Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації
Досліджено циклічну тріщиностійкість зразків алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1, вирізаних уздовж (ДП-зразки) і поперек (ПД-зразки) напряму вальцювання листів обшивки різних зон крила літака Ан-12 після експлуатації 40 років. Випробовували у повітрі за температур 20 і –60°С та у корозивному середов...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фізико-хімічна механіка матеріалів |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2014
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136113 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації / О.П. Осташ, І.М. Андрейко, Ю.В. Головатюк, О.І. Семенець, Л.Б. Ковальчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 3. — С. 38-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136113 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Осташ, О.П. Андрейко, І.М. Головатюк, Ю.В. Семенець, О.І. Ковальчук, Л.Б. 2018-06-15T19:35:17Z 2018-06-15T19:35:17Z 2014 Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації / О.П. Осташ, І.М. Андрейко, Ю.В. Головатюк, О.І. Семенець, Л.Б. Ковальчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 3. — С. 38-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. 0430-6252 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136113 539.43:620.178.37:620.193 Досліджено циклічну тріщиностійкість зразків алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1, вирізаних уздовж (ДП-зразки) і поперек (ПД-зразки) напряму вальцювання листів обшивки різних зон крила літака Ан-12 після експлуатації 40 років. Випробовували у повітрі за температур 20 і –60°С та у корозивному середовищі (3,5%-ий розчин NaCl). Встановлено, що характер впливу низької температури і корозивного середовища на поріг втоми ∆Kth і циклічну в’язкість руйнування ∆Kfc для сплаву Д16АТНВ якісно подібний, а для сплаву В95Т1 суттєво інший порівняно зі встановленим для сплавів типу Д16 і В95 у вихідному стані (постачання). Изучена циклическая трещиностойкость образцов алюминиевых сплавов Д16АТНВ и В95Т1, вырезанных вдоль (ДП-образцы) и поперек (ПД-образцы) направления прокатки листов обшивки разных зон крыла самолета Ан-12 после 40 лет эксплуатации. Испытывали в воздухе при 20 и –60°С и в коррозионной среде (3,5%-ый раствор NaCl). Установлено, что характер влияния низкой температуры и коррозионной среды на порог усталости ∆Kth и циклическую вязкость разрушения ∆Kfc для сплава Д16АТНВ качественно подобный, а для сплава В95Т1 существенно отличается в сравнении с установленным для сплавов типа Д16 и В95 в исходном состоянии (поставки). The fatigue crack growth resistance of degraded Д16ATHB (type 2024-T3) and В95T1 (type 7075-T6) aluminum alloys is investigated. Specimens were cut out from different zones of the wing skin of AN-12 airplane after 40 years of exploitation along (L-specimens) and across (T-specimens) the skin sheets rolling direction. Tests in air at temperatures of 20 and –60°C and in corrosive environment (3.5% NaCl solution) were performed. It was established that low temperature and corrosive environment influence on fatigue threshold ∆Kth and cyclic fracture toughness ∆Kfc for Д16ATHB alloy was similar, but for В95T1 alloy it was essentially different for the type Д16 and В95 aluminum alloys in as-received state. uk Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України Фізико-хімічна механіка матеріалів Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації Низкотемпературная и коррозионная циклическая трещиностойкость алюминиевых сплавов Д16АТНВ и В95Т1 после длительной эксплуатации Low-temperature and corrosion fatigue crack growth resistance of Д16АТНВ and В95Т1 aluminium alloys after long-term operation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації |
| spellingShingle |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації Осташ, О.П. Андрейко, І.М. Головатюк, Ю.В. Семенець, О.І. Ковальчук, Л.Б. |
| title_short |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації |
| title_full |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації |
| title_fullStr |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації |
| title_full_unstemmed |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації |
| title_sort |
низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів д16атнв і в95т1 після тривалої експлуатації |
| author |
Осташ, О.П. Андрейко, І.М. Головатюк, Ю.В. Семенець, О.І. Ковальчук, Л.Б. |
| author_facet |
Осташ, О.П. Андрейко, І.М. Головатюк, Ю.В. Семенець, О.І. Ковальчук, Л.Б. |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Фізико-хімічна механіка матеріалів |
| publisher |
Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Низкотемпературная и коррозионная циклическая трещиностойкость алюминиевых сплавов Д16АТНВ и В95Т1 после длительной эксплуатации Low-temperature and corrosion fatigue crack growth resistance of Д16АТНВ and В95Т1 aluminium alloys after long-term operation |
| description |
Досліджено циклічну тріщиностійкість зразків алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1, вирізаних уздовж (ДП-зразки) і поперек (ПД-зразки) напряму вальцювання листів обшивки різних зон крила літака Ан-12 після експлуатації 40 років. Випробовували у повітрі за температур 20 і –60°С та у корозивному середовищі (3,5%-ий розчин NaCl). Встановлено, що характер впливу низької температури і корозивного середовища на поріг втоми ∆Kth і циклічну в’язкість руйнування ∆Kfc для сплаву Д16АТНВ якісно подібний, а для сплаву В95Т1 суттєво інший порівняно зі встановленим для сплавів типу Д16 і В95 у вихідному стані (постачання).
Изучена циклическая трещиностойкость образцов алюминиевых сплавов Д16АТНВ и В95Т1, вырезанных вдоль (ДП-образцы) и поперек (ПД-образцы) направления прокатки листов обшивки разных зон крыла самолета Ан-12 после 40 лет эксплуатации. Испытывали в воздухе при 20 и –60°С и в коррозионной среде (3,5%-ый раствор NaCl). Установлено, что характер влияния низкой температуры и коррозионной среды на порог усталости ∆Kth и циклическую вязкость разрушения ∆Kfc для сплава Д16АТНВ качественно подобный, а для сплава В95Т1 существенно отличается в сравнении с установленным для сплавов типа Д16 и В95 в исходном состоянии (поставки).
The fatigue crack growth resistance of degraded Д16ATHB (type 2024-T3) and В95T1 (type 7075-T6) aluminum alloys is investigated. Specimens were cut out from different zones of the wing skin of AN-12 airplane after 40 years of exploitation along (L-specimens) and across (T-specimens) the skin sheets rolling direction. Tests in air at temperatures of 20 and –60°C and in corrosive environment (3.5% NaCl solution) were performed. It was established that low temperature and corrosive environment influence on fatigue threshold ∆Kth and cyclic fracture toughness ∆Kfc for Д16ATHB alloy was similar, but for В95T1 alloy it was essentially different for the type Д16 and В95 aluminum alloys in as-received state.
|
| issn |
0430-6252 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136113 |
| citation_txt |
Низькотемпературна і корозійна циклічна тріщиностійкість алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і В95Т1 після тривалої експлуатації / О.П. Осташ, І.М. Андрейко, Ю.В. Головатюк, О.І. Семенець, Л.Б. Ковальчук // Фізико-хімічна механіка матеріалів. — 2014. — Т. 50, № 3. — С. 38-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT ostašop nizʹkotemperaturnaíkorozíinaciklíčnatríŝinostíikístʹalûmíníêvihsplavívd16atnvív95t1píslâtrivaloíekspluatacíí AT andreikoím nizʹkotemperaturnaíkorozíinaciklíčnatríŝinostíikístʹalûmíníêvihsplavívd16atnvív95t1píslâtrivaloíekspluatacíí AT golovatûkûv nizʹkotemperaturnaíkorozíinaciklíčnatríŝinostíikístʹalûmíníêvihsplavívd16atnvív95t1píslâtrivaloíekspluatacíí AT semenecʹoí nizʹkotemperaturnaíkorozíinaciklíčnatríŝinostíikístʹalûmíníêvihsplavívd16atnvív95t1píslâtrivaloíekspluatacíí AT kovalʹčuklb nizʹkotemperaturnaíkorozíinaciklíčnatríŝinostíikístʹalûmíníêvihsplavívd16atnvív95t1píslâtrivaloíekspluatacíí AT ostašop nizkotemperaturnaâikorrozionnaâcikličeskaâtreŝinostoikostʹalûminievyhsplavovd16atnviv95t1posledlitelʹnoiékspluatacii AT andreikoím nizkotemperaturnaâikorrozionnaâcikličeskaâtreŝinostoikostʹalûminievyhsplavovd16atnviv95t1posledlitelʹnoiékspluatacii AT golovatûkûv nizkotemperaturnaâikorrozionnaâcikličeskaâtreŝinostoikostʹalûminievyhsplavovd16atnviv95t1posledlitelʹnoiékspluatacii AT semenecʹoí nizkotemperaturnaâikorrozionnaâcikličeskaâtreŝinostoikostʹalûminievyhsplavovd16atnviv95t1posledlitelʹnoiékspluatacii AT kovalʹčuklb nizkotemperaturnaâikorrozionnaâcikličeskaâtreŝinostoikostʹalûminievyhsplavovd16atnviv95t1posledlitelʹnoiékspluatacii AT ostašop lowtemperatureandcorrosionfatiguecrackgrowthresistanceofd16atnvandv95t1aluminiumalloysafterlongtermoperation AT andreikoím lowtemperatureandcorrosionfatiguecrackgrowthresistanceofd16atnvandv95t1aluminiumalloysafterlongtermoperation AT golovatûkûv lowtemperatureandcorrosionfatiguecrackgrowthresistanceofd16atnvandv95t1aluminiumalloysafterlongtermoperation AT semenecʹoí lowtemperatureandcorrosionfatiguecrackgrowthresistanceofd16atnvandv95t1aluminiumalloysafterlongtermoperation AT kovalʹčuklb lowtemperatureandcorrosionfatiguecrackgrowthresistanceofd16atnvandv95t1aluminiumalloysafterlongtermoperation |
| first_indexed |
2025-11-25T23:54:01Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:54:01Z |
| _version_ |
1850589153096368128 |
| fulltext |
38
Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2014. – ¹ 3. – Physicochemical Mechanics of Materials
УДК 539.43:620.178.37:620.193
НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНА І КОРОЗІЙНА ЦИКЛІЧНА
ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ Д16АТНВ І В95Т1
ПІСЛЯ ТРИВАЛОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
О. П. ОСТАШ 1, І. М. АНДРЕЙКО 1, Ю. В. ГОЛОВАТЮК 1,
О. І. СЕМЕНЕЦЬ 2, Л. Б. КОВАЛЬЧУК 2
1 Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів;
2 ДП “АНТОНОВ”, Київ
Досліджено циклічну тріщиностійкість зразків алюмінієвих сплавів Д16АТНВ і
В95Т1, вирізаних уздовж (ДП-зразки) і поперек (ПД-зразки) напряму вальцювання
листів обшивки різних зон крила літака Ан-12 після експлуатації 40 років. Випробо-
вували у повітрі за температур 20 і –60°С та у корозивному середовищі (3,5%-ий
розчин NaCl). Встановлено, що характер впливу низької температури і корозивного
середовища на поріг втоми ∆Kth і циклічну в’язкість руйнування ∆Kfc для сплаву
Д16АТНВ якісно подібний, а для сплаву В95Т1 суттєво інший порівняно зі встанов-
леним для сплавів типу Д16 і В95 у вихідному стані (постачання).
Ключові слова: алюмінієві сплави, експлуатаційна деградація, циклічна тріщино-
стійкість, низька температура, корозивне середовище.
Для достовірного оцінювання залишкового ресурсу циклічно навантажува-
них елементів авіаконструкцій необхідно знати закономірності зміни характерис-
тик циклічної тріщиностійкості (ЦТ) конструкційних матеріалів залежно від
умов тривалої експлуатації. Відомо, що корозивне середовище (вологе повітря,
морська вода) знижує поріг втоми (∆Kth) і слабо впливає на циклічну в’язкість
руйнування (∆Kfc) алюмінієвих сплавів у вихідному стані (постачання) [1]. За
низьких кліматичних температур ЦТ цих сплавів у вихідному стані підвищується
практично в усьому діапазоні зміни розмаху коефіцієнта інтенсивності напру-
жень (КІН) ∆K [2].
Під час тривалої експлуатації змінюється структура і фізико-механічні вла-
стивості високоміцних алюмінієвих сплавів типу Д16 і В95 [3–5], зокрема, зни-
жуються характеристики ЦТ проти вихідних (у стані постачання), особливо в ко-
розивному середовищі [6]. За температури –60°С, на відміну від сплавів типу Д16
і В95 у вихідному стані [2], сплав В95Т1 після експлуатаційної деградації
схильний до низькотемпературного окрихчення [7].
Деградація таких алюмінієвих сплавів обумовлена температурно-силовими
чинниками і часом експлуатації, тому в обшивці крила літака вона може
змінюватися залежно від його зони [7], де еквівалентні напруження біля кореня
крила в околі нервюри № 2 (2НК) значно більші, ніж на кінці біля нервюри № 14
(14НК). Крім цього, вона може по-різному проявлятися залежно від структурної
анізотропії листів обшивки вздовж (ДП) і поперек (ПД) напряму вальцювання.
Тому нижче досліджено дію низької кліматичної температури і корозивного се-
редовища на характеристики ЦТ і мікрофрактографічні особливості втомного
руйнування ДП- і ПД-зразків обшивки різних зон (2НК і 14НК) крила літака піс-
ля тривалої експлуатації.
Контактна особа: О. П. ОСТАШ, e-mail: ostash@ipm.lviv.ua
39
Матеріали та методика. Випробовували зразки алюмінієвих сплавів, вирі-
зані з нижньої (сплав Д16АТНВ) і верхньої (сплав В95Т1) обшивок крила АН-12
після 40 років експлуатації. Характеристики їх ЦТ визначали за діаграмами швид-
костей росту втомної тріщини – залежностями da/dN–∆K [8], отриманими на ком-
пактних (СТ) зразках базового розміру W = 40 mm і товщиною 2,9…3,9 mm за час-
тоти 10…15 Hz і коефіцієнта асиметрії циклу навантаження R = 0,1 у повітрі при
20°С, парах рідкого азоту при –60°С та в корозивному середовищі (3,5%-ий р-н
NaCl). Довжину втомної тріщини виміряли катетометром КМ-6 за 25-кратного
збільшення з точністю ±0,02 mm. Характеристиками ЦТ матеріалів вибрано поріг
втоми ∆Kth = ∆K10
–10 та циклічну в’язкість руйнування ∆Kfc = ∆K10
–5 – розмахи КІН
(∆K) за швидкості da/dN = 10–10 і 10–5 m/cycle відповідно. Для мікрофрактографіч-
ного аналізу використали сканувальний електронний мікроскоп Zeis-EVO 40XVP.
Результати та їх обговорення. Під час випроб при –60°С виявили, що пове-
дінка досліджуваних сплавів вкладається в існуючі уявлення про схильність конст-
рукційних матеріалів та їх зварних з’єднань до низькотемпературного окрихчення,
яку оцінюють за трьома основними типами зміщення діаграм швидкостей росту
втомної макротріщини [9]. Сплаву Д16АТНВ після тривалої експлуатації неза-
лежно від місця і орієнтації вирізання зразків властивий тип І зміщення діаграми,
коли в усьому діапазоні зміни ∆K (від ∆Kth до ∆Kfc) швидкість росту втомної мак-
ротріщини при –60°С не перевищує встановлену за кімнатної температури (рис. 1),
тобто ЦТ зростає ( fβ ≥1; табл. 1), як в алюмінієвих сплавах типу Д16 у стані по-
стачання [2]. За малих амплітуд навантаження вплив низької температури завжди
позитивний і поріг втоми ∆Kth сплаву Д16АТНВ підвищується ( th
fβ >1); за високих
амплітуд циклічна в’язкість руйнування ∆Kfc при 20 і –60°С однакова ( fc
fβ = 1).
Рис. 1. Діаграми швидкостей росту втомної
макротріщини для сплаву Д16АТНВ
після експлуатаційної деградації
в зоні 2НК: − повітря, 20°С;
− повітря, –60°С (ПД-зразки).
Fig. 1. Fatigue crack growth rates
for Д16АТНВ alloy after in-service
degradation in 2RW area of wing skin:
− air, 20°С;
− air, –60°С (Т-specimens).
Для сплаву В95Т1 отримано тип ІІ зміщення діаграми швидкостей росту
втомної макротріщини, коли за невеликих розмахів ∆K низька температура впли-
ває позитивно, а при високих ∆K – негативно (рис. 2). Тобто за високих амплітуд
навантаження проявляється низькотемпературне окрихчення ( fc
fβ <1; табл. 1) ма-
теріалу верхньої обшивки в обох досліджуваних зонах (2НК і 14НК). При цьому
це залежить від анізотропії матеріалу: в ПД-зразках воно інтенсивніше (рис. 2b;
коефіцієнт fc
fβ у табл. 1). Саме тут зафіксовано спонтанне крихке руйнування за
високих амплітуд навантаження при –60°С (стрілки на рис. 2b і 3b). Відзначимо,
що вплив низької температури відчутніший для матеріалу, який сприймав вищі
експлуатаційні напруження (в зоні 2НК) під час тривалої експлуатації (рис. 3).
40
Таблиця 1. Зміна характеристик низькотемпературної ЦТ сплавів
після експлуатаційної деградації
Характеристики
ЦТ, МРа⋅ m Сплав
Місце і орієн-
тація вирі-
зання зразків ∆Kth ∆Kfc
60 C
20 C
th th
f
th
K
K
− °
°
∆
β =
∆
60 C
20 C
fcfc
f
fc
K
K
− °
°
∆
β =
∆
ДП 2,5/3,1 27/27 1,24 1,00 2НК
ПД 3,1/4,3 27/27 1,39 1,00 Д16АТНВ
14НК ДП 4,0/5,1 32/32 1,28 1,00
ДП 2,3/4,0 26/22 1,74 0,85
2НК
ПД 3,0/4,3 26/16 1,43 0,62
ДП 3,8/4,8 29/23 1,26 0,79
В95Т1
14НК
ПД 3,8/5,1 29/20 1,34 0,69
Примітка: у чисельнику – дані, отримані у повітрі при 20°С; у знаменнику – при –60°С.
Рис. 2. Діаграми швидкостей росту втомної макротріщини для сплаву В95Т1 після
експлуатаційної деградації в зоні 2НК: а, b – ДП- і ПД-зразки; , − повітря, 20 і –60°С.
Fig. 2. Fatigue crack growth rates for В95Т1 alloy after in-service degradation in 2RW area:
а, b – L- and T-specimen; , − air, temperature 20 and –60°С.
Рис. 3. Порівняння діаграм швидкостей росту втомних макротріщин
за температури –60°С, отриманих на ДП-зразках зі сплаву Д16АТНВ (а) і ПД-зразках
зі сплаву В95Т1 (b) після експлуатаційної деградації в зонах 2НК ( ) і 14НК ( ).
Fig. 3. Comparison of fatigue crack growth rates at –60°C for Д16АТНВ alloy, L-specimen (а)
and В95Т1 alloy, T-specimen (b) after in-service degradation in 2RW ( ) and 14RW ( ) areas.
41
Для тривало експлуатованого сплаву Д16АТНВ за випроб у корозивному се-
редовищі зафіксовано зміщення діаграми (рис. 4), аналогічне встановленому для
алюмінієвих сплавів у вихідному стані [1, 8], коли на низько- і середньоамплітуд-
ній ділянках діаграми швидкість росту втомної макротріщини у 3,5%-му розчині
NaCl вища, ніж у повітрі ( th
cβ <1; табл. 2), а за високих амплітуд навантаження
вплив корозивного середовища для цього сплаву не проявляється ( fc
cβ = 1), неза-
лежно від місця вирізання (2НК і 14НК) та анізотропії (ДП і ПД) зразків (табл. 2).
Рис. 4. Діаграми швидкостей росту
втомної макротріщини для сплаву
Д16АТНВ після експлуатаційної
деградації в зоні 2НК: − повітря;
− 3,5%-ий р-н NaCl (ДП-зразки).
Fig. 4. Fatigue crack growth rates
for Д16АТНВ alloy after in-serviсе
degradation in 2RW area: − air;
− 3.5% NaCl solution (L-specimens).
Таблиця 2. Зміна характеристик корозійно-циклічної тріщиностійкості сплавів
після експлуатаційної деградації
Характеристики
ЦТ, МРа⋅ m Сплав
Місце і орієн-
тація вирі-
зання зразків ∆Kth ∆Kfc
c
th th
c
th
K
K
∆
β =
∆
c
fcfс
c
fc
K
K
∆
β =
∆
ДП 2,5/1,6 27/27 0,64 1,00
2НК
ПД 3,1/2,7 27/27 0,87 1,00
ДП 3,2/2,5 32/32 0,78 1,00
Д16АТНВ
14НК
ПД 5,1/2,9 32/32 0,68 1,00
ДП 2,3/2,1 26/22 0,91 0,85
2НК
ПД 3,0/2,8 26/20 0,93 0,77
ДП 3,8/2,5 29/24 0,83 0,83
В95Т1
14НК
ПД 3,8/2,9 29/20 0,97 0,69
Примітка: у чисельнику – дані, отримані у повітрі; у знаменнику – у корозивному середовищі.
Порівняно зі сплавом Д16АТНВ сплав В95Т1 схильніший до корозійного
впливу. Йому властивий тип зміщення діаграми, коли в усьому діапазоні зміни
∆K (від ∆Kth до ∆Kfc) швидкість росту втомної макротріщини у 3,5%-му розчині
NaCl вища, ніж у повітрі (рис. 5). Зауважимо, що за високих розмахів ∆K нега-
тивний вплив корозивного середовища посилюється, особливо в ПД-зразках
(рис. 5b). Отже, вперше виявлено принципову зміну закономірності впливу цього
середовища на ЦТ алюмінієвих сплавів: для матеріалу у вихідному стані тради-
ційно його негативний вплив з ростом ∆K поступово зникає [1, 8], а в експлуата-
ційно деградованому сплаві В95Т1 – посилюється ( fc
cβ < th
cβ ; табл. 2).
Подібно, як за низькотемпературних випроб (див. рис. 3), негативний вплив
корозивного середовища більше проявляється для матеріалу, який сприймав вищі
експлуатаційні навантаження (в зоні 2НК) під час тривалої експлуатації (рис. 6).
42
Рис. 5. Діаграми швидкостей росту втомної макротріщини для сплаву В95Т1 після експлуа-
таційної деградації в зоні 2НК: a, b – ДП- і ПД-зразки; – повітря; – 3,5%-ий р-н NaCl.
Fig. 5. Fatigue crack growth rates for В95Т1 alloy after in-servis degradation in 2RW area:
a, b − L- and T-specimen; – air, – 3.5% NaCl solution.
Рис. 6. Порівняння діаграм швидкостей росту втомної макротріщини в корозивному
середовищі для сплавів Д16АТНВ (а) і В95Т1 (b) після експлуатаційної деградації
в зонах 2НК ( ) і 14НК ( ) (ДП-зразки).
Fig. 6. Fatigue crack growth rates in 3.5% NaCl solution for Д16АТНВ (а) and В95Т1 (b)
alloys after in-service degradation in 2RW ( ) and 14RW ( ) areas (L-specimens).
Негативний вплив низької температури експлуатації на ЦТ конструкційних
матеріалів найбільше може проявлятися за високих розмахів ∆K [9]. Відповідні
мікрофрактограми, отримані за швидкості росту втомної тріщини da/dN >
> 10–6 m/cycle (високоамплітудна ділянка діаграми da/dN–∆K) у зразках з дегра-
дованого сплаву Д16АТНВ, вирізаних у зонах 2НК і 14НК, вказують на переваж-
но в’язкий ямковий мікромеханізм руйнування, типовий для алюмінієвих сплавів
за кімнатної температури випробування (рис. 7а). Це підтверджує тип І зміщення
низькотемпературної діаграми (див. рис. 1). У корозивному середовищі втомний
злам зразків цього сплаву також здебільш ямковий (рис. 7d), через незначну кіль-
кість квазівідкольних фасеток циклічна в’язкість руйнування ∆Kfc у корозивному
середовищі не зменшується порівняно з повітрям (рис. 4).
У низькотемпературних зламах зразків деградованого сплаву В95Т1 зафіксо-
вано фасетки через- і міжзеренного відколу та вторинні мікротріщини (рис. 7b, c),
що свідчить про його схильність до низькотемпературного окрихчення після
43
експлуатаційної деградації і підтверджує тип ІІ зміщення низькотемпературної
діаграми та проявляється у спонтанному руйнуванні за високих амплітуд наван-
таження при –60°С (див. рис. 2b і 3b). За високих амплітуд навантаження в коро-
зивному середовищі у зламах виявлено значну кількість череззеренних (ДП-зраз-
ки) і міжзеренних (ПД-зразки) відкольних фасеток (рис. 7e, f), що обумовлює
падіння циклічної в’язкості руйнування цього сплаву в корозивному середовищі
порівняно з повітрям (див. рис. 5).
Рис. 7. Мікрофрактограми зразків обшивки в зоні 2НК за швидкості da/dN > 10–6 m/cycle
після випробувань при –60°С (а, b, c) і в корозивному середовищі (d, e, f):
a, d – сплав Д16АТНВ, ДП-зразки; b, e, c, f – сплав В95Т1, ДП- (b, e) і ПД-зразки (c, f).
Fig. 7. Microfractographies of specimens of wing skin in 2RW area
at speed da/dN > 10–6 m/cycle after testing at –60°C (а, b, c) and in corrosion solution (d, e, f):
a, d – Д16АТНВ alloy, L-specimens; b, e, c, f – В95Т1 alloy, L- (b, e) and T-specimens (c, f).
Різні типи зміщення кінетичних діаграм у корозивному середовищі для спла-
вів Д16АТНВ (див. рис. 4) і В95Т1 (див. рис. 5), імовірно, пов’язані з відмінністю
механізму їх взаємодії зі середовищем: для першого характерний пасиваційний
механізм, а для другого – водневий [6], що підтверджує міжзеренний мікромеха-
нізм росту втомної тріщини (рис. 7f). Такому типу зміщення діаграми сплаву
В95Т1 сприяє додатково мікророзтріскування інтерметалідів (рис. 7f), властиве
деградованим алюмінієвим сплавам [4, 5].
ВИСНОВКИ
Встановлено, що характер впливу низької температури і корозивного сере-
довища на ЦТ сплаву Д16АТНВ після тривалої експлуатації якісно подібний до
встановленого для сплавів типу Д16 у вихідному стані (постачання). Підтвердже-
но схильність сплаву В95Т1 після тривалої експлуатації до низькотемпературно-
го окрихчення, а також виявлено нову закономірність зміни його ЦТ у корозив-
ному середовищі: негативний вплив середовища з ростом розмаху ∆K посилю-
ється і циклічна в’язкість руйнування ∆Kfc падає порівняно з повітрям, у той час
як для більшості алюмінієвих сплавів у вихідному стані він слабшає і значення
∆Kfc у повітрі і в корозивному середовищі однакові.
РЕЗЮМЕ. Изучена циклическая трещиностойкость образцов алюминиевых сплавов
Д16АТНВ и В95Т1, вырезанных вдоль (ДП-образцы) и поперек (ПД-образцы) направле-
ния прокатки листов обшивки разных зон крыла самолета Ан-12 после 40 лет эксплуата-
ции. Испытывали в воздухе при 20 и –60°С и в коррозионной среде (3,5%-ый раствор
NaCl). Установлено, что характер влияния низкой температуры и коррозионной среды на
порог усталости ∆Kth и циклическую вязкость разрушения ∆Kfc для сплава Д16АТНВ ка-
чественно подобный, а для сплава В95Т1 существенно отличается в сравнении с установ-
ленным для сплавов типа Д16 и В95 в исходном состоянии (поставки).
44
SUMMARY. The fatigue crack growth resistance of degraded Д16ATHB (type 2024-T3)
and В95T1 (type 7075-T6) aluminum alloys is investigated. Specimens were cut out from diffe-
rent zones of the wing skin of AN-12 airplane after 40 years of exploitation along (L-specimens)
and across (T-specimens) the skin sheets rolling direction. Tests in air at temperatures of 20 and
–60°C and in corrosive environment (3.5% NaCl solution) were performed. It was established
that low temperature and corrosive environment influence on fatigue threshold ∆Kth and cyclic
fracture toughness ∆Kfc for Д16ATHB alloy was similar, but for В95T1 alloy it was essentially
different for the type Д16 and В95 aluminum alloys in as-received state.
1. Полутранко И. Б., Ярема С. Я., Дурягин В. А. Влияние воды и ее ингибирования на ки-
нетику усталостных трещин в сплаве В95 и стали 65Г // Физ.-хим. механика материа-
лов. – 1981. – 17, № 2. – С. 10–15.
(Polutranko I. B., Yarema S. Ya., and Duryagin V. A. The influence of water and its inhibi-
ting on the kinetics of fatigue cracks in V95 alloy and 65G steel // Materials Science. – 1981.
– 17, № 2. – P. 114–118.)
2. Низкотемпературная циклическая трещиностойкость высокопрочных алюминиевых
сплавов на стадиях зарождения и роста трещины / О. П. Осташ, Е. М. Костык,
В. Г. Кудряшов и др. // Там же. – 1990. – 26, № 3. – С. 40–49.
(Low-temperature cyclic cracking resistance of high-strength aluminum alloys in crack ini-
tiation and growth stages / O. P. Ostash, E. M. Kostyk, V. G. Kudryashov et al. // Materials
Science. –1990. – 26, № 3. – P. 281–288.)
3. Осташ О. П., Андрейко І. М., Головатюк Ю. В. Деградація матеріалів і втомна міц-
ність тривало експлуатованих авіаконструкцій // Там же. – 2006. – 42, № 4. – С. 5–16.
(Ostash O. P., Andreiko I. M., and Holovatyuk Yu. V. Degradation of materials and fatigue
durability of aircraft constructions after long-term operation // Materials Science. – 2006.
– 42, № 4. – P. 427–439.)
4. Структурно-фазовий стан і фізико-механічні властивості деградованих алюмінієвих
сплавів типу Д16 і В95 / О. П. Осташ, І. М. Андрейко, Ю. В. Головатюк, Л. Б. Коваль-
чук // Там же. – 2008. – 44, № 6. – С. 5–11.
(Structural-phase state and physicomechanical properties of degraded D16- and V95-type
aluminum alloys / O. P. Ostash, I. M. Andreiko, Yu. V. Holovatyuk, L. B. Kovalchuk // Ma-
terials Science. – 2008. – 44, № 6. – P. 739–746.)
5. Вплив тривалої експлуатації на структуру і фізико-механічні властивості алюмінієвих
сплавів типу Д16 і В95 / О. П. Осташ, І. М. Андрейко, Л. І. Маркашова та ін. // Там же.
– 2013. – 49, № 1. – С. 18–27.
(The influence of durable exploitation on the structure and physico-mechanical properties of
Д16 and В95 aluminum alloys / O. P. Ostash, I. M. Andreiko, L. I. Markashova et al. // Ma-
terials Science. – 2013. – 49, № 1. – P. 13–24.)
6. Вплив корозивного середовища на втомну довговічність деградованих алюмінієвих
сплавів типу Д16 і В95 / О. П. Осташ, І. М. Андрейко, Ю. В. Головатюк, О. І. Семе-
нець // Там же. – 2008. – 44, № 5. – С. 75–84.
(Effect of corrosive media on the fatigue life of degraded D16- and V95-type aluminum
alloys / O. P. Ostash, I. M. Andreiko, Yu. V. Holovatyuk, O. I. Semenets’ // Materials
Science. – 2008. – 44, № 5. – P. 672–682.)
7. Низькотемпературна циклічна тріщиностійкість деградованих алюмінієвих сплавів
типу В95 / І. М. Андрейко, Ю. В. Головатюк, Л. Б. Ковальчук та ін. // Там же. – 2012.
– 48, № 3. – С. 5–11.
(Low-temperature fatigue crack growth resistance of degraded В95 aluminum alloys
/ I. M. Andreiko, Yu. V. Holovatyuk, L. B. Kovalchuk et al. // Materials Science. – 2012.
– 48, № 3. – P. 259–265.)
8. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пос. в 4-х т. / Под общ. ред.
В. В. Панасюка. Т. 4: Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных
материалов / О. Н. Романив, С. Я. Ярема, Г. Н. Никифорчин и др. – К.: Наук. думка,
1990. – 680 с.
9. Осташ О. П., Жмур-Клименко В. Т. Рост усталостных трещин в металлах при низких
температурах (Обзор) // Физ.-хим. механика материалов. – 1987. – 23, № 2. – С. 17–29.
(Ostash O. P. and Zhmur-Klymenko V. T. Fatigue crack growth rate at low temperatures
(a review) // Materials Science. – 1987. – 23, № 2. – P. 124–135.)
Одержано 28.02.2014
|