Закономерности развития магистральной трещины и эволюции дислокационной структуры в зоне разрушения сплава ВТ22 при различных частотах циклического нагружения

Abstract

Исследована взаимосвязь между дислокационной структурой в зоне разрушения и фрактографическими особенностями развития магистральной трещины в сплаве системы Ti-5%Al-5%V, испытанного на циклическую трещиностойкость в условиях симметричного растяжения-сжатия с частотами 140, 600 Гц и 3, 10 кГц. Показано, что преобладающими типами дислокационной структуры являются ячеистая в припороговой области значений ΔК и полосовая в остальном интервале величин коэффициента интенсивности напряжений. Этому типу структуры при всех частотах нагружения соответствует наиболее характерный для исследованного сплава микромеханизм разрушения - путем формирования усталостных бороздок. В области низких значений ΔК формирование указанных типов субструктуры и, как следствие, бороздок усталости чаще всего осуществляется вдоль определенных кристаллографических плоскостей и направлений. По мере роста значений ΔК кристаллографическая чувствительность трещины снижается. Влияние частоты нагружения на закономерности и механизмы роста усталостной трещины определяется двумя основными факторами: процессами пластической деформации в вершине трещины в период подготовки материала к разрушению и взаимодействием фронта трещины с исходными и сформировавшимися элементами структуры и субструктуры. Появление элементов хрупкого разрушения с увеличением частоты нагружения обусловлено повышенной чувствительностью β-фазы к скорости нагружения.

Досліджено взаємозв’язок між дислокаційною структурою в зоні руйнування і фрактографічними особливостями розвитку магістральної тріщини в сплаві системи Ti-5%Al-5%V, що випробовували на циклічну тріщино- стійкість за умов симетричного розтягу-стиску з частотами 140, 600 Гц та 3, 10 кГц. Показано, що переважаючими типами дислокаційної структури є комірчаста в припороговій області значень ΔК та полосова в решті інтервалу величин коефіцієнта інтенсивності напружень. Цьому типу дислокаційної структури в усьому інтервалі частот навантаження відповідає найбільш характерний для даного сплаву мікромеханізм руйнування - шляхом формування втомних борозенок. В області низьких значень ΔК формування вказаних типів субструктури та, як наслідок, борозенок втоми найчастіше спостерігається уздовж визначених кристалографічних площин та напрямків. По мірі росту значень ΔК кристалографічна чутливість тріщини знижується. Вплив частоти навантажування на закономірності та механізми росту втомної тріщини визначається двома основними факторами: процесами пластичної деформації у вістрі тріщини в період підготовки матеріалу до руйнування і взаємодією фронту тріщини з початковими і сформованими під час навантажування елементами структури та субструктури. Поява елементів крихкого руйнування за умов високої частоти навантажування пов’язана з підвищеною чутливістю β-фази до швидкості навантажування.

A relation between the dislocation structure in the fracture zone and fractographic features of main-crack propagation was studied for a Ti-5%Al-5%V alloy upon cyclic crack-propagation resistance tests with symmetrical tension-compression loading with frequencies of 140 Hz, 600 Hz, 3 kHz, and 10 kHz. Honeycomb and band-type dislocation structures were demonstrated to prevail in the near-threshold region of the ΔK values and in the remaining region of the stress-intensity factor, respectively. The structure this type features the fracture micromechanism by forming fatigue striations, characteristic of the alloy studied. Over the range of low values of ΔK, substructures of the indicated types and thus fatigue striations are most often formed along certain crystallographic planes and directions. With an increase in the ΔK values crystallographic sensitivity of a crack decreases. The influence of loading frequency on the regularities and mechanisms of fatigue crack growth is determined by two basic factors, namely, the processes of plastic deformation at the crack tip during the preparation of a material to fracture and interaction of the crack front with the initial and formed structural and substructural elements. The occurrence of elements of brittle fracture when increasing loading frequency is explained here by an increased sensitivity of the β-phase to loading rate.