ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАВОДОРОЖИВАНИЯ НА РАЗРУШЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

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 сплава при 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 части разрушенного образца, непосредственно контактировавшей с рабочей средой, что может быть связано с распределением в рассматриваемой области мелкодисперсных гидридов титана, которые образовались в результате наводороживания металла.

1. Tal-Gutelmacher E., Eliezer D. Embrit-tlement 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 Optimization 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.

2. https://doi.org/10.1007/s10720-005-0029-5

3. 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.

4. Ильин А.А. Механизм и кинетика фа-зовых и структурных превращений в титановых сплавах. Москва: Наука. 1994:304.

5. Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамонов А.М. Водородная технология титановых сплавов. Москва: МИСИС. 2002:390.

6. 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.

7. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.01.067

8. 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

9. Gerland M., Lefranc P., Doquet V., Sar-razin-Baudoux C. Deformation and damage mechanisms 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

10. 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. Philosophical Transactions A. 2017;375(2098):20160417. http://doi.org/10.1098/rsta.2016.0417

11. Barkia B. Viscoplasticité à l’ambiante du titane en relation avec ses teneurs en oxygène et hydrogène. Extended abstract of Doctor’s thesis. 2014:269. http://doi.org/10.13140/RG.2.1.1731.8007

12. 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

13. Tal-Gutelmacher E., Eliezer D. Hydrogen cracking in titanium-based alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2005;404-406:621–625. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.02.098

14. Nelson H.G. Effect of High Temperature Hydrogen on Titanium Base Alloys. A Publication of The Minerals, Metals & Materials Society. 1996:699.

15. Feaugas X., Conforto E. Influence de l’hydrogène sur les mécanismes de défor-mation et d’endommagement des alliages de titane et de zirconium. PlastOx. 2009:161–178. https://doi.org/10.1051/ptox/2009012

16. 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.

17. 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. Труды РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2020;25–2:170–179. EDN:IVVRPB;

18. https://doi.org/10.53403/9785951504944_2020_25.2_170_179

19. Pittinato G.F., Hanna W.D. Hydrogen in β transformed Ti-6Al-4V. Metallurgical and Materials Transactions B. 1972; 3(11):2905–2909.

20. 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

21. 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

22. Briant C.L., Wang Z.F., Chollocoop N. Hydrogen embrittlement of commercial purity titanium. Corrosion Science. 2002;44(8):1875–1888. https://doi.org/10.1016/S0010-938X(01)00159-7

23. Молоканова А.А., Саулин Д.В. Исследование 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

24. Чернов И.П., Лидер А.М., Черданцев Ю.П., Гаранин Г.В., Никитенков Н.Н., Кренинг М., Сурков А.С. Дефекты в титане, инициированные водородом. Физическая мезомеханика. 2000;3(6):97–103. EDN: KWPJCB.

25. Винокур Б.И., Белов С.П., Брун М.Я. Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. Москва: Метал-лургия. 1992:352.