOLOGICZNE WPL YW AJĄCE NA ODPORNOŚĆ NA PĘKANIE STOPU TYTANU a+ W Streszczenie ONYSZKIEWICZ Emilian Instytut Techniki, WSP Rzeszów W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu warunków przesycania (temperatura, czas) oraz rodzaju przeróbki plastycznej dwufazowego stopu tytanu Ti6Al2Cr2Mo na pękanie. Uwzględniono również wpływ anizotropii na wartość K.r.. wyznaczonego metodą trójpunktowego zginania. Stwierdzono, że wzrost temperatury przesycania powoduje obniżanie wartości K.r. Wykazano również, że proces walcowania stopów tytanu jest bardziej korzystny na odporność na pękanie niż kucie. I. Wstęp Współczesne stopy tytanu szczególnie dwufazowe a + p, dzięki wysokiej wytrzymałości względnej w temperaturze pokojowej i podwyższonych oraz dużej odporności na korozję znalazły szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach techniki m. innymi w medycynie, lotnictwie energetyce jądrowej, przemyśle zbrojeniowym (okręty podwodne) [l]. Jednakże stopy te wykazują obniżoną odporność na rozprzestrzenianie się szczeliny (wady) i pękają w sposób kruchy. Zjawisko pękania stopów tytanu a + p ma charakter bardziej złożony i wymaga uwzględnienia wielu czynników decydujących w końcowym efekcie o stateczności i trwałości konstrukcji wykonanych z tych tworzyw (2,3,4]. Dotyczy to głównie jednorodności składu chemicznego, przeprowadzonej obróbki cieplnej (skład fazowy i morfologia faz), rodzaju przeróbki plastycznej (wielkość zgniotu, ziarna), sposobu przeprowadzania badań (4,5,6]. Wszystkie te czynniki oddziaływują jednocześnie podczas pracy i dlatego ocena charakteru i sposobu pękania stopów tytanu nastręcza wiele trudności. W związku z tym istnieje konieczność opracowania takich procesów technologi?znych, które wpływałyby głównie na odporność na rozprzestrzenianie się szczeliny (wady) w stopach tytanu.

2 188 Celem przeprowadzonych badań jest określenie wpływu rodzaju przeróbki plastycznej i temperatury przesycania na wartość parametru K1 stopu tytanu Ti6Al2Cr2Mo. 2. Część doświadczalna 2.1. Materiał do badań Badania przeprowadzono na dwufazowym stopie tytanu Ti6Al2Cr2Mo o następ'ującym składzie: 6,20% Al.; 1,44% Cr; 2,30% Mo; 0,58% Si; 0,29% Fe; 0,08%C; reszta Ti. Do badań użyto prętów walcowanych o 0 14 i 22 mm oraz odkuwek o grubości 32 mm, z których wycięto dwa rodzaje próbek różniących się orientacją szczeliny zmęczeniowej. Pręty walcowane przesycano w wodzie z temperatur: 1145K, 1205K i 1275K. Natomiast próbki wycięte z odkuwki chłodzono również w wodzie z temperatm: 1145K, 1195K, 1225K i 1275K. W obydwu przypadkach czas wygrzewania wynosił l godz Metody badań Celem wykonania postawionych zadań, przeprowadzono następujące badania: - wyznaczenie wartości K~. będącego miarą odporności pękanie drogą trójpunktowego zginania; - obserwacje struktur na mikroskopie optycznym i elektronowym, - analizę przełomów na mikroskopie skaningowym Wyniki badań i dyskusja Przeprowadzone badania pozwalają określić wpływ temperatury przesycania i rodzaju przeróbki plastycznej na wartość ~' ' oraz wxjaśnić rolę składu fazowego na proces rozprzestrzeniania niestabilnej szczeliny (wady, pęknięcia). Zmiany wartości Kic (tab.l) wynikają ze zróżnicowania cech morfologicznych faz otrzymanych po przeróbce plastycznej, a następnie po przesycaniu. Po przesycaniu w wodzie z temperatur 1055 K (pręt walcowany) lub 1145 K (odkuwka) otrzymano najwyższe wartości ~ (rys. 1). Struktura składa się z faz a i 13N (rys. 2). Podwyższenie temperatury przesycania sprzyja powstawaniu faz martenzytycznych a' i a" oraz wzrostowi grubości igieł fazy a" (rys. 3-4), co powoduje obniżenie wartości K1c (rys. l). Obniżenie wartości K1, po przesycaniu w wyższych zakresach temperatur badanego stopu spowodowane jest obecnością w strukturze faz martenzytycznych, głównie fazy a', wydzielającej się w byłych ziarnach fazy p. Najmniejszą wartość ~. otrzymano na próbkach przesyconych z

3 Tablica l. Wyniki pomiarów parametru K 1 c Siła PQ %złomu Lp. Obróbka cieplna Material Typ odczytana ~. plastycmego Uwagi wykresu z wykresu MPa m 1 n B-H - - xlooo/o łamania, N 3 l K/1h +woda od- orientacja szczeliny l ,8 18,7 początkowy zakres fazy a+j} Kil h+ woda kuw- zmęczeniowej w I ,4 17,7 właściwy zakres fazy a+f Kil h+ woda ka kierunku C-R* I ,8 14,0 początkowy zakres fazy ( K/1h +woda I ,1 7,5 właściwy zakres fazy K/1h +woda od- orientacja szczeliny I I,O I7, K/1h +woda ku w- zmęczeniowej w I ,8 16,2 J. w K/1 h + woda ka kierunku C-L* I ,0 II, l ~ K/1h +woda I ,5 17, Kil h+ woda I ,1 6,1 początkowy zakres a+l K/1h +woda pręt walcowany I ,7 8,75 właściwy zakres a+l3 I l. I225 Kil h+ woda I ,5 6,5 początkowy zakres K/1h +woda I ,2 3,1 właściwy zakres fazy 13 * -oznaczenie wg norm ASTM

4 190 temperatury 1275K. W strukturze otrzymanej w tym zakresie temperatur zarodkowanie pęknięć zachodzi łatwiej o czym świadczy wygląd przełomu (rys. 5 i 6), na których występują obszary łupliwe z licznymi uskokami. Ze wzrostem temperatury przesycania zwiększa się wielkość owalnych wgłębień na przełomach, ponieważ zwiększa się długość igieł fazy a'' i rozpuszczanie drobnych ziarn pierwotnej fazy a. Niski opór w hamowaniu ruchu szczeliny w badanym stopie przesyconym z wyższych temperatur wynika z istnienia naprężeń, których źródłem jest przemiana martenzytyczna. Niezgodność sieci krystalograficznej fazy wyjściowej i nowo powstałej podczas tej przemiany, a także objętościowa dylatacja prowadząca do powstania nowej fazy powoduje pojawienie sprężystych pól naprężeń, które po osiągnięciu znacznych twardości prowadzą do powstania mikroszczelin w miejscu styku kryształów fazy a'' t:! -E 45 ~ a.. :t o 40 '!Z J5 30 J prętwalcowany l. ~... ~- ~ ~ -~- zczelinac-l. _. -~-~... 1 /. ~~ ~~.. - \.,.~.... ~ A \. "" ~ - - ~~ Temperatura. K Rys. I. Wpływ temperatury przesycania na wartość K 1 c poddanych walcowaniu i kuciu Rys. 2. Struktura odkuwki ze stopu tytanu po przesycaniu w wodzie z temperatury l 145K Fazy a, 13N Rys. 3. Struktura pręta walcowanego ze stopu tytanu po przesycaniu w wodzie z temperatury 1275K. Fazy a '(a")

5 191 Rys. 4 Struktura odkuwki stopu tytanu po przesycaniu w wodzie z temperatury 1275K. Fazy a '(a") Rys.S. Przełom!>1opu tytanu po zginaniu próbki walcowanej i przesycanej z temperatury 127SK Rys. 6. Przełom stopu tytanu po zginaniu próbki kutej i przesyconej temperatury 1275K. Orientacja szczeliny C-L. Uzyskane wyniki badań próbek o odmiennej orientacji szczeliny zmęczeniowej potwierdzają występowanie anizotropii własności mechanicznych i jej wpływ na parametr K 1c (rys. 1). Potwierdzają to badania traktograficzne przełomów próbek (rys. 6-7). Rys. 7. Przełom stopu tytanu po zginaniu próbki kutej i przesyconej z temperatury 122SK. Orientacja szczeliny C-R.

6 192 Przełomy wykazały zróżnicowany charakter; od ciągliwych, poprzez mieszane aż do kruchego, co wskazuje na odmienny sposób pękania próbek wykonanych z odkuwki. Obecność na przełomach obszarów łupliwych świadczy o skłonnośc i do kruchego pękania stopów tytanu po danej obróbce cieplnej. Badania odporności na pękanie są badaniami kosztownymi i pracochłonnymi, wobec czego należałoby się skoncentrować nad powiązaniem wyników badań z zakresu mechaniki pękania (~, COD, o) z wynikami badań np. ultradźwiękowych, co pozwowoby w sposób nieniszczący ocenić te tak istotne wskaźniki materiałowe. Literatura [l) U. Zwicker: Titan und Titanlegierungen", Spinger.. Verlag, Berlin-Heidelberg, New York, [2) H. Margolin: "Yield strenght toughness", Titanium Sci. And Teclmol. Vol. 3 New York London, [3] B.A. Krawczenko: "Ob ocenkie ustałostnoj procznosti spława WT9 posle uprocznienia. Probl. Procznosti. Nr 2, [4] R Chait: "The facture Toughness o f 3 Ti- alloys", Titaniurn Sci. And Techno!. Vol. 2, New York-London, (5] M.G. Daves: "Fracture Control in Hight Yield Streght Weld". - Weld. J. T. 9 nr 53, [6 E. Onyszkiewicz: "Wpływ obróbki cieplnej na proces pękania stopu tytanu Ti6Al2Cr2Mo"- praca doktorska, Rzeszów, 1984.