Научная статья на тему 'СТАТИСТИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ'

СТАТИСТИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
6
1
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
титановые сплавы / эквиваленты по алюминию и молибдену / прочностные свойства / температура испытания / длительная прочность / статистические исследования / прогнозирование свойств / titanium alloys / aluminum and molybdenum equivalents / strength properties / test temperature / long-term strength / statistical research / property prediction

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Юлия Борисовна Егорова, Людмила Васильевна Давыденко, Светлана Борисовна Белова

На основе обобщения литературных данных проанализированы температурные зависимости 100-часовой длительной прочности отожженных полуфабрикатов из титановых сплавов разных классов. Проведено сопоставление пределов длительной и кратковременной прочности при температурах эксплуатации. Разработаны модели для теоретического обоснования уровня 100-часовой длительной прочности титановых сплавов в интервале температур до 600 °С.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Юлия Борисовна Егорова, Людмила Васильевна Давыденко, Светлана Борисовна Белова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Statistical Comparison of Long-Term and Short-Term Strength of Titanium Alloys at Operating Temperatures

Based on generalization of literature data, the temperature dependences of the 100-hour long-term strength of annealed semis made from titanium alloys of different grades were analyzed. The long-term and short-term strength values at operating temperatures were compared. Some models have been developed to substantiate theoretically the level of 100-hour long-term strength of titanium alloys within the temperature range up to 600 °C.

Текст научной работы на тему «СТАТИСТИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ»

УДК 669.295

001: 10.24412/0321-4664-2024-1-13-22

СТАТИСТИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ И КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Юлия Борисовна Егорова1, докт. техн. наук, профессор, Людмила Васильевна Давыденко2, канд. техн. наук, доцент, Светлана Борисовна Белова1, канд. техн. наук, доцент

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия, e-mail: egorova_mati@mail.ru

2Московский политехнический университет, Москва, Россия, e-mail: mami-davidenko@mail.ru

Аннотация. На основе обобщения литературных данных проанализированы температурные зависимости 100-часовой длительной прочности отожженных полуфабрикатов из титановых сплавов разных классов. Проведено сопоставление пределов длительной и кратковременной прочности при температурах эксплуатации. Разработаны модели для теоретического обоснования уровня 100-часовой длительной прочности титановых сплавов в интервале температур до 600 °С.

Ключевые слова: титановые сплавы; эквиваленты по алюминию и молибдену; прочностные свойства; температура испытания; длительная прочность; статистические исследования; прогнозирование свойств

Statistical Comparison of Long-Term and Short-Term Strength of Titanium Alloys at Operating Temperatures. Dr. of Sci. (Eng.), Professor Yulia B. Egorova1,

Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor Lyudmila V. Davydenko2, Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor Svetlana B. Belova1

1Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow, Russia, e-mail: egorova_mati@mail.ru

2Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia, e-mail: mami-davidenko@mail.ru

Abstract. Based on generalization of literature data, the temperature dependences of the 100-hour long-term strength of annealed semis made from titanium alloys of different grades were analyzed. The long-term and short-term strength values at operating temperatures were compared. Some models have been developed to substantiate theoretically the level of 100-hour long-term strength of titanium alloys within the temperature range up to 600 °C.

Keywords: titanium alloys; aluminum and molybdenum equivalents; strength properties; test temperature; long-term strength; statistical research; property prediction

Введение

Большинство промышленных сплавов на основе титана являются высокопрочными материалами с удельным весом 4,4-4,9 г/см3 для работы в интервале температур до 600 °С (табл. 1) [1-4]. Это обеспечивает удельную прочность около 100-320, что выдвигает тита-

новые сплавы на одно из первых мест среди других конструкционных материалов для использования в изделиях авиационно-космической техники. Титановые сплавы по удельной прочности превосходят большинство нержавеющих и теплостойких сталей при температурах до 400-500 °С, что позволяет получить

Таблица 1 Типичный предел прочности при комнатной температуре, удельная прочность и рабочая температура промышленных титановых сплавов [1-4]

№ пп Сплав Предел прочности, МПа, после термической обработки Плотность, г/см3 Удельная прочность Максимальная рабочая температура, °С

Отжиг Закалка + старение Отжиг Закалка + старение

1 Т1 235 - 4,505 52 - -

2 ВТ1-00 370 - 4,500 82 - 200-250

3 ВТ1-0 465 - 4,500 103 - 250-300

4 ВТ5 830 - 4,400 189 - 350-400

5 ВТ5-1 880 - 4,420 199 - 400-450

6 ВТ18У 1100 - 4,550 242 - 550-600

7 ОТ4-0 560 - 4,510 124 - 300-350

8 ВТ20 1000 - 4,450 225 - 450-500

9 АТ3 800 - 4,500 178 - 400-450

10 ОТ4-1 660 - 4,550 145 - 300-350

11 ОТ4 785 - 4,550 173 - 300-350

12 ВТ25 1130 - 4,590 246 - 500-550

13 ВТ6С 905 1030 4,451 203 231 400-450

14 ВТ9 1120 1275 4,510 248 283 500-550

15 ВТ6 950 1170 4,430 215 264 400-450

16 ВТ8 1080 - 4,480 241 - 450-500

17 ВТ14 950 1275 4,500 211 283 350-400

18 ВТ25У 1150 - 4,500 256 - 500-550

19 ВТ3-1 1105 1270 4,500 246 282 400-450

20 ВТ23 1100 1460 4,570 241 320 459-500

21 ВТ16 930 1100 4,680 199 235 200-250

22 ВТ22 1175 1475 4,600 255 321 300-350

23 ВТ35 830 1275 4,880 170 261 200-250

24 ВТ32 920 1250 4,830 190 259 200-250

25 ВТ15 960 1245 4,890 196 255 100-150

значительную экономию в весе при замене стальных деталей титановыми [5].

Исследования, направленные на получение высокой удельной прочности в широком интервале температур эксплуатации, начали проводить еще в 50-х годах прошлого века.

В литературе есть сведения о достижении в лабораторных условиях предела прочности вплоть до 2000 МПа для титановых сплавов переходного класса и псевдо-р-сплавов после упрочняющей термической обработки [1, 6]. Однако в промышленности такие уровни проч-

ности не удалось реализовать из-за низких характеристик работоспособности этих сплавов.

При повышенных температурах работоспособность материалов оценивают по характеристикам жаропрочности: пределу длительной прочности, долговечности при постоянной нагрузке, пределу ползучести. Если надежность работы изделия зависит от деформации при ползучести, то показателем жаропрочности материала служит предел ползучести. В том случае, когда выход изделия из эксплуатации обусловлен его разрушением, показателем жаропрочности является длительная прочность или долговечность [3, 5].

Главной задачей создания материалов, способных работать при повышенных температурах, является сохранение высоких прочностных свойств при удовлетворительной пластичности. Исследования, которые интенсивно проводили в нашей стране и за рубежом в 1960-80-е гг., показывают, что для этого необходимым условием является использование а-фазы в качестве основы сплава, упрочненной легирующими элементами, которые расширяют область существования твердого раствора и повышают температуру полиморфного превращения [5-16]. К таким элементам в первую очередь относится алюминий. Кроме этого, жаропрочность повышают нейтральные упрочнители, такие как олово и цирконий. В настоящее время большинство современных отечественных и зарубежных жаропрочных сплавов содержат алюминий, цирконий, олово и кремний, а в качестве основного р-стабилизатора используют молибден, реже ванадий и ниобий [1-6]. Для повышения жаропрочности целесообразно стремиться к максимально возможному содержанию алюминия и нейтральных упроч-нителей. Однако для обеспечения термической стабильности необходимо ограничить предельное содержание а-стабилизаторов, эквивалентное алюминию:

[А1]Эткрв = %А1 + %Бп/3 + %Zr/6 + + 10 (%0 + %С + 2 • %Ы) < 9 % мас.

Сплавы теряют термическую стабильность из-за выделения а2-фазы (Т13А!) при [А1] ЭТКРВ 1 9 %,

поэтому структурный эквивалент по алюминию [А!]ЭКВ иногда называют коэффициентом термостабильности [12].

Для сопоставления жаропрочности различных материалов наиболее часто используют 100-часовую длительную прочность [2]. Для определения предела длительной прочности обычно проводят экспериментальные исследования, которые связаны с продолжительными испытаниями при повышенных температурах. Другое направление оценки жаропрочности заключается в установлении количественных соотношений между длительной и кратковременной прочностью или другими механическими свойствами [17-19]. Данный метод менее трудоемок, поскольку не требует длительных испытаний при определении характеристик жаропрочности. Однако механические свойства титановых сплавов в значительной степени зависят от колебаний химического состава и структуры. В связи с этим важное значение приобретает развитие теоретических исследований в области жаропрочности титановых сплавов, основанных на вероятностно-статистическом прогнозировании механических свойств полуфабрикатов в зависимости от различных факторов.

Цель данной работы состояла в статистической оценке взаимосвязи длительной и кратковременной прочности прутков и листов из титановых сплавов при температурах испытания 20-600 °С.

Исходные материалы и методика исследований

В работе была исследована 100-часовая длительная прочность прутков и листов 29 серийных и опытных титановых сплавов после отжига по стандартным режимам (табл. 2). Исходными данными послужили сведения, приведенные в справочниках, монографиях, статьях и различной нормативной документации [1-16, 20-25]. Структурные и прочностные эквиваленты по алюминию и молибдену, а также тип исследованного полуфабриката, приведены в табл. 2. Расчет эквивалентов проводили по номинальному составу сплавов по соотношениям, приведенным в монографии [1]. При расчете структурного эквивалента по алюминию

Структурные и прочностные эквиваленты по алюминию и молибдену и тип исследованного полуфабриката из титановых сплавов Таблица 2

№ пп Класс сплава Сплав П/ф [Мо]ЭТкРв, % [А1]ЭТРв, % [Мо]ЭРв, % [А1]ЭРв, %

1 ВТ1-00 Л 0,4 0,8 0,1 2,3

2 ВТ1-0 Л 0,4 1,2 0,1 3,8

3 а ВТ5 Пр 0,4 6,0 0,1 8,8

4 ВТ5-1 Л, пр 0,4 6,8 0,1 10,1

5 ПТ-7М Л 0,4 3,6 0,1 6,8

6 ВТ18 Пр 0,9 10,0 0,8 15,6

7 ВТ38 Л 1,0 8,8 1,0 13,3

8 ВТ18У Пр 1,0 9,0 1,0 13,5

9 ОТ4-0 Л, Пр 1.3 1.8 0,8 4,6

10 ВТ20 Л, Пр 1,7 7,8 1,6 11,5

11 Псевдо-а АТ3 Л 2,2 4,0 1,3 7,8

12 АТ4 Л 2,2 5,0 1,1 8,8

13 ВТ41 Пр 2,4 9,1 2,5 14,3

14 ОТ4-1 Л 2,5 3,0 1,5 5,8

15 ОТ4-2 Л 2,5 7,0 1,5 9,8

16 ОТ4 Л, Пр 2,5 4,5 1,5 7,3

17 ВТ4 Л 2,5 5,0 1,5 7,8

18 ВТ25 Пр 2,5 8,7 3,0 12,9

19 ВТ6С Л, Пр 2,9 6,0 2,4 8,8

20 ВТ9 Пр 3,0 7,8 3,0 11,8

21 ВТ6 Л, Пр 3,2 7,0 2,4 9,8

22 ВТ8 Пр 3,3 7,5 3,3 11,3

23 а + р ВТ8М-1 Пр 3,8 7,0 3,8 11,0

24 ВТ14 Л 4,0 6,0 3,8 8,8

25 ВТ25У Пр 4,5 8,8 5,0 13,0

26 ВТ3-1 Пр 6,3 7,3 5,1 10,8

27 ВТ23 Л 8,4 6,5 6,8 8,8

28 ВТ22 Пр 12.7 6,0 - -

29 в 4201 Л 32,0 1,8 - -

Примечание. П/ф - полуфабрикат, Л - лист, Пр - пруток.

содержание примесеи, эквивалентное алюминию, было принято равным 1,0 %, прочностного эквивалента - 3,8 % по рекомендациям [1]. В табл. 2 сплавы расположены в порядке возрастания структурного эквивалента по молибдену, что позволяет их сгруппировать по классам в зависимости от фазового состава.

Следует отметить, что применимость прочностных эквивалентов ограничена, так как их оценивают при условии аддитивности влияния на прочность легирующих элементов и при-месеи, поэтому их целесообразно применять для описания своИств только а-, псевдо-а-, а + р-сплавов после простого отжига. Прочностные эквиваленты не рекомендовано использовать для сплавов переходного класса (ВТ22), псевдо-р- и р-классов (4201), так как механизм упрочнения р-твердого раствора почти исчерпан, что приводит к нарушению прямолиней-нои зависимости растворного упрочнения от содержания компонентов в сплаве [1].

Статистическую обработку проводили с помощью ППП Э1а11з11са. Для оценки прогнозируемого уровня механических своИств полуфабрикатов в зависимости от температуры испытания и химического состава был проведен корреляционно-регрессионный анализ при доверительной вероятности 0,95. Для сопоставления свойств сплавов была использована процедура «Сравнение регрессий». Исследо-

Таблица 3 Интервалы изменения исследованных факторов

Фактор Интервал

Структурный эквивалент по алюминию [А1]ЭКВ, % мас. 0,8-10,0

Структурный эквивалент по молибдену [Мо]ЭКВ, % мас. 0,4-32,0

Прочностной эквивалент по алюминию [А1]ЭРв, % мас. 2,3-15,6

Прочностной эквивалент по молибдену [Мо]ЭКв, % мас. 0,1-6,8

Предел длительной прочности ст100, МПа 90-850

Предел прочности ств, МПа 100-1175

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Температура испытания t, °С 20-650

ванными факторами послужили структурные и прочностные эквиваленты по алюминию и молибдену, 100-часовая длительная прочность при 200-650 °С, предел прочности при 20-600 °С, температура испытания. Интервалы изменения исследованных факторов приведены в табл. 3.

Результаты экспериментов и их обсуждение

На рис. 1 и 2 сопоставлены зависимости предела длительной прочности листов и прут-

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Температура, °С

Рис. 1. Влияние температуры на 100-часовую длительную прочность отожженных листов из титановых сплавов

300 400 500 Температура, °С

Рис. 2. Влияние температуры на 100-часовую длительную прочность отожженных прутков из титановых сплавов

700

ков для различных титановых сплавов от температуры в интервале 200-650 °С. Технический титан и малолегированные а-титановые сплавы теряют прочностные свойства при сравнительно невысоких температурах (рис. 1). При температурах до 400 °С по уровню возрастания длительной прочности листов их можно расположить в следующий ряд: ВТ1-0 ^ 0Т4-0, ПТ-7М ^ ОТ4-1 ^ ВТ5-1, АТ3 ^ 0Т4 ^ ВТ6С ^ ВТ4 ^ 4201 ^ ВТ6 ^ ВТ23 ^ ВТ20. При температурах выше 400 °С: АТ3, ВТ5 ^ АТ4 ^ ВТ6 ^ 0Т4-2 ^ ВТ20 ^ ВТ38. Наиболее высокой жаропрочностью обладают листы из высоколегированных псевдо-а-сплавов ВТ20 и ВТ38. При этом наблюдается тенденция повышения предела длительной

прочности с увеличением предела прочности

20

ст2, измеренного при комнатной температуре.

Для прутков длительная и кратковременная прочности при температурах ниже 400 °С возрастают в следующей последовательности: 0Т4 (ст2° = 785 МПа) ^ ВТ5-1 (880 МПа) ^ ВТ6С (905 МПа) ^ ВТ6 (950 МПа) ^ ВТ20 (1000 МПа) ^ ВТ3-1 (1100 МПа) ^ ВТ9 (1120 МПа). Для сплава ВТ22 (1175 МПа) длительная прочность при 300 °С выше, чем у сплава ВТ3-1, а при 400 °С - наоборот ниже. При температурах 400-500 °С: ВТ5-1(880 МПа) ^ ВТ3-1 (1100 МПа) ^ ВТ20 (1000 МПа) ^ ВТ8 (1100 МПа) ^ ВТ9 (1120 МПа) ^ ВТ18У (1100 МПа) ^ ВТ25У (1150 МПа). При температурах 400-500 °С наиболее жаропрочным является а + р-сплав ВТ25У, но при более высоких температурах его превосходит псевдо-а-сплав ВТ18У, хотя предел прочности последнего сплава ниже ВТ25У.

Для сплавов ВТ5-1, 0Т4-0, 0Т4, ВТ20, ВТ6С, ВТ6 на основе обобщения опубликованных сведений было проведено сопоставление прутков и листов по длительной прочности в зависимости от температуры. Для остальных сплавов такое сопоставление провести не удалось, так как для них отсутствуют сведения и для листов, и для прутков. На основе процедуры «Сравнение регрессий» было установлено, что пределы длительной прочности прутков и листов из сплавов ВТ5-1, 0Т4-0, 0Т4, ВТ20, ВТ6С, ВТ6 незначительно (со статистической точки зрения) отличаются друг от друга, поэтому они были объединены в единую статистическую совокупность.

На первом этапе были проанализированы зависимости предела длительной прочности при температурах 200-600 °С от структурных и прочностных эквивалентов по алюминию и молибдену для а-, псевдо-а- и а + р-титановых сплавов.

На рис. 3 приведены зависимости 100-часовой длительной прочности от эквивалентов по алюминию. Наблюдается значимая сильная корреляционная связь (коэффициенты корреляции 0,8-0,95), которая свидетельствует о том, что увеличение на 1 % мас. суммарного содержания а-стабилизаторов и нейтральных упрочнителей (в перерасчете на структурный эквивалент по алюминию) приводит к повы-

Структурный эквивалент по алюминию, %

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Прочностной эквивалент по алюминию, МПа

Рис. 3. Зависимость 100-часовой длительной прочности прутков и листов от структурного и прочностного эквивалентов по алюминию а-, псевдо- а- и а + р-титановых сплавов

шению предела длительном прочности в среднем на -70-100 МПа, а в перерасчете на прочностной эквивалент на -60-70 МПа.

В зависимости от эквивалентов по молибдену наблюдается слабая тенденция повышения длительной прочности с увеличением содержания р-стабилизаторов. Однако коэффициенты корреляции менее 0,5, что свидетельствует о недостаточно значимом влиянии этого фактора на длительную прочность. Это, возможно, связано с недостатком исходных данных по длительной прочности для сплавов с [Мо]Эткрв > 4,0 %.

В работе были сопоставлены типичные значения кратковременного предела прочности и 100-часовая длительная прочность при одинаковых температурах испытания в зависимости от эквивалентов по алюминию. Оценку предела прочности при различных температурах проводили на основе обобщения различных литературных данных по соотношению, предложенному в работе [26]:

ств = b0 + b1t + b2t2 + b3t3.

(1)

Коэффициенты регрессии Ь0, Ь1, Ь2, Ь3 модели (1) приведены в работе [26] для различных сплавов с преимущественно глобулярной или смешанной структурой. Было установлено, что при одном и том же эквиваленте по алюминию разница между ав и а100 увеличивается с ростом температуры. Для примера на рис. 4 эти характеристики сопоставлены при 200 и 600 °С. При температуре 200 °С разница составляет 30-70 МПа, а при 600 °С - приблизительно 150-200 МПа.

На следующем этапе исследований были проанализированы зависимости длительной прочности титановых сплавов при 200-600 °С от типичного значения предела прочности, измеренного при комнатной температуре (рис. 5). Наблюдается сильная корреляционная связь при всех исследованных температурах, которую можно описать регрессионным соотношением:

20

СТ100 =СТ в -CTf

(2)

испытаниях на длительную прочность, так что его можно назвать коэффициентом разупрочнения при различных температурах (рис. 6):

at = 445 - 1,85t + 0,004f2.

(3)

Анализ соотношений (2) и (3), а также рис. 5 и 6 показывает, что чем выше температура, тем в большей степени происходит разупрочнение сплава. При температуре 200 °С разница стf между а100 и а^0 составляет -220 МПа, а при 600 °С -860 МПа.

1200

юоо

А 800

600

И 400

200

1 -е- 200 °С -в- 200 °С -в- 600 °С %

-А- 6 )0°С □ □ □ □ □ > □ ^ □ □

□ д 1 д у/д /л д

□ г □ л д л / д

л О о

л ^гк /о

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Прочностной эквивалент по алюминию, %

Рис. 4. Зависимость предела прочности (□; А) и 100-часовой длительной прочности (О; 0)

при температурах 200 и 600 °С от прочностного эквивалента по алюминию а-, псевдо-а- и а + р-титановых сплавов

900 800

I

' 700

О О

g 500

5 400

6

1 300

200 "С 300 °С 400 °С / □ / / □

-(г / [ / о/ 3 / У ni >" У

500 °С 600 °С о/ / с / □

ъ у /о

%/ У о О й

/ */

о / о / д / д А / _ ■

/ □

/ 1

где а{ - коэффициент регрессии, характеризующий абсолютную величину разупрочнения при

¡200 а

100 о

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 12001300 Предел прочности при комнатной температуре, МПа

Рис. 5. Зависимость 100-часовой длительной прочности при 200-600 °С от предела прочности титановых сплавов при комнатной температуре

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 Температура, °С

Рис. 6. Температурная зависимость

коэффициента регрессии (коэффициента разупрочнения) st из соотношения (2), характеризующего уровень снижения длительной прочности

На основе обобщения моделей (2) и (3) получено соотношение, которое позволяет оценить типичное значение 100-часовой длительной прочности при различных температурах, если известен предел прочности сплава при комнатной температуре:

'100

= ст20 - 445 + 1,85f - 0,004f2

(4)

Коэффициент корреляции равен 0,99, статистическая ошибка оценки а100 составляет 15 МПа.

Предел прочности ст^;0 можно определить по результатам испытаний на растяжение при комнатной температуре или оценить теоретически. В работах [27, 28] для теоретической оценки (с доверительной вероятностью 0,95) предела прочности деформируемых полуфабрикатов из а-, псевдо-а-, а + р-сплавов (после простого отжига по стандартным режимам) было предложено соотношение:

а расч = а 0 + (60 ± даСв + (50 ± 5) [Мо]^. (5)

Свободный член а0 зависит от типа полуфабриката, его структуры, конкретной технологии изготовления и может быть определен на основе данных статистического контроля качества. В частности, по данным работ

[27, 28] свободный член а0 = 300 ± 25 МПа для отожженных прутков диаметром 8-14 мм из а-, псевдо-а-, а + р-сплавов с преимущественно глобулярной структурой. Если необходимо оценить только твердорастворное упрочнение, то можно принять а0 = 235 МПа, что соответствует пределу прочности титана высокой чистоты [1].

Предложенная теоретическая оценка справедлива для а-, псевдо-а- и а + р-сплавов с эквивалентами по молибдену, не превышающими [Мо]ЭРв = 5 % (или [Мо]Этк£ = 6,5 % ), при температурах менее 500-550 °С, так как для большинства исследованных сплавов отсутствуют опубликованные и достоверные сведения по длительной прочности при более высоких температурах.

Выводы

1. На основе обобщения литературных данных и нормативных сведений проведены статистические исследования температурных зависимостей 100-часового предела длительной прочности прутков и листов из титановых сплавов разных классов.

2. Выявлены статистические зависимости предела длительной прочности при различных температурах от химического состава листов и прутков (в перерасчете на эквиваленты по алюминию и молибдену) из титановых сплавов после стандартного отжига.

3. Показано, что основной вклад в обеспечение жаропрочности титановых сплавов вносят элементы, эквивалентные алюминию. Увеличение структурного эквивалента по алюминию на 1 % приводит к повышению предела длительной прочности на -70-100 МПа, а прочностного - на -60-70 МПа в зависимости от температуры испытания.

4. Предложены регрессионные модели, позволяющие провести теоретическую оценку (с доверительной вероятностью 0,95) типичного уровня 100-часовой длительной прочности отожженных полуфабрикатов из а-, псевдо-а-и а + р-титановых сплавов при повышенных температурах, основываясь на результатах кратковременных механических испытаний при комнатной температуре.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства: Справ. М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. 520 с.

2. Фридляндер И.Н., Сенаторова О.Г., Осин-цев О.Е. и др. Машиностроение. Энциклопедия. Т. 2—3. Цветные металлы и сплавы. М.: Машиностроение, 2001. Раздел 5. С. 585-586.

3. Воздвиженский В.М., Жуков А.А., Постнова А.Д., Воздвиженская М.В. Сплавы цветных металлов для авиационной техники. Рыбинск: РГАТА, 2002. 219 с.

4. Авиационные материалы: Справ. в 12 т. / Под общ. ред. Каблова Е.Н. Т. 6. Титановые сплавы. М.: ВИАМ, 2010. 96 с.

5. Солонина О.П., Глазунов С.Г. Жаропрочные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1976. 448 с.

6. Materials Properties Handbook. Titanium Alloys Ed. by R. Boyer, G. Welsch, E.W. Collings. OH, USA, ASM International. Materials Park. 1994. 1176 p.

7. Глазунов С.Г., Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. 368 с.

8. Яковлев А.Л., Кашапов О.С.. Путырский С.В., Алексеев Е.Б., Кочетков А.С. Современные направления развития титановых сплавов для авиационной техники // Титан. 2020. № 3-4. С. 35-47.

9. Кашапов О.С., Павлова Т.В., Истракова А.Р., Калашников В.С. Повышение прочностных характеристик жаропрочных псевдо-а-титановых сплавов // Авиационные материалы и технологии.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2014. № S5. 73-80.

10. Моисеев В.Н. Конструкционные титановые сплавы и перспективы их развития. Наука. Производство и применение титана в условиях конверсии / I Международная научно-техническая конференция по титану стран СНГ. М.: ВИЛС, 1994. Т. 2. С. 567-582.

11. Шалин Р.Е., Ильенко В.М. Титановые сплавы для авиационных газотурбинных двигателей // Титан. 1995. № 1-2 (5-6). С. 23-29.

12. Ночовная Н.А., Анташев В.Г., Ширяев А.А., Алексеев Е.Б. Выбор композиции нового жаропрочного титанового сплава с применением методов математического моделирования // Титан.

2015. № 1. С.10-17.

13. Глазунов С.Г., Ясинский К.К. Титановые сплавы для авиационной техники и других отраслей промышленности // Технология легких сплавов. 1993. № 7-8. https://www.viam.ru/public/

14. Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная Н.А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 8-14.

15. Шарапова Н.А., Живушкин А.А., Васильев А.В., Кашапов О.С., Павлова Т.В., Иванов В.И. Использование новых титановых сплавов при формировании конструктивного облика компрессора перспективного авиационного двигателя / В кн.: Современные титановые сплавы и проблемы их развития. М.: ВИАМ, 2010. С. 62-68.

16. 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. http:// viam-works.ru/ru/articles?year = 2013&num = 3

17. Чумаков Е.В. Исследование корреляции длительных и кратковременных механических свойств металлических материалов // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2015. № 1(214). С. 165-179. https://cyberleninka. ru/article/n/issledovanie-korrelyatsii-dlitelnyh-i-kratkovremennyh-mehanicheskih-svoystv-metalli-cheskih-materialov

18. Пат. 2167244 РФ. Способ определения длительной прочности материала / Петров В.А., Петров Г.В. Опубл. 27.02.2001.

19. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение, 1998. 464 с.

20. Каблов Е.Н., Кашапов О.С., Павлова Т.В., Ночовная Н.А. Разработка опытно-промышленной технологии изготовления полуфабрикатов из псевдо-а титанового сплава ВТ41 // Титан. 2016. № 2. С. 33-38.

21. Кашапов О.С., Павлова Т.В., Калашников В.С., Кондратьева А.Р. Исследование влияния содержания легирующих элементов на свойства высокопрочного жаропрочного псевдо-а-сплава ВТ46 // Труды ВИАМ. 2016. № 9 (45). С. 44-52.

22. Кашапов О.С., Павлова Т.В., Истракова А.Р., Калашников В.С. Влияние содержания железа на механические свойства прутков из жаропрочного титанового сплава ВТ41 // Труды ВИАМ. 2015. http://viam-works.ru/plugins/content/journal/ uploads/articles/pdf/784.pdf

23. Беляев М.С., Горбовец М.А., Кашапов О.С., Ходинев И.А. Механические свойства и структура титанового сплава ВТ41 // Цветные металлы. 2014. № 8. С. 66-71.

24. Захаров Ю.А., Тетюхин В.В., Левин И.В., Шибанов А.С., Аржаков В.М. Производство штамповок дисков и лопаток вентилятора двигателей из высокопрочного титанового сплава ВТ22 // Титан. 1996, № 1. С. 31—32.

25. Павлова Т.В., Кашапов О.С., Кондратьева А.Р., Калашников В.С. Возможности по расширению области применения сплава ВТ8-1 для дисков и рабочих колес компрессора // Труды ВИАМ. 2016. № 3.

26. Полькин И.С., Егорова Ю.Б., Давыденко Л.В., Шмырова А.В. Статистическое сопоставление прочностных свойств титановых сплавов при повышенных температурах // Титан. 2020. № 3-4. С.18-25.

27. Егорова Ю.Б., Уваров В.Н., Давыденко Л.В., Давыденко Р.А. Использование результатов промышленного контроля для прогнозирования механических свойств полуфабрикатов из титановых сплавов // МИТОМ. 2017. № 6 (744). С. 52.

28. Egorova Yu.B., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Use of Industrial Monitoring Results for Predicting Mechanical Properties of Titanium Alloy Semiproducts // Metal Science and Heat Treatment. 2017. Vol. 59. № 5-6. Р 377-383.

REFERENCES

1. Ilin A.A., Kolachev B.A., Polkin I.S. Titanovyye splavy. Sostav, struktura, svoystva: Sprav. M.: VILS -MATI, 2009. 520 s.

2. Fridlyander I.N., Senatorova O.G., Osintsev O.Ye. i dr. Mashinostroyeniye. Entsiklopediya. T. 2—3. Tsvetnyye metally i splavy. M.: Mashinostroyeniye, 2001. Razdel 5. S. 585-586.

3. Vozdvizhenskiy V.M., Zhukov A.A., Postnova A.D., Vozdvizhenskaya M.V. Splavy tsvetnykh metallov dlya aviatsionnoy tekhniki. Rybinsk: RGATA, 2002. 219 s.

4. Aviatsionnyye materialy: Sprav. v 12 t. / Pod ob-shch. red. Kablova Ye.N.T. 6. Titanovyye splavy. M.: VIAM, 2010. 96 s.

5. Solonina O.P., Glazunov S.G. Zharoprochnyye titanovyye splavy. M.: Metallurgiya, 1976. 448 s.

6. Materials Properties Handbook. Titanium Alloys Ed. by R. Boyer, G. Welsch, E.W. Collings. OH, USA, ASM International. Materials Park. 1994. 1176 p.

7. Glazunov S.G., Moiseyev V.N. Konstruktsionnyye titanovyye splavy. M.: Metallurgiya, 1974. 368 s.

8. Yakovlev A.L., Kashapov O.S.. Putyrskiy S.V., Alekseyev Ye.B., Kochetkov A.S. Sovremennyye napravleniya razvitiya titanovykh splavov dlya aviatsionnoy tekhniki // Titan. 2020. № 3-4. S. 35-47.

9. Kashapov O.S., Pavlova T.V., Istrakova A.R., Ka-lashnikov V.S. Povysheniye prochnostnykh kharak-teristik zharoprochnykh psevdo-a-titanovykh splavov // Aviatsionnyye materialy i tekhnologii. 2014. № S5. 73-80.

10. Moiseyev V.N. Konstruktsionnyye titanovyye splavy i perspektivy ikh razvitiya. Nauka. Proizvodstvo i pri-meneniye titana v usloviyakh konversii / I Mezhdu-narodnaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya po titanu stran SNG. M.: VILS, 1994. T. 2. S. 567-582.

11. Shalin R. Ye., Ilyenko V.M. Titanovyye splavy dlya aviatsionnykh gazoturbinnykh dvigateley // Titan. 1995. № 1-2 (5-6). S. 23-29.

12. Nochovnaya N.A., Antashev V.G., Shiryayev A.A., Alekseyev Ye.B. Vybor kompozitsii novogo zha-roprochnogo titanovogo splava s primeneniyem metodov matematicheskogo modelirovaniya // Titan. 2015. № 1. S. 10-17.

13. Glazunov S.G., Yasinskiy K.K. Titanovyye splavy dlya aviatsionnoy tekhniki i drugikh otrasley pro-myshlennosti // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 1993. № 7-8. https://www.viam.ru/public/

14. Pavlova T.V., Kashapov O.S., Nochovnaya N.A. Titanovyye splavy dlya gazoturbinnykh dvigateley // Vse materialy. Entsiklopedicheskiy spravochnik. 2012. № 5. S. 8-14.

15. Sharapova N.A., Zhivushkin A.A., Vasil'yev A.V., Kashapov O.S., Pavlova T.V., Ivanov V.I. Ispol-zovaniye novykh titanovykh splavov pri formirovanii konstruktivnogo oblika kompressora perspektivnogo aviatsionnogo dvigatelya / V kn.: Sovremennyye titanovyye splavy i problemy ikh razvitiya. M.: VIAM, 2010. S. 62-68.

16. Kashapov O.S., Novak A.V., Nochovnaya N.A., Pavlova T.V. Sostoyaniye, problemy i perspektivy

sozdaniya zharoprochnykh titanovykh splavov dlya detaley GTD // Trudy VIAM. 2013. № 3. http://viam-works.ru/ru/articles?year=2013&num=3

17. Chumakov Ye.V. Issledovaniye korrelyatsii dlitel'nykh i kratkovremennykh mekhanicheskikh svoystv metal-licheskikh materialov // Nauchno-tekhnicheskiye ve-domosti Cankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta. 2015. № 1 (214). S. 165-179. https://cyberleninka.ru/article/n/issledo-vanie-korrelyatsii-dlitelnyh-i-kratkovremennyh-me-hanicheskih-svoystv-metallicheskih-materialov

18. Pat. 2167244 RF. Sposob opredeleniya dlitel'noy prochnosti materiala / Petrov V.A., Petrov G.V. Opubl. 27.02.2001.

19. Kablov Ye.N., Golubovskiy Ye.R. Zharoprochnost' nikelevykh splavov. M.: Mashinostroyeniye, 1998. 464 s.

20. Kablov Ye.N., Kashapov O.S., Pavlova T.V., Nochovnaya N.A. Razrabotka opytno-promyshlennoy tekhnologii izgotovleniya polufabrikatov iz psevdo-a titanovogo splava VT41 // Titan. 2016. № 2. S. 33-38.

21. Kashapov O.S., Pavlova T.V., Kalashnikov V.S., Kondrat'yeva A.R. Issledovaniye vliyaniya soder-zhaniya legiruyushchikh elementov na svoystva vysokoprochnogo zharoprochnogo psevdo-a-splava VT46 // Trudy VIAM. 2016. № 9 (45). S. 44-52.

22. Kashapov O.S., Pavlova T.V., Istrakova A.R., Kalashnikov V.S. Vliyaniye soderzhaniya zheleza na mekhanicheskiye svoystva prutkov iz zharoprochnogo titanovogo splava VT41 // Trudy VIAM. 2015. http://viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/ articles/pdf/784.pdf

23. Belyayev M.S., Gorbovets M.A., Kashapov O.S., Khodinev I.A. Mekhanicheskiye svoystva i struktura titanovogo splava VT41 // Tsvetnyye metally. 2014. № 8. S. 66-71.

24. Zakharov Yu.A., Tetyukhin V.V., Levin I.V., Shi-banov A.S., Arzhakov V.M. Proizvodstvo shtampo-vok diskov i lopatok ventilyatora dvigateley iz vyso-koprochnogo titanovogo splava VT22 // Titan. 1996, № 1. S. 31-32.

25. Pavlova T.V., Kashapov O.S., Kondrat'yeva A.R., Kalashnikov V.S. Vozmozhnosti po rasshireniyu oblasti primeneniya splava VT8-1 dlya diskov i rabo-chikh koles kompressora // Trudy VIAM. 2016. № 3.

26. Polkin I.S., Yegorova Yu.B., Davydenko L.V., Shmyrova A.V. Statisticheskoye sopostavle-niye prochnostnykh svoystv titanovykh splavov pri povyshennykh temperaturakh // Titan. 2020. № 3-4. S.18-25.

27. Yegorova Yu.B., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Ispol'zovaniye rezul'tatov pro-myshlennogo kontrolya dlya prognozirovaniya me-khanicheskikh svoystv polufabrikatov iz titanovykh splavov // MITOM. 2017. № 6 (744). S. 52.

28. Egorova Yu.B., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Use of Industrial Monitoring Results for Predicting Mechanical Properties of Titanium Alloy Semiproducts // Metal Science and Heat Treatment. 2017. V. 59. № 5—6. P. 377-383.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.