Многоуровневый механизм усталостного разрушения титанового сплава Ti–6Al–4V в рамках подхода мезомеханики «пространство–время–энергия»
| Parent link: | Физическая мезомеханика/ Российская академия наук (РАН), Сибирское отделение (СО), Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ).— , 1998- Т. 21, № 4.— 2018.— [С. 57-69] |
|---|---|
| Corporate Authors: | , |
| Other Authors: | , , , , , , |
| Summary: | Заглавие с экрана Ударная ультразвуковая обработка (УЗО) сплава Ti-6Al-4V (ВТ6) обусловливает сильную кривизну кристаллической решетки, наноструктурирование тонких поверхностные слоев и образование в ?-фазе нижележащего подслоя сложных полосовые структур предвыщелений фазы ТІ3АІ и мартенситной фазы ?'. При этом усталостная долговечность сплава возрастает только в 1.3 раза, что связано с негативным влиянием сложные полосовых структур. Позитронная аннигиляция выявила концентрацию неравновесные вакансий в обработанном поверхностном слое, равную 10-5, что на пять порядков превышает равновесную концентрацию вакансий. Это определяет возможность обратимые структурных трансформаций механизмом пластической дисторсии при циклическом нагружении ВТ6 и лежит в основе возрастания усталостной долговечности. Наблюдается сближение кривых распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО и Al, построенных по спектрам доплеровского уширения аннигиляционной линии. Данный результат может свидетельствовать об образовании кластеров Ti-Ti-Al и предвыщелений ТІ3АІ в нетравящихся полосовых структурах. При наводораживании поверхностных слоев ВТ6 после их ультразвуковой обработки усталостная долговечность материала снижается в 4 раза. Это связано с образованием в a-фазе пачек мартенситной ?''-фазы, которая в условиях функционального влияния водорода перестраивает ГПУ-решетку в орторомбическую структуру, что сопровождается сегрегацией атомов ванадия в полосах ?''-фазы. Последняя вызывает сближение кривые распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО + H2 и V, о чем свидетельствуют спектры доплеровского уширения аннигиляционной линии. Пачки полос ?''-фазы армируют наноструктурированный поверхностный слой, что резко снижает усталостную долговечность сплава. Его микротвердость в зоне усталостного разрушения сильно возрастает. Многоуровневый структурный анализ проблемы усталостного разрушения проводится на основе подхода мезомеханики «пространство-время-энергия». Ultrasonic impact treatment (UIT) of alloy Ti-6Al-4V (VT6) causes a high lattice curvature, nanostructuring of thin surface layers and the formation of complex band structures of Ti3Al pre-precipitates in the а-phase of the underlying sublayer, as well as the formation of the martensitic а'-phase. In so doing, the fatigue life of the alloy increases only by a factor of 1.3 due to the negative influence of complex band structures. Positron annihilation spectroscopy revealed a nonequilibrium vacancy concentration in the treated surface layer equal to 10-5, which is by five orders of magnitude greater than the equilibrium vacancy concentration. This makes possible reversible structural transformations through plastic distortion under cyclic loading of VT6 and underlies the increase in fatigue life. There is a convergence of the electron energy distribution curves for VT6 + UIT and Al obtained from the Doppler broadening spectra of annihilation radiation. This result suggests the formation of Ti-Ti-Al clusters and Ti3Al pre-precipitates in nonetched banded structures. The hydrogenation of the ultrasonically treated VT6 surface layers leads to a 4-fold decrease in the fatigue life of the material. This effect is due to the formation of ?''-phase martensite laths in the ?-phase which rearranges the hcp lattice into an orthorhombic structure under the functional influence of hydrogen, with the segregation of vanadium atoms in the ?''-phase bands. The segregation causes a convergence of the electron energy distribution curves of VT6 + UIT + H2 and V, as evidenced by the Doppler broadening spectra of annihilation radiation. Bundles of ?''-phase bands reinforce the nanostructured surface layer, which drastically reduces the fatigue life of the alloy. Its microhardness in the zone of fatigue fracture greatly increases. The multilevel structural analysis of fatigue failure is carried out on the basis of the mesomechanical space-time-energy approach. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса |
| Language: | Russian |
| Published: |
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.24411/1683-805X-2018-14006 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=658272 |
| Summary: | Заглавие с экрана Ударная ультразвуковая обработка (УЗО) сплава Ti-6Al-4V (ВТ6) обусловливает сильную кривизну кристаллической решетки, наноструктурирование тонких поверхностные слоев и образование в ?-фазе нижележащего подслоя сложных полосовые структур предвыщелений фазы ТІ3АІ и мартенситной фазы ?'. При этом усталостная долговечность сплава возрастает только в 1.3 раза, что связано с негативным влиянием сложные полосовых структур. Позитронная аннигиляция выявила концентрацию неравновесные вакансий в обработанном поверхностном слое, равную 10-5, что на пять порядков превышает равновесную концентрацию вакансий. Это определяет возможность обратимые структурных трансформаций механизмом пластической дисторсии при циклическом нагружении ВТ6 и лежит в основе возрастания усталостной долговечности. Наблюдается сближение кривых распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО и Al, построенных по спектрам доплеровского уширения аннигиляционной линии. Данный результат может свидетельствовать об образовании кластеров Ti-Ti-Al и предвыщелений ТІ3АІ в нетравящихся полосовых структурах. При наводораживании поверхностных слоев ВТ6 после их ультразвуковой обработки усталостная долговечность материала снижается в 4 раза. Это связано с образованием в a-фазе пачек мартенситной ?''-фазы, которая в условиях функционального влияния водорода перестраивает ГПУ-решетку в орторомбическую структуру, что сопровождается сегрегацией атомов ванадия в полосах ?''-фазы. Последняя вызывает сближение кривые распределения энергии электронов в ВТ6 + УЗО + H2 и V, о чем свидетельствуют спектры доплеровского уширения аннигиляционной линии. Пачки полос ?''-фазы армируют наноструктурированный поверхностный слой, что резко снижает усталостную долговечность сплава. Его микротвердость в зоне усталостного разрушения сильно возрастает. Многоуровневый структурный анализ проблемы усталостного разрушения проводится на основе подхода мезомеханики «пространство-время-энергия». Ultrasonic impact treatment (UIT) of alloy Ti-6Al-4V (VT6) causes a high lattice curvature, nanostructuring of thin surface layers and the formation of complex band structures of Ti3Al pre-precipitates in the а-phase of the underlying sublayer, as well as the formation of the martensitic а'-phase. In so doing, the fatigue life of the alloy increases only by a factor of 1.3 due to the negative influence of complex band structures. Positron annihilation spectroscopy revealed a nonequilibrium vacancy concentration in the treated surface layer equal to 10-5, which is by five orders of magnitude greater than the equilibrium vacancy concentration. This makes possible reversible structural transformations through plastic distortion under cyclic loading of VT6 and underlies the increase in fatigue life. There is a convergence of the electron energy distribution curves for VT6 + UIT and Al obtained from the Doppler broadening spectra of annihilation radiation. This result suggests the formation of Ti-Ti-Al clusters and Ti3Al pre-precipitates in nonetched banded structures. The hydrogenation of the ultrasonically treated VT6 surface layers leads to a 4-fold decrease in the fatigue life of the material. This effect is due to the formation of ?''-phase martensite laths in the ?-phase which rearranges the hcp lattice into an orthorhombic structure under the functional influence of hydrogen, with the segregation of vanadium atoms in the ?''-phase bands. The segregation causes a convergence of the electron energy distribution curves of VT6 + UIT + H2 and V, as evidenced by the Doppler broadening spectra of annihilation radiation. Bundles of ?''-phase bands reinforce the nanostructured surface layer, which drastically reduces the fatigue life of the alloy. Its microhardness in the zone of fatigue fracture greatly increases. The multilevel structural analysis of fatigue failure is carried out on the basis of the mesomechanical space-time-energy approach. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса |
|---|---|
| DOI: | 10.24411/1683-805X-2018-14006 |