Вплив зміцненого елементами проникнення (O, C) приповерхневого шару на опір руйнуванню титану за втомного та ударного навантажень

Abstract

UK: Мета дослідження – встановити вплив зміцненого приповерхневого шару елементами проникнення (киснем, вуглецем) на втомну довговічність титану за чистого згину та підвищених температур (до 350 °С) та ударну в’язкість за кімнатної температури. Методика. Досліджували зразки промислових титанових сплавів - (ВТ5-1 і ПТ-7М), псевдо-- (ОТ4-1), (+)- (BТ14 і ВТ19) класів. Після виготовлення зразки відпалювали у вакуумі за режимом: T = 800 °C, τ = 5 год., P = 0,05 мПа. Тонколистові зразки (~ 1 мм) насичували з кисне- та вуглецевмісного середовищ для формування градієнтного зміцненого приповерхневого шару без фазової плівки. Результати. Виявлено, що втомна довговічність в діапазоні температур Т = 20…150 °С титану ВТ1-0 не чутлива до температури випробувань при формуванні «оптимального» рівня зміцнення поверхні (K =70 %, l = 30 мкм) після обробки у кисневмісному середовищі. За температур Т = 150…400 °С залежність довговічності титану має однаковий спадаючий характер для всіх досліджуваних рівнів (K = 70 % та K = 140 %) поверхневого зміцнення. Виявлено, що зміцнення (K = 70 %, l = 30 мкм) поверхневого шару, сформованого у кисне- та вуглецевмісному газових середовищах, підвищує ударну в’язкість на 4...6 % відносно необробленого (K = 0 %) стану. Наукова новизна. Встановлено параметри зміцненого шару (K = 70 %, l = 30 мкм), які сприяють підвищенню втомної довговічності на 15...25 % за чистого згину та підвищених температур Т = 150 °С, а також показано, що такий шар не викликає зниження ударної в’язкості титану ВТ1-0. Практична значимість. Формування зміцненого приповерхневого шару (K = 70 %, l = 30 мкм) може бути використане на тонколистових виробах із титанового сплаву ВТ1-0 для підвищення довговічності за циклічного навантаження та чистого згину до Т = 150 °С або для опірності за ударного навантаження.

RU: Цель исследования − установить влияние упрочненного приповерхностного слоя элементами проникновения (кислородом, углеродом) на усталостную долговечность титана при чистом изгибе и повышенных температурах (до 350 °С) и ударную вязкость при комнатной температуре. Методика. Исследовали образцы промышленных титановых сплавов - (ВТ5-1 и ПТ-7М), псевдо-- (ОТ4-1), ((+)- (BТ14 и ВТ19) классов. После изготовления образцы отжигали в вакууме при режиме: T = 800 °C, τ = 5 ч, P = 0,05 МПа. Тонколистовые образцы (~ 1 мм) насыщали из кислород- и углеродсодержащих сред для формирования градиентного упрочненного приповерхностного слоя без фазовой пленки. Результаты. Выявлено, что усталостная долговечность в диапазоне температур Т = 20...150 °С титана ВТ1-0 не чувствительна к температуре испытаний при формировании «оптимального» уровня упрочнения поверхности (K = 70 %, l = 30 мкм) после обработки в кислородсодержащей среде. При температурах Т = 150...400 °С зависимость долговечности титана имеет одинаковый убывающий характер для всех исследуемых уровней (K = 70 % и K = 140 %) поверхностного упрочнения. Выявлено, что упрочнение (K = 70 %, l = 30 мкм) поверхностного слоя, сформированного в кислород- и углеродсодержащих газовых средах, повышает ударную вязкость на 4...6 % относительно необработанного (K = 0 %) состояния. Научная новизна. Установлены параметры упрочненного слоя (K = 70 %, l = 30 мкм), которые способствуют повышению усталостной долговечности на 15…25 % при чистом изгибе и повышенных температурах Т = 150 °С, а также показано, что такой слой не приводит к снижению ударной вязкости титана ВТ1-0. Практическая значимость. Формирование упрочненного приповерхностного слоя (K = 70 %, l = 30 мкм) может быть использовано на тонколистовых изделиях из титанового сплава ВТ1-0 для повышения долговечности при циклической нагрузке и чистом изгибе до Т = 150 °С или для сопротивляемости при ударной нагрузке.

EN: The purpose of the study to establish the effect of the strengthened near-surface layer by penetration elements (O, C) on the fatigue life of a clean bend at elevated temperatures (up to 350 °C) and impact strength at room temperature of titanium. The Methodology. We studied samples of industrial titanium alloys of - (VT5-1 and PT-7M), pseudo--(OT4-1), ( + )-(VT14 and VT19) classes. After fabrication, the samples were annealed in vacuum according to the mode: T = 800 °C, τ = 5 h, P = 0,05 MPa. Thin-sheet samples (~ 1 mm) were saturated with oxygen and carbon-containing media to form a gradient hardened near-surface layer without a phase film. Results. It was revealed that the fatigue life in the temperature range T = 20...150 °C of VT1-0 titanium is not sensitive to the test temperature during the formation of the «optimal» level of surface hardening (K = 70 %, l = 30 μm) after treatment in oxygen-containing media. At temperatures Т = 150...400 °С, the dependence of the durability of titanium has the same decreasing character for all studied levels (K = 70 % and K = 140 %) of surface hardening. It is revealed that hardening (K = 70 %, l = 30 µm) of the surface layer formed in oxygen- and carbon-containing gas media increases the impact toughness by 4..6 % relative to the untreated (K = 0 %) state. Originality. The parameters of the hardened layer (K = 70 %, l = 30 μm), which contribute to an increase in fatigue life by 15...25 % at pure bending at elevated temperatures T = 150 °C, have been established, and it has also been shown that such a layer does not lead to a decrease in the impact titanium viscosity VT1-0. Practical value. The formation of a strengthened near-surface layer (K = 70 %, l = 30 μm) can be used in non-thin-sheet products made of VT1-0 titanium alloy to increase the durability under a cyclic load up T = 150 °C or resistance to shock loading.