При таких напряжениях скорость деформации и величина накопленной деформации весьма малы и в большинстве случаев могут не учитываться. Большего внимания заслуживает ползучесть при напряжениях в интервале CT( oi < о < Оо,2. что соответствует (0,5н-0,6) 00,2 <о <<7о,2- В качестве примера на рис. 56

а) 6,Х

-i-t-nr

Ш 800 1200 1600 2000 Ллитепьность нагружения, v

-WO°C

6--2В r-8,0-10 .х-х-х-><-х- <4х- -

6-25v-k)]-10-

т 800 1200 1600 2000 длительность нагружения, ч

т 800 1200 1600 2000 Длительность нагружения, ч

Рис. 56. Первичные кривые ползучести а-сплава титана (Ti-А1-Zr) при 20, 150 и 400°С

приведены первичные кривые ползучести а-сплава с пределом текучести 57-58 кгс/мм Из рисунка следует, что при 20° С заметная ползучесть наблюдается при растягивающих напряжениях 36 кгс/мм (около 0,600,2), а при 48 кгс/мм (--0,8600,2) ползучесть существенно возрастает. Кривые ползучести при данной продолжительности испытаний состоят из двух ветвей: начальной или неустановившейся ползучести при длительности 100-500 ч и участка, близкого к прямолинейному, на котором скорость ползучести практически постоянна. Если условно продлить прямолинейный участок до пересечения с осью ординат, то точка пере-

сечения позволит определить условно начальную деформацию (бусл), а всю деформацию ползучести представить в виде

- Оусл ~Г Оуст - Оусл

где у - скорость установившейся ползучести, %/ч; t- время, ч.

Некоторые основные закономерности ползучести при комнатной температуре следуют из рис. 57 и 58. У титана марки ВТ 1-1

ff) S 4 у

I ус/1

OOjoj /08 0,3 (об/бв

0,6 0,7 0,8 0.9б/бй

Рис. 57, Зависимость 6 нелегированного титана (а), сплава Ti-5А1 (б) и сплава Ti-ЗА1-2Zr (в) от относительной нагру-женности

условно-начальное удлинение при напряжениях 0,520 (О.бсто.г) резко увеличивается по сравнению с испытаниями под напряжением меньше О,50з и достигает значительной величины (около 1,5%). Легирование повышает сопротивление ползучести. В частности, у а-сплава системы Ti-Al-Zr с пределом текучести около 52 кгс/мм интенсивный рост бусд наблюдается при напряжениях выше 0,65Оз, а у сплава системы Ti-Al с пределом текучести около 63 кгс/мм - при 0,70. Тем не менее, исключить полностью ползучесть при напряжениях, меньших предела текучести, за

счет легирования обычно не удается. Действительно, согласно данным [1071 заметная ползучесть при 0 = (0,67ч-0,78) о наблюдается у сплава Ti-6А1-2Nb-1Та-0,8Мо с Сто.2 = 71,7 кгс/мм*. У сплава ВТЗ-1 значительное б наблюдается при напряжениях 65-75 кгс/мм* [17], что составляет -(0,6--0,7) а.

0 0,6 0,7 0,8 0,96/бв

Рис. 58. Зависимость установившейся скорости ползучести титана (а), сплава Т1-бАб) и сплава Ti-ЗА1-2Zr;; (в) от относительной нагруженности

Из рис. 58 следует, что скорость ползучести на втором, прямолинейном, участке также существенно зависит от уровня напряжений. Так же как и 8 скорость ползучести при напряжениях меньше (0,5ч-0,7) ничтожна и становится заметной при более высоких напряжениях. При этом у более легированных, т. е. более прочных, сплавов скорость ползучести меньше, чем у менее легированных. 126

Весьма важным является то, что скорость ползучести при высоких уровнях напряжений хотя и заметна, но приводит к накоплению деформации значительно меньшей, чем б . Так, у а-сплава с Оо,2 = 52 кгс/мм* при напряжении 0,780 скорость ползучести составляет -10 * %/ч и, следовательно, за 1000 ч буе = 1%, в то время как б при этих же напряжениях составляет 4,5%. Накопление деформации на установившемся участке ползучести, соизмеримой с б], требует существенного увеличения продолжительности испытаний. При более низких напряжениях и значительных базах испытаний относительная доля деформации на установившемся участке увеличивается и становится преимущественной. Так, у сплава ВТ1-1 при напряжении 23,7 кгс/мм* (0,450В или 0,5500,2), соответствующем пределу ползучести на базе 10 000 ч и деформации 1%, доля деформации на установившемся участке ползучести составила 0,8%. При увеличении базы до 100 000 ч предел ползучести уменьшился до 22,1 кгс/мм*, а буст повысилась до 0,96%. Аналогичное явление наблюдается и у сплава с Оо,2 = 65 кгс/мм* с той лишь разницей, что его пределы ползучести более высоки, чем у титана ВТ1-1, и составляют 0,76ор2 или 0,68Ов на базе 10 000 ч и 0,630о2 или 0,57Ов на базе 100 ООО ч.

Четкое разделение кривой ползучести на два участка - неустановившейся и установившейся, возможно при испытании под напряжениями, значения которых находятся в интервале от (0,5-4-0,7) Оо,2 ДО (0,95-1,0) 00,2- При напряжениях выше Оо,2 неустановившаяся ползучесть переходит в третью стадию ползучести практически без участка установившейся ползучести. Продолжительность испытаний при этом находится в пределах от нескольких минут до нескольких часов. При напряжениях несколько ниже Оо,2 участок установившейся ползучести весьма продолжителен. При испытании на базе 2000 ч образцы не разрушаются при напряжениях (0,95ч-0,97) Оо,2. а на базе 10 ООО ч - при напряжениях около (0,9-г-0,95) 00,2- Дальнейшее уменьшение напряжений приводит к такому уменьшению скорости установившейся ползучести, что разрушение не достигается за практически достижимые базы испытаний - 100 ООО ч и более. В связи с этим условный предел длительной прочности а- и а -(- -сплавов при нормальной температуре находится в пределах (0,9ч-0,95) 0о,2-

Таким образом, при напряжениях меньше (0,5ч-0,7) 00,2 ползучесть титана и сплавов пренебрежимо мала и этот уровень напряжений можно рассматривать как условный предел ползучести, в то время как напряжения, соответствующие (0,9-f-0,95) 00,2, представляют собой условный предел длительной прочности.

В интервале между этими пороговыми напряжениями кривые ползучести при перестройке их в двойных логарифмических координатах приобретают вид прямых и параллельных между собой линий. Это позволяет описать связь между параметрами пол-

зучести (деформация - е, время - т, напряжение - а) в виде простых уравнений. В частности, для сплава Ti-6А1-2Nb- ITa-0,8Мо авторы [1071 установили, что при любом из напряжений 8 = Лт-з. Величина А при любом времени испы-

тании связана с напряжениями в виде л = { j

Отсюда весь процесс ползучести описывается уравнением е =

( 103,55 )

13,89

Т-0,183

Подобные уравнения могут быть составлены для любого сплава, в котором при действии нагрузки не происходят фазовые превращения. При этом для вывода уравнения достаточно испытаний 2-3 образцов.

Следует, однако, отметить, что подобная математическая обработка кривых ползучести справедлива в ограниченном диапазоне напряжений и продолжительностей испытаний. В частности, автор [107] вывел приведенные формулы для испытаний при напряжениях выше 0,7500,2 и в диапазоне от 10-15 до 2000-3000 ч.

В связи с явлением ползучести в титановых сплавах при нормальной температуре и напряжениях меньше 00,2 имеет место релаксация напряжений. При испытании на релаксацию величина накопленной деформации весьма близка к деформации ползучести, которая накопилась бы при непрерывном действии постоянного напряжения, равного полусумме начального и конечного напряжений, как это было показано в работе [17]. Релаксация интенсивно протекает в первые минуты и часы испытаний, а затем затухает. Процесс релаксации протекает в том же диапазоне напряжений, в котором наблюдается ползучесть. В связи с этим условный предел ползучести (0,5-0,7)00,2 в зависимости от легированности сплава является одновременно и условным пределом релаксации напряжений, а релаксационная стойкость может оцениваться по результатам испытаний на ползучесть.

Ранее уже отмечалось, что начальный участок ползучести вносит основной вклад в общую деформацию ползучести, так как накопление деформации на установившемся участке требует длительного времени. Отсюда появляется возможность уменьшения ползучести и повышение релаксационной стойкости за счет предварительного исчерпания 6 J. Экспериментально это было показано авторами [17], которые установили, что на сплаве ВТЗ-1 предварительная ползучесть почти полностью исключает ползучесть при повторном нагружении при тех же или меньших напряжениях. На этом основании авторы рекомендуют детали типа бандажей подвергать предварительной опрессовке при достаточно высоких напряжениях. По указанным соображениям следует подчеркнуть благотворность сквозных и поверхностных пластических обработок (обкатка, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание и т. п.) для работоспособности таких изделий как тур-

чек, работающих на изгиб на жесткой опоре, и т. п.

Ползучесть проявляется не только при статическом, но и циклическом нагружении. Исследование ползучести в условиях малоциклового растяжения (мягкое нагружение) было проведено, в частности, авторами [171 на сплаве ВТ8. Исследования показали, что при максимальных напряжениях цикла Оп]ах5гО,9 0в кривые ползучести при циклическом нагружении соответствуют кривым при статическом нагружении. Величина пластической деформации при разрушении (б, ф) равна деформации при статическом разрушении. Квазистатический характер разрушения наблюдается при частоте нагружения 0,5 и 2 цикл/мин. Уменьшение 0п,ах приводит К псрсходу ОТ квазистатики к усталостному разрушению, однако не мгновенно, а постепенно. Так, при о = = 0,88ав накопленная до разрушения деформация достаточно велика, б = 4,4%, = 6,8%, при последующем уменьшении а, б и г); продолжают уменьшаться и становятся пренебрежимо малыми при 0 ах - 0,65Ов, т. е. тогда, когда ползучесть практически отсутствует.

Таким образом, необходимо отметить, что явление холодной ползучести, отя и требует определенного внимания, но не может рассматриваться в качестве отрицательной характеристики конструкционных титановых сплавов по ряду причин. Действительно, при коэффициенте запаса 1,5 (минимальный для машиностроения) рабочие напряжения составляют 0,7авг т. е. близки к условному пределу ползучести и деформация ползучести ничтожно мала (--1% за 100 000 ч). При коэффициенте запаса 2 Орад = 0,50 и, в частности, на сплаве Ti-6А1-2Nb-ITa-0,8Мо накопленная деформация не достигает 0,3% за 30 лет [9]. Следовательно, даже при минимальных запасах прочности явление ползучести в конструкциях не реализуется. Следует учитывать, что в плоском напряженном состоянии, а также в результате наклепа или поверхностной пластической деформации сопротивление ползучести увеличивается. Наконец важным обстоятельством является то, что титан, а-сплавы, отожженные а + р-сплавы не охрупчи-ваются под напряжением. При ползучести образец разрушается после накопления такой деформации, при которой он разрушается при испытании на разрыв. Поэтому на основании известных значений б, ijj, бЦ, v и т. п. долговечность элементов конструкций надежно прогнозируется путем несложных расчетов.

Ползучесть при средних температурах. При повышении температуры сопротивление деформации титановых сплавов уменьшается и вместе с тем уменьшается и сопротивление ползучести. Однако темп уменьшения 00,2 и 0в значительно больше, чем сопротивления ползучести. В результате этого относительный уровень напряжений, при которых имеет место ползучесть, повышается при переходе в среднетемпературную область.

9 в. Б. Чечулин и др.