ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯНАВОДОРОЖИВАНИЯ НА РАЗРУШЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-4(50)-63-71Ключевые слова:
титановый сплав, водородная хрупкость, фрактография, микроструктура, механические характеристикиАннотация
Исследовано влияние наводороживания на характер разрушения и механические характеристики титанового сплава Ti ‒ 6Al ‒ 4V в процессе эксплуатации в водородсодержащей среде при нормальных температурах. Описан основной механизм протекания процесса водородного охрупчивания для титановых сплавов (α + β)-класса, который заключается в выделении и последующем распаде хрупких гидридных фаз. В ходе исследования установлено, что в процессе работы образцов из рассматриваемого сплавапри заданном составе и параметрах эксплуатационной среды происходит насыщение металла водородом, о чем свидетельствует увеличение его содержания в материале после эксплуатации в сравнении с образцом в исходном состоянии. Показан механизм разрушения металла образца, насыщенного водородом в процессе эксплуатации в водородсодержащей среде. Морфология поверхности излома исследуемого образца характерна для хрупкого типа разрушения. На поверхности образца вблизи зоны разрушения присутствуют крупные дефекты в виде кратеров, следы эрозии и растрескивание. Структура излома характеризуется наличием «зубьев пилы», наблюдается обширная система вторичных микротрещин и взаимодействие их с магистральной трещиной, что является характерным проявлением водородного охрупчивания титанового сплава. Вблизи поверхности разрушения образца наблюдается деградация микроструктуры, проявляющаяся в образовании микропустот на границах раздела фаз α/β, инициирующих разрушение. Установлено повышение на 35 ‒ 38 % микротвердости металла частиразрушенного образца, непосредственно контактировавшей с рабочей средой, что может быть связано с распределением в рассматриваемой области мелкодисперсных гидридов титана, которые образовались в результате наводороживания металла.
Библиографические ссылки
Tal-Gutelmacher E., Eliezer D. Embrittlement of Secondary Hydrogen-Containing Phases in Titanium-Based Alloys. In: Glass Physics and Chemistry. Proceedings of the Third Russian-Israeli Bi-National Workshop 2004 «The Op-timization of the Composition, Structure, and Properties Of Metals, Oxides, Composites, Nanomaterials, and Amorphous Materials»(St.Petersburg, Russia, June 13-23, 2004).St. Petersburg. 2005;31(1):96–101.https://doi.org/10.1007/s10720-005-0029-5
Белова С.Б., Колачев Б.А., Мамонов И.М. Параметры диффузии элементов замещения в α-и β-титане. Научные труды (Вестник МАТИ).2002;5 (77):5–9.
Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. Москва: Наука. 1994:304.
Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов А.М. Водородная технология тита-новых сплавов. Москва: МИСИС. 2002:390.
Eliezer D., Tal-Gutelmacher E., Cross C. E., Boellinghaus T. Hydrogen trapping in β-21S titanium alloy. Materials Science and Engineering: A. 2006;421(1–2):200–207.https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.01.067
Chattoraj I. Stress corrosion cracking (SCC) and hydrogen-assisted cracking in titanium alloys. Stress Corrosion Cracking. 2011:381–408. https://doi.org/10.1533/9780857093769.3.381
Gerland M., Lefranc P., Doquet V., Sarrazin-Baudoux C. Deformation and damage mecha-nisms in an α/β 6242 Ti alloy in fatigue, dwell-fatigue and creep at room temperature. Influence of internal hydrogen. Materials Science and Engineering A.2009;507(1-2):132–143. https://doi.org/10.1016/j.msea.2008.11.045
Conforto E., Guillot I., Feaugas X. Solute hydrogen and hydride phase implications on the plasticity of zirconium and titanium alloys: a review and some recent advances. Philosophi-cal Transactions A.2017;375(2098):20160417.http://doi.org/10.1098/rsta.2016.0417
Barkia B. Viscoplasticité àl’ambiante du titane en relation avec ses teneurs en oxygène et hy-drogène. Extended abstract of Doctor’s thesis. 2014:269. http://doi.org/10.13140/RG.2.1.1731.8007
Wasz M.L., Brotzen F.R., McLellan R.B., Griffin A.J. Effect of oxygen and hydrogen on mechanical properties of commercial purity titanium. International Materials Reviews. 2013:41(1):1–12. https://doi.org/10.1179/imr.1996.41.1.1
Tal-Gutelmacher E., Eliezer D. Hydrogen cracking in titanium-based alloys. Journal of Al-loys and Compounds. 2005;404-406:621–625.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.02.098
Nelson H.G. Effect of High Temperature Hydrogen on Titanium Base Alloys. A Publica-tion of The Minerals, Metals & Materials Society. 1996:699.
Feaugas X., Conforto E. Influence de l’hydrogène sur les mécanismes de défor-mation et d’endommagement des alliages de ti-tane et de zirconium. PlastOx.2009:161–178. https://doi.org/10.1051/ptox/2009012
Bignon Q., Martin F., Auzoux Q., Wouters Y. Hydrogen impact on the mechanical properties of three titanium alloys. In: 3rd International conference on metals and hydrogen.Gand, Belgium. 2018:11.
Малков И.Л., Бойцов И.Е., Дмитриенко А.Н., Казимов М.В., Клевцов В.Г., Туманова Н.Ю., Юхимчук А.А. Исследование водородной прочности титановых сплавов. ТрудыРФЯЦ-ВНИИЭФ. 2020;25–2:170–179.EDN:IVVRPB;https://doi.org/10.53403/9785951504944_2020_25.2_170_179
Pittinato G.F., Hanna W.D. Hydrogen in βtransformed Ti-6Al-4V. Metallurgical and Materials Transactions B.1972; 3(11):2905–2909.
Hardie D., Ouyang S. Effect of hydrogen and strain rate upon the ductility of mill-annealed Ti6Al4V. Corrosion Science. 1999;41(1):155–177.https://doi.org/10.1016/S0010-938X(98)00109-7
Tal-Gutelmacher E., Eliezer D. Hydrogen-assisted degradation of titanium based alloys. Materials Transactions. 2004;45(5):1594–1600.https://doi.org/10.2320/matertrans.45.1594
Briant C.L., Wang Z.F., Chollocoop N. Hydrogen embrittlement of commercial purity titanium. CorrosionScience.2002;44(8):1875–1888.https://doi.org/10.1016/S0010-938X(01)00159-7
Молоканова А.А., Саулин Д.В. Исследова-ние процессов наводораживания коррозионно-стойких сплавов и сплавов цветных металлов. Вестник ПНИПУ.2023;4:92–107. https://doi.org/10.15593/2224-9400/2023.4.07
Чернов И.П., Лидер А.М., Черданцев Ю.П., Гаранин Г.В., Никитенков Н.Н., Кренинг М.,Сурков А.С. Дефекты в титане, иницииро-ванные водородом. Физическая мезомеха-ника. 2000;3(6):97–103. EDN: KWPJCB.
Винокур Б.И., Белов С.П., Брун М.Я. Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. Москва: Металлургия. 1992:352.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Мария Олеговна Кудряшова, Сергей Степанович Петров, Павел Евгеньевич Юдин, Александр Юрьевич Ежов, Ольга Сергеевна Бондарева, Алексей Александрович Мельников
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
