Величина хотя н повышается с ростом предела текучести, но увеличению Оо.г в 5 раз соответствует увеличение только в 1,3-1,4 раза, считая по максимальным значениям (рис. 32). В большинстве случаев увеличивается меньше, чем в 1,3- 1,4 раза или даже уменьшается. Величина является комплексной и зависит от предела текучести, способности материала к деформационному упрочнению, главным образом от величины относительного сужения. Относительное сужение уменьшается с увеличением предела текучести и это, очевидно, оказывается ugr.s, Тср т т р овн кЛ решающим фактором, определяющим изменение S.

100 6q2H2C/k<m

Рис. 31. Зависимость критического диаметра оправки при испытании широкой гибовон пробы на загиб (Окр; 1) и величины прогиба при испытании пробы Эриксена (/.мм; 2) от предела текучести ф- 9 - -сплавы; О-о - а + Р-сплавы

Рис. 32. Взаимосвязь между пределом текучести а- и а + Р-сплавов титана и величиной предела прочности гладких - Ств. г (О) и надрезанных - Ств н (А) образцов, истинным сопротивлением разрушению - Sk (X), сопротивлением среза - Тер (♦) и максимальным напряжением

кручения - Ттахкр(О)

Известно, что в плоском напряженном состоянии сопротивление пластической деформации увеличивается по сравнению с одноосным примерно на 15%. В то же время возникновение и развитие дефектов в плоском напряженном состоянии происходит энергичнее, чем в линейном. В связи с этим сплавы, проявляющие определенную пластичность при испытании на растяжение цилиндрических образцов, разрушаются с ничтожной остаточной деформацией в плоском напряженном состоянии.

Уменьшение разрыва между значениями Оц.г и по мере повышения прочности сплава означает, что способность материалов к перегрузкам уменьшается с ростом их предела текучести. Действительно, если в качестве расчетной характеристики используется предел текучести или временное сопротивление разрыву, то перегрузка сверх этой величины у конструкции, выполненной из малопрочного сплава (с большим разрывом между Оо.з и

вызывает ее деформацию, в то время как конструкция из высокопрочного сплава с малым разрывом между Оог и прн такой же перегрузке разрушается. Очевидно, что точность проектирования н расчета должна повышаться с ростом прочности используемых материалов.

Следует отметить, что диспропорция наблюдается не только между ао,2 и S, но и между такими характеристиками, которые непосредственно не связаны с пластичностью, в частности сопротивлением срезу. Как следует из рис. 32, сопротивление срезу Тер, определяемое при испытании на двойной срез, увеличивается в 2-2,5 раза при увеличении предела текучести примерно в 5 раз.

Элширическая зависимость между и Оо > может быть представлена в виде:

т,р 18 + 0,523ао,2.

С достаточной для практики точностью определение Т(,р можно производить ПО ЭТОЙ формуле при известных значениях предела текучести.

Не наблюдается более простой зависимости между Тср и или Тср и (рис. 32). Близкое соответствие имеется между тр и тах при испытании на кручение. Касательные напряжения в момент

разрушения при кручении, определенные как х= , достаточно близко ложатся около полосы значений Тср.

Таким образом, повышение прочности у титановых сплавов так же, как и у других конструкционных материалов, вызывает снижение характеристик пластичности в линейном и особенно в плосконапряженном состоянии. Одновременно наблюдается уменьшение разрыва между Оо.г и S, а также диспропорции между увеличением истинного сопротивления разрыву и предела текучести, сопротивления срезу, момента кручения. Указанные зависимости у титана выглядят более четко, чем, например, у стали, поскольку повышение прочности титановых сплавов как за счет легиров-ания, так и за счет термической обработки не сопровождается изменением тонкой структуры,

Изменения тонкой структуры титановых сплавов можно достичь за счет использования.термомеханической обработки: в этом случае может быть получена значительно более высокая прочность при тех же характеристиках пластичности, как и после обычной термообработки (табл. 30 [11]). Кроме того, существенное повышение пластических характеристик при различных видах испытаний можно получить при переходе на сплавы с другой основой: р-сплавы, обработанные на твердый раствор. В связи с этим свойства сплавов этой группы не укладываются в зависимости, приведенные на рис. 30-32. Приведенные зависимости механических свойств сплавов титана от уровня их прочности необходимо учитывать конструктору при выборе сплава по стандартным характеристикам на основании справочных данных, где, как правило, приведены зна-

1 а о л и ц а м. (сравнительные данные испыкшии ии/алцио \i,jiao\ia ВТЗ-1, ВТ8 н ВТ14, подвергнутых обычной упрочняющей термической обработке и ВТМО [И]

чения прочности и пластичности в линейном напр1женном со стоянии. В тех случаях, когда нет насущной необходимости в использовании материала с высокой прочностью, может быть целесообразным применение материала средней или низкой прочности, но обладающего большей величиной истинного сопротивления разрыву и более высокой Пластичностью в плоском напряженном состоянии. Необходимо учитывать также возрастание чувствительности к концентраторам напряжений при повышении прочности сплавов титана. Вследствие этого использование высокопрочных сплавов требует осторожного подхода к оформлению сложных конструкционных узлов с целью избежания резких переходов в сечениях, наличия надрезов, нескругленных отверстий и др.

ГЛАВА ill. МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1. Температурная зависимссть механических свсйств нелегированнсго титана

Зависимости механических свойств от температуры у титана и других металлов в основном аналогичны между собой, однако имеются и некоторые особенности, которые могут быть выявлены при сравнении результатов испытаний, проведенных в одинаковых условиях.

Рис. 33. Температурная зависимость прочностных характеристик (/ - <То,2; 2 - (Тв,-

- 0,2

100%)

нелегированного титана;

- - йодидный титан;

О---О-технический титан (ВТ1-00)

-200 О ZOO Ш 600 800 t,°G

На рис. 33 и 34 привед ны результаты испытаний йодидного титана, титана марки ВТ1-00, армко-железа (ОЦК-металл), никеля и алюминия (ГЦК-металлы). Испытания указанных материалов проводились в одинаковых условиях: образцы диаметром 5 X 25 мм, скорость движения захватов 0,2 мм/мин, нагрев на воздухе, охлаждающие жидкости - азот или смеси азота с бензином.

На графике зависимости \ga - t °С наблюдаются два перегиба разделяющих три температурные области: область низких температур / - ниже 100-150° С, область средних температур - от 100-150 до 450-500° С, область высоких температур / - от 450-500° С до Г ;?:в.

в области низких температур предел текучести титана обоих сортов увеличивается по мере охлаждения, причем в значительно большей степени, чем пределы текучести ГЦК-металлов (никеля, алюминия). Вместе с этим, подобно ГЦК-металлам и в отличие от ОЦК-металлов, при охлаждении у титана существенно увеличивается разница между ао,2 и о.

В области средних температр прочностные свойства титана зависят от температуры в меньшей степени. Абсолютная величина разности между ао,2 и Ов практически не меняется. В этом отноше-

б, кг с/мм

Рис. 34. Температурная зависимость прочностных свойств желе-

X -X

никеля

( ° ? ) и алюминия

\Л-А/

Оц, а, - Оо,2

-200 О 200 Ш 600 800 W00t°C

НИИ титан существенно отличается от ОЦК-металлов (железа, ванадия и др.), у которых в области средних температур вследствие ярко выраженного явления деформационного старения разница между пределом текучести и временным сопротивлением резко увеличивается. У титана это явление обнаруживается только по

- 100%, которая в об-

изменению относительной величины

ласти средних температур резко возрастает (см. рис. 33).

В высокотемпературной области обе характеристики прочности интенсивно уменьшаются при повышении температуры испытания. При температурах, близких к температуре полиморфного превращения, сопротивление деформированию настолько мало, что не поддается определению на стандартном оборудовании (образцы разрушаются подвесом захватов). Измерения на более чувствительном оборудовании, а также определение таких характеристик, как твердость, давление истечения и т. п., показывают, что сопротивление деформации титана при переходе в р-область скачком снижается почти в 3 раза.

Температурная зависимость характеристик пластичности, определяемых при растяжении гладких цилиндрических образцов (относительное удлинение и относительное сужение), представлена на рис. 35.

При низких температурах (-196° С) пластичность мелкозернистого титана высокой степени чистоты находится на весьма высоком уровне: i]5 - около 80%, б - около 60%. При повышении температуры до 500° С, относительное сужение практически не меняется. С дальнейшим повышением температуры испытания относительное сужение увеличивается и при температурах выше 700° близко к 100% (образец вытягивается в иглу). Более сложна температурная зависимость относительного удлинения. При повышении температуры от-196 до +500° С (т. е. в пределах низко- и среднетем-

Рис. 35. Температурная зависимость характеристик пластичности йодидного (/, 3, 5) и технического {2, 4) титана:

/, 2-6, %, 3, 4

%. 5-6

равн

80 60 W 20 О

-200 О 200 400 600 800 ШО t°C

пературных областей) относительное удлинение непрерывно уменьшается, достигая при 500° С значений -20%. Дальнейшее повышение температуры испытаний сопровождается интенсивным ростом относительного удлинения. Максимальных значений эта характеристика достигает при температурах, близких к температуре полиморфного превращения. При переходе в р-область величина удлинения уменьшается. В изложенных данных более детального анализа заслуживают два явления, а именно: уменьшение величины относительного удлинения при повышении температуры испытания от -196 до +500° С, а также при нагреве выше температуры а -> р-превращения. Оба явления иногда истолковываются как провалы пластичности. Между тем, обширный практический опыт показывает, что деформируемость титана при 400-500° С при выполнении таких операций, как ковка, прокатка, штамповка ИТ. п., выше чем при 20° G, а в р-области - практически не ограничена. Кроме того, высокие значения относительного сужения как при -196° С, так и при +500° С и особенно в Р-области, указывают на значительные запасы пластичности несмотря на разные значения относительного удлинения. В связи с этим провалы относительного удлинения следует рассматривать как особенности процесса формоизменения цилиндрических образцов при растяжении.