Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов
Представлены результаты исследований вязкопластических свойств некоторых титановых сплавов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния. Экспериментально подтверждена применимость упруговязкопластической модели для исследованных конструкционных материалов....
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2005
|
| Назва видання: | Проблемы прочности |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47685 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, В.В. Башта // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 37-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47685 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-476852025-02-23T18:20:20Z Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов Assessment of viscoplastic properties of titanium alloys Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Башта, В.В. Научно-технический раздел Представлены результаты исследований вязкопластических свойств некоторых титановых сплавов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния. Экспериментально подтверждена применимость упруговязкопластической модели для исследованных конструкционных материалов. Представлено результати досліджень в ’язкопластичних властивостей деяких титанових сплавів при циклічному навантаженні в умовах складного напруженого стану. Експериментально обгрунтовано застосування пружно-в’язко- пластичної моделі для досліджених конструкційних матеріалів. We present results of our investigation of viscoplastic properties of several titanium alloys subjected to cyclic loading under complex stressed-state conditions. Experimental substantiation is provided for the applicability of the elastoviscoplastic model for investigation of structural materials. 2005 Article Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, В.В. Башта // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 37-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47685 539.4 ru Проблемы прочности application/pdf Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Башта, В.В. Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов Проблемы прочности |
| description |
Представлены результаты исследований вязкопластических свойств некоторых титановых
сплавов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния. Экспериментально
подтверждена применимость упруговязкопластической модели для исследованных
конструкционных материалов. |
| format |
Article |
| author |
Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Башта, В.В. |
| author_facet |
Гигиняк, Ф.Ф. Можаровская, Т.Н. Башта, В.В. |
| author_sort |
Гигиняк, Ф.Ф. |
| title |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| title_short |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| title_full |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| title_fullStr |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| title_full_unstemmed |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| title_sort |
оценка вязкопластических свойств титановых сплавов |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2005 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47685 |
| citation_txt |
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов / Ф.Ф. Гигиняк, Т.Н. Можаровская, В.В. Башта // Проблемы прочности. — 2005. — № 3. — С. 37-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT giginâkff ocenkavâzkoplastičeskihsvojstvtitanovyhsplavov AT možarovskaâtn ocenkavâzkoplastičeskihsvojstvtitanovyhsplavov AT baštavv ocenkavâzkoplastičeskihsvojstvtitanovyhsplavov AT giginâkff assessmentofviscoplasticpropertiesoftitaniumalloys AT možarovskaâtn assessmentofviscoplasticpropertiesoftitaniumalloys AT baštavv assessmentofviscoplasticpropertiesoftitaniumalloys |
| first_indexed |
2025-11-24T09:46:15Z |
| last_indexed |
2025-11-24T09:46:15Z |
| _version_ |
1849664550722338816 |
| fulltext |
УДК 539.4
Оценка вязкопластических свойств титановых сплавов
Ф. Ф. Г игиняк, Т. Н. М ож аровская, В. В. Баш та
Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Представлены результаты исследований вязкопластических свойств некоторых титановых
сплавов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния. Экспе
риментально подтверждена применимость упруговязкопластической модели для исследо
ванных конструкционных материалов.
Ключевые слова : титановые сплавы, вязкопластические свойства, цикли
ческое нагружение, сложное напряженное состояние.
Известно, что неупругое деформирование металлов, даже при комнат
ной температуре и скоростях, превышающих 1 0 4 %/с, сопровождается
эффектами, обусловленными влиянием времени (ползучесть, релаксация,
чувствительность к скорости нагружения и т.д.).
В настоящем сообщении представлены результаты исследований вязко
пластических свойств некоторых титановых сплавов при циклическом нагру
жении в условиях сложного напряженного состояния.
Исследования проводили на тонкостенных трубчатых образцах, изго
товленных из титановых сплавов ВТ6С и ВТ20, в условиях ступенчатого
циклического нагружения при сложном напряженном состоянии по мето
дике, описанной в [1, 2], на установке СНТ-8У. Нагружение осуществлялось
по трапецеидальному циклу с выдержкой 6 с при максимальной интенсив
ности напряжений в цикле с реализацией соотношения К = о 2/ о д =ю; 1;
0,5 при температуре 20° С. Частота нагружения на каждой ступени выби
ралась такой, чтобы обеспечить в процессе нагружения интенсивность ско
ростей активного деформирования ё 1 = 0,025 %/с.
На рис. 1 и 2 представлены диаграммы циклического ступенчатого
деформирования титановых сплавов ВТ20 и ВТ6С, которые качественно
подобны таковым для теплоустойчивых сталей [3-6]. Полученные экспери
ментальные результаты свидетельствуют о возможности использования
упруговязкопластической модели материала [4] для случая ступенчатого
циклического деформирования исследуемых материалов при разных соотно
шениях главных напряжений.
На основании подходов, которые используются для теплоустойчивых
сталей [7], можно заключить, что долговечность указанных сплавов при
пульсирующем нагружении в условиях сложного напряженного состояния,
когда разрушение развивается по квазистатическому механизму, будет зави
сеть как от ресурса располагаемой равномерной пластичности, определя
ющего наступление потери устойчивости процесса деформирования, так и
от скорости циклической ползучести при заданных условиях нагружения,
которая обусловливает кинетику достижения предельного состояния.
Для некоторых, в том числе и для исследованных, материалов данного
класса в качестве прочностных и деформационных характеристик с доста
© Ф. Ф. ГИГИНЯК, Т. Н. МОЖАРОВСКАЯ, В. В. БАШТА, 2005
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3 37
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можаровская, В. В. Башта
точной для инженерных расчетов точностью можно использовать интенсив
ность напряжений и интенсивность деформаций [8].
На основании полученных диаграмм (рис. 1 и 2) строили кривые
циклической ползучести, ограничиваясь участками замедленной ползучести
(рис. 3).
Oq , МПа
1032 —
688 ------ f— і
344
Рис. 1. Диаграммы циклического ступенчатого деформирования титанового сплава ВТ20 в
направлении действия максимального главного напряжения: а - К — о2/ ов =«>; б - К — 0,5.
о а, МПа
Oq , МПа
Рис. 2. Диаграммы циклического ступенчатого деформирования титанового сплава ВТ6С в
направлении действия максимального главного напряжения: а - К — о2/ов —о>; б - К — 1; в -
К — 0,5.
в
С целью определения начальных скоростей ползучести при различных
соотношениях главных напряжений полученные результаты в координатах
логарифм скорости ползучести - деформация ползучести подвергались обра
ботке с экстраполяцией зависимости до нулевого значения деформации
ползучести. Данные обработки, представленные на рис. 4, показали, что
начальная скорость ползучести для сплавов ВТ6С и ВТ20 меньше скорости
38 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3
Оценка вязкопластических свойств
предшествующего активного деформирования, т.е. при мгновенной оста
новке нагружения скорость деформации изменяется скачкообразно. Указан
ное обстоятельство служит экспериментальным подтверждением примени
мости выбранной УВП-модели для исследованных конструкционных мате
риалов.
0,5 10 20 30 40 50 60 70
а
• 1
■ 2
▲ 3
90 100 ТУ, цикл
б
Рис. 3. Кривые ползучести титановых сплавов ВТ6С (а) и ВТ20 (б) в условиях ступенчатого
циклического нагружения при различных уровнях предварительной деформации (е;о): 1 -
К = а2/ав =а>; 2 - К = 1; 3 - К = 0,5.
1п £
• 1
■ 2
▲ 3
%
%
б
Рис. 4. Зависимость скорости ползучести от деформации ползучести титановых сплавов
ВТ20 (а) и ВТ6С (б) при ступенчатом циклическом нагружении: 1 - К = а а в =«>; 2 -
К = 1; 3 - К = 0,5.
а
Анализ данных (рис. 4) свидетельствует о том, что наиболее сущест
венно эффект скачкообразного изменения скорости деформации при мгно
венной остановке нагружения проявляется в условиях равномерного двух
осного растяжения сплавов, наименее - в условиях одноосного растяжения.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3 39
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можаровская, В. В. Башта
Определенные по кривым ползучести начальные скорости ползучести
для каждого сплава при различных соотношениях главных напряжений в
зависимости от предварительной деформации представлены на рис. 5. Как
видно, по мере увеличения необратимой деформации в условиях активного
деформирования доля вязкой компоненты полной деформации возрастает
при одновременном уменьшении доли пластической деформации, не зави
сящей от времени. При этом интенсивность развития указанного процесса
при всех реализованных соотношениях главных напряжений наиболее низ
кая у сплава ВТ6С.
%/цикл %/цикл
0,008
0,006
0,004
0,002
0
]
7
/ /
и
J !
у /
< /
/■
0,008
• 1
■ 2 0.006
▲ 3 0.004
. V
■/
*-■
0,4 0,6 0,8 1,0
б
£ i 0 %
0,4 0,6 0,8 1,0
a
£ i 0 ! %
Рис. 5. Зависимость интенсивности начальных скоростей ползучести титановых сплавов
ВТ20 (а) и ВТ6С (б) от величины предварительной деформации при различных соотно
шениях главных напряжений: 1 - К =о2/ав =«>; 2 - К = 1; 3 - К = 0,5.
Опыты также показали, что в условиях устойчивого деформирования
для обоих исследованных материалов характеристики вязкопластических
свойств, выраженные в интенсивностях деформаций, инвариантны к виду
напряженного состояния. При переходе к неустойчивому развитию дефор
маций наблюдается интенсификация ползучести, темп которой существенно
зависит от вида напряженного состояния (рис. 6).
£ ц , %£ i l ! %
0.6 -
0.4
0.2
0
! /
/ у
/
/у/
ІІ у
• 1
■ 2
▲ 3
0,4 0,8 1,2
a
1.6 % i 0 ! %
Рис. 6. Зависимость интенсивности деформаций замедленной ползучести за 50 циклов
нагружения от уровня предварительной пластической деформации титановых сплавов ВТ6С
(а) и ВТ20 (6): 1 - K = azj ав =«>; 2 - K = 1; 3 - K = 0,5.
Общим признаком квазистатического разрушения при циклическом на
гружении в условиях ползучести является потеря устойчивости процесса
деформирования.
40 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3
Оценка вязкопластических свойств
Таким образом, долговечность материала при пульсирующем нагру
жении в условиях сложного напряженного состояния, когда разрушение
развивается по квазистатическому механизму, будет зависеть от ресурса
располагаемой пластичности (потери устойчивости пластического деформи
рования) и от скорости циклической ползучести при заданных условиях
нагружения (кинетики достижения предельного состояния).
Важной характеристикой материала при расчетах на долговечность в
условиях циклического деформирования является напряжение перехода о 1п
от усталостного вида разрушения к квазистатическому [9]. Напряжение
перехода о п - это максимальное напряжение, при котором возможно дости
жение равновесного напряженно-деформированного состояния.
Результаты испытаний сплавов при ступенчатом пульсирующем нагру
жении позволяют определить характеристики материала при циклическом
силовом воздействии, в частности такие важные для расчета долговечности
конструкции параметры, как напряжения перехода и предельные дефор
мации. На основе экспериментальных данных по точкам, соответствующим
равновесному напряженно-деформированному состоянию при циклической
ползучести, построены квазистатические диаграммы для каждого сплава. В
результате сравнения последних с действительными диаграммами (рис. 7),
полученными при заданной скорости активного деформирования, опреде
лены деформации, которые накоплены в условиях ползучести при заданном
уровне максимальных напряжений цикла, и условия перехода от усталост
ного разрушения к квазистатическому, о чем упоминалось выше.
о г-, МПа
1300
1200
1100
1000
900
800
700
600(
а б
Рис. 7. Действительные (темные точки) и квазистатические (светлые точки) диаграммы де
формирования титановых сплавов ВТ20 (а) и ВТ6С (б) при ступенчатом пульсирующем на
гружении: 1 - К = о2/ое =«>; 2 - К = 1; 3 - К = 0,5. (Скорость деформации е; = 0,025 %/с.)
В табл. 1 представлены расчетные значения интенсивности напряжений
перехода для сплавов ВТ20 и ВТ6С при различных соотношениях главных
напряжений, которые получены с использованием системы уравнений, пред
ложенной в [10], на основе условия потери устойчивости процесса плас
тического деформирования. При этом в указанной системе уравнений обоб-
$
Л
я/ гV
Л1
*
<
) 1 3 4
о ; , МПа
• О 1
■ □ 2
А А 3
% %
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3 41
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можаровская, В. В. Башта
щенная действительная диаграмма деформирования заменяется обобщенной
квазистатической диаграммой. Существование таких квазистатических диа
грамм обосновано экспериментально. В случае ступенчатого циклического
нагружения для каждого из сплавов существует своя обобщенная квази-
статическая диаграмма деформирования, инвариантная к виду напряжен
ного состояния (рис. 7).
Т а б л и ц а 1
Напряжения перехода от усталостного разрушения к квазистатическому
при различных соотношениях главных напряжений сплавов ВТ20 и ВТ6С
при Т = 20°С
Материал о,п, МПа, при К = о о в, равном
X 2 1 0,5
ВТ20 1236 1076 1205 1067
ВТ6С 900 762 820 820
Характеристики квазивязких свойств материалов при циклическом на
гружении рассчитывали согласно зависимости коэффициента вязкости при
циклическом нагружении к\ от величины интенсивности неравновесных
%
напряжений о , [6]. При этом для расчетов использовали соотношение
л I £ 10 £ И ~ £ шолз
£ я М -----------------------
к , = ------- -------- *т~т---------- -, ( 1)
о , N
где N - число циклов; £ ,о - деформация, достигнутая в результате пред
варительного активного нагружения; £ й - величина необратимой дефор
мации, накапливаемой на первой стадии ползучести; £ ,полз - текущее значе
ние деформации ползучести.
Экспериментально установлена инвариантность вязкопластических
свойств сплавов ВТ20 и ВТ6С к виду напряженного состояния и величине
предшествующей пластической деформации (рис. 8).
Зависимость коэффициента вязкости к\ от интенсивности неравно* ,
весных напряжений о , описывается для данных сплавов уравнением вида
к '{ = а(о *)Ъ, (2)
где а и Ъ - коэффициенты, определяемые по данным двух опытов на
ползучесть при одноосном пульсирующем растяжении (табл. 2).
Из представленных выше результатов следует, что для описания ползу
чести титановых сплавов в области устойчивого пластического деформиро
вания, как и для теплоустойчивых сталей, при циклическом нагружении
достаточно располагать квазистатической диаграммой и определить зависи
мость коэффициента вязкости от величины неравновесных напряжений. При
42 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3
Оценка вязкопластических свойств
переходе в область потери устойчивости процесса пластического деформи
рования, достижение которой зависит от вида напряженного состояния,
кинетика ползучести определяется, как и для других материалов, балансом
между упрочнением материала и снижением несущей способности конст
рукции в результате изменения ее размеров.
Т а б л и ц а 2
Параметры а и Ь для титановых сплавов ВТ20 и ВТ6С при Т = 20°С
Материалы а • 107, % цикл • МПа b
ВТ20 7,8 1,333
ВТ6С 9,3 1,126
к ',, %/ цикл • МПа
1(Г
ю-
10 '
10
О 1
□ 2
А 3
I 2 4 6 10 20 40 60 о, , МПа
a
к[ , %/ цикл • МПа
1(Г
10
10
1 2 4 6 10 20 40 60 о , , МПа
б
Рис. 8. Зависимость коэффициента вязкости при циклическом нагружении от уровня неравно
весных напряжений титановых сплавов ВТ20 (а) и ВТ6С (б): 1 - K =оz /ав =«>; 2 - K = 1; 3 -
K = 0,5.
Таким образом, экспериментально обоснована упруговязкопластическая
модель поведения титановых сплавов, позволяющая с единых позиций опи
сать процессы пластического деформирования при пульсирующем нагруже
нии в условиях сложного напряженного состояния.
Полученные экспериментальные результаты могут использоваться для
оценки долговечности титановых сплавов с помощью разработанного ранее
расчетно-экспериментального метода, учитывающего потерю устойчивости
пластического деформирования материала.
Р е з ю м е
Представлено результати досліджень в ’язкопластичних властивостей деяких
титанових сплавів при циклічному навантаженні в умовах складного напру
женого стану. Експериментально обгрунтовано застосування пружно-в’язко-
пластичної моделі для досліджених конструкційних матеріалів.
1. Гигиняк Ф. Ф., Шкодзинский О. К., Федоров Р. К. и др. Автомати
зированный стенд для испытаний конструкционных материалов в усло
виях сложного напряженного состояния // Пробл. прочности. - 1991. -
№ 10. - С. 70 - 74.
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2005, № 3 43
2. А. с. 1525533 СССР. Способ определения упруговязкопластических
свойств металлических материалов при статическом нагружении / Ф. Ф.
Гигиняк, О. К. Шкодзинский, А. А. Лебедев. - Опубл. 30. 11. 89. Бюл.
№ 44.
3. Шкодзінський О. К., Гігіняк Ф. Ф., Башта В. В., Сторчак М. В. Вплив
радіаційного опромінювання на механічні властивості реакторних ста
лей при складному напруженому стані // Лучевая обработка компо
зиционных материалов в технике: Тр. Республ. науч.-практ. семинара. -
Тернополь: Тернопольский дом техники НТО, 1990. - С. 42 - 43.
4. Гигиняк Ф. Ф., Лебедев А. А., Шкодзинский О. К. Упруговязкопласти
ческая модель, описывающая свойства сталей перлитного класса // XXI
Всесоюз. науч. сов. по проблемам прочности двигателей: Тез. докл. -
М.: ЦИАМ, 1986. - С. 57.
5. Гигиняк Ф. Ф., Шкодзинский О. К., Тимофеев Б. Т. и др. Характерис
тики вязкопластичности теплоустойчивых сталей при сложном напря
женном состоянии на основе упруговязкопластической модели // III
Всесоюз. симп. “Прочность материалов и элементов конструкций при
сложном напряженном состоянии”: Тез. докл. - Киев: ОНТИ ИПП АН
УССР, 1989. - Ч. 1. - С. 39 - 40.
6. Гигиняк Ф. Ф., Лебедев А. А., Башта В. В. и др. Вязкопластические
свойства стали 10ГН2МФА при сложном напряженном состоянии //
Пробл. прочности. - 1994. - № 4. - С. 30 - 34.
7. Шкодзинский О. К., Лебедев А. А., Гигиняк Ф. Ф. К оценке долго
вечности теплоустойчивых сталей при пульсирующем мягком нагру
жении в условиях сложного напряженного состояния // Там же. - 1989.
- № 5. - С. 32 - 37.
8. Хакимов А. Ф. Закономерности неупругого деформирования высоко
прочных конструкционных материалов при сложном напряженном
состоянии: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Киев, 1989. - 16 с.
9. Стрижало В. А. Исследование закономерностей перехода от квази-
статического к усталостному разрушению легких сплавов при мало
цикловом нагружении // Пробл. прочности. - 1974. - № 5. - С. 42 - 43.
10. Гигиняк Ф. Ф., Шкодзинский О. К., Лебедев А. А., Тимофеев Б. Т. О
потере устойчивости процесса пластического деформирования при слож
ном напряженном состоянии // Там же. - 1991. - № 10. - С. 3 - 8.
Поступила 04. 07. 2003
Ф. Ф. Гигиняк, Т. Н. Можаровская, В. В. Башта
44 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2005, № 3
|