CC BY
0
УДК 669.295
DOI: 10.24412/0321-4664-2024-4-28-37
СТАТИСТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Юлия Борисовна Егорова1, докт. техн. наук, профессор, Людмила Васильевна Давыденко2, канд. техн. наук, доцент,
Светлана Руслановна Шевченко2
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия, e-mail: [email protected] 2Московский политехнический университет, Москва, Россия, e-mail: [email protected]
Аннотация. На основе обобщения литературных, экспериментальных и производственных сведений статистически проанализированы количественные взаимосвязи механических свойств деформированных полуфабрикатов а-, псевдо-а-, а + ß-, псевдо-ß- и ß-сплавов после отжига, закалки и старения. Было установлено, что наиболее высокие коэффициенты корреляции наблюдаются для ств-5, ств-у, a^KCU, ств-ст02 по сравнению с другими парными взаимодействиями (за исключением 5-у). На основе анализа различных статистических массивов было обосновано, что коэффициенты, характеризующие влияние предела прочности на условный предел текучести, относительное удлинение, поперечное сужение и ударную вязкость, не зависят от видов деформированных полуфабрикатов в отожженном состоянии. Уточнены соотношения для экспресс-оценки предела прочности в зависимости от уровня твердости по Роквеллу и Бринеллю. Статистически подтверждено, что предел выносливости ст-1 отожженных титановых сплавов составляет примерно половину уровня их предела прочности. Рассмотрена возможность прогнозирования вязкости разрушения титановых сплавов в зависимости от предела прочности, а не от условного предела текучести.
Ключевые слова: титановые сплавы; механические свойства; статистические исследования; прогнозирование свойств
Statistical Study of Interrelations of Mechanical Properties of Wrought SemiProducts Made of Titanium Alloys. Dr. of Sci. (Eng.), Professor Yulia В. Egoro-
va1, Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor Lyudmila V. Davydenko2, Svetlana R. Shevchenko2
1MoscowAviation Institute (National Research University), Moscow, Russia, e-mail: [email protected]
2Moscow Polytechnic University, Moscow, Russia, e-mail: [email protected]
Abstract. Quantitative relationships between mechanical properties of wrought semi-products of a-, pseudo-a-, a + p-, pseudo-p- and p-titanium alloys after annealing, quenching and aging were statistically analyzed on the basis of the summarized data of literature references, experimental and production experience. It was found out that the highest correlation coefficients were observed for aB-§, aB-y, aB-KCU, aB-a02 as compared to other pair interactions (except of §-y). Based on the analysis of various statistical arrays, it was substantiated that the coefficients characterizing the effect of ultimate strength on the yield strength, elongation, area reduction and impact toughness do not depend on the types of wrought semi-products in the annealed condition.
The relationships for rapid assessment of the ultimate strength depending on the level of Rockwell and Brinell hardness have been clarified. It has been statistically confirmed that the fatigue range ct-1 of annealed titanium alloys is about a half of their ultimate strength. The possibility of predicting the fracture toughness of titanium alloys depending on the ultimate strength, rather than on the yield strength, has been considered.
Keywords: titanium alloys; mechanical properties; statistical studies; prediction of properties
Введение
Для оценки предельно допустимых уровней прочности различных полуфабрикатов из конструкционных материалов целесообразно установить возможные значения и взаимосвязь показателей прочностных и пластических свойств, ударной вязкости, предела выносливости и вязкости разрушения, так как на практике именно по этим показателям делается заключение о допуске материала для изготовления конкретного изделия [1, 2].
Наиболее полно исследована связь прочностных свойств сталей с твердостью, что впервые было установлено И. Бринеллем еще в 1900 г.: ств ~ С - НВ, где С - эмпирический коэффициент, равный для углеродистых сталей 0,346 [3]. В дальнейшем было установлено, что для различных групп материалов коэффициент С принимает следующие значения: 0,34 для горячекатаных углеродистых сталей, 0,45 для медных сплавов, 0,35 для алюминиевых сплавов [4].
Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования подтвердили возможность широкого использования метода твердости для оценки не только стандартных, но и специальных механических характеристик различных материалов, в основном для сталей [5-14]. Для титановых сплавов не были проведены столь масштабные исследования. Вместе с тем в работах [15, 16] было показано, что предел прочности титановых сплавов также можно ориентировочно оценивать в зависимости от твердости по Бринеллю или Роквеллу.
За годы исследования и применения титана и его сплавов были получены многочисленные сведения, обобщенные, например, в [1, 17-21] и характеризующие зависимости показателей пластичности, ударной вязкости, вязкости раз-
рушения, предела выносливости от уровня прочности. В монографии [1] выдвинуто предположение о существовании функциональной связи пластических свойств, ударной вязкости и вязкости разрушения от уровня прочности титановых сплавов и приведены результаты исследований взаимосвязи механических свойств 5 - ств, у - КСи - ств, полученных после различной термической обработки сплавов ВТ23, ВТ14 и ВТ3-1. В частности, для сплава ВТ23 регрессионная зависимость относительного удлинения от предела прочности после закалки с температур 760-880 °С и старения при 450-550 °С имеет вид:
5 = 232 - 534ств + 362,3ст2 - 60,2ст3.
Хорошо известно, что предел выносливости и вязкость разрушения титановых сплавов тем выше, чем больше временное сопротивление разрыву и предел текучести [19-23]. В монографии [20] отмечается, что для зарубежных и отечественных титановых сплавов отношение а-1/ав находится в пределах 0,40,6 с вероятностью более 90 %.
Аналогичные данные приведены в монографии [19, с. 303], в которой обобщены данные для прутков диаметром 10-15 мм различных титановых сплавов при проведении испытаний гладких образцов по схеме симметричного нагружения (Я = -1) на изгиб с вращением, база 107 циклов. Для отожженных титановых сплавов соотношение лежит в пределах 0,47-0,62, а для термически обработанных 0,43-0,57.
Попытки установить корреляционные связи между характеристиками трещиностойко-сти и стандартными свойствами материалов осуществлялись разными авторами [1, 14, 19, 20, 22, 23]. В соответствии с теоретическими представлениями вязкость разрушения опре-
деляется двумя факторами: уровнем предела текучести, с которым связана легкость релаксации напряжений в вершине растущей трещины; типом и параметрами микроструктуры, которые определяют механизм и способы распространения трещин. Повышение предела текучести может быть обусловлено степенью легирования и содержанием примесей внедрения, технологическими факторами (режимами обработки давлением и термической обработки), повышенной плотностью дислокаций и т.п. Таким образом, предел текучести считают интегральным параметром, учитывающим многие металлургические, технологические и физико-механические факторы [1].
Несмотря на кажущуюся очевидность связей между различными прочностными, пластическими и эксплуатационными характеристиками, для титановых сплавов до сих пор не выявлены статистически подтвержденные соотношения между этими свойствами. Для их разработки можно успешно использовать не только литературные сведения и результаты экспериментальных исследований [1, 24], но и данные промышленного контроля и производственных испытаний [25].
Цель работы состояла в исследовании статистических взаимосвязей механических свойств различных деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1. Обобщить литературные сведения, результаты экспериментов, производственных испытаний, промышленного контроля химического состава, механических свойств прутков и поковок из титановых сплавов разных классов.
2. Статистически проанализировать взаимосвязи механических свойств деформированных полуфабрикатов после различной термической обработки.
3. На основе проведенных исследований обосновать математические модели для прогнозирования механических свойств различных полуфабрикатов из титановых сплавов после отжига, закалки и старения.
Объекты и методы исследования
В качестве литературных источников были использованы отечественные справочники и
монографии [1, 17-20, 23], а также уникальное по объему собранной информации американское издание [21]. В справочниках [19, 21] на основе обобщения большого объема литературных и экспериментальных данных приведены наиболее типичные значения механических свойств, т.е. значения, близкие к средним оценочным данным. Механические свойства титановых сплавов сильно зависят от типа и габаритов полуфабрикатов и режимов их термической обработки. Поэтому кратковременные механические свойства (предел прочности, относительное удлинение, поперечное сужение) были рассмотрены для прутков диаметром около 8-14 мм из 115 промышленных отечественных и зарубежных а-, псевдо-а-, а + р-, псевдо-р- и р-сплавов после простого отжига по стандартным режимам. Вязкость разрушения анализировали в зависимости от уровня предела прочности сплавов, а не от условного предела текучести, так как последняя характеристика не входит в отечественные стандарты и справочные сведения о ней ограничены. Предел выносливости а_1 (испытания гладких образцов по схеме симметричного нагружения R = _1, изгиб с вращением, база 107 циклов) исследовали для 30 зарубежных и отечественных а-, псевдо-а- и а + р-титановых сплавов после отжига и упрочняющей термической обработки. Вязкость разрушения K1с (образцы типа ВР _ внецентренное растяжение) анализировали для 14 отечественных сплавов после отжига, закалки и старения.
Объектами исследования также послужили прутки и поковки, изготовленные на различных предприятиях с 1970 по 2016 гг. (табл. 1). Все исследованные полуфабрикаты были подвергнуты отжигу, закалке и старению по стандартным режимам. Механические испытания проведены в соответствии с ГОСТ 1497-61, ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78, ДБТМ Е 8, ГОСТ 25.506-85, ДБТМ Е 1820-06. По результатам механических испытаний определяли: предел прочности ав, условный предел текучести а0,2, относительное удлинение 5, поперечное сужение у, ударную вязкость KCU, твердость по Бринеллю (диаметр отпечатка), твердость по Роквеллу.
В работе были проведены первичная статистическая обработка и корреляционно-ре-
Таблица 1 Объекты исследования
Сплав Вид полуфабриката
ВТ1-00, ВТ1-0, Grade 2, Grade 4, ВТ5, ВТ5-1, ОТ4-1, ОТ4-1В, ОТ4-0, ОТ4, ВТ6, Grade 5, Grade 23, ВТ3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ16, ВТ22, ВТ25У, ВТ35 Кованые и катаные прутки 0 14 мм
ВТ5-1, Grade 5, ВТ23 Кованые прутки 0 70-90 мм
ВТ6 Катаные прутки диаметром 15-150 мм
ВТ1-0, ВТ5, ВТ5-1, ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ6, ВТ3-1 Прессованные прутки 0 14-40 мм
ВТ6, ВТ3-1, Ti-10V-2Fe-3Al, ВТ22, ВТ18У, VST5553 Штампованные поковки
грессионный анализ в программе 81айвйса для различных статистических массивов [26].
Результаты и обсуждение
На первом этапе были проанализированы литературные сведения, характеризующие связь характеристик пластичности и ударной вязкости отожженных прутков из 115 сплавов с уровнем прочности (табл. 2, массив 1). На рис. 1 для примера приведена регрессионная зависимость относительного удлинения от предела прочности, которая показывает, что с увеличением предела прочности с 350 до 1200 МПа относительное удлинение уменьшилось в среднем примерно с 30 до 10 %, т.е. на -0,2 % на 10 МПа.
Результаты анализа производственных испытаний показали отклонения, которые могут быть обусловлены различными факторами:
\о О
о о о о**'-
( >0 00" < ЧуО ( > > о 00 >«420000 о ** о с "О-.......
о о 0 соо^ о < о о »о о ОС ООО } О О (
о О ( о а >
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Предел прочности, МПа
Рис. 1. Регрессионная зависимость относительного удлинения от предела прочности 115 титановых сплавов в отожженном состоянии
влиянием конкретных режимов обработки давлением и термической обработки, структурой, наличием неучтенных примесей, методическими ошибками и т.п. Поэтому на следующем этапе задача исследования состояла в уточнении уравнений регрессии, полученных для массива 1 (см. табл. 2, модель 1). Для этого были сформированы статистические массивы, содержащие результаты производственных испытаний и промышленного контроля полуфабрикатов, изготовленных на различных предприятиях. В той же табл. 2 приведены коэффициенты регрессии а0 и а1 для линейных однофакторных зависимостей характеристик пластичности от предела прочности прутков и поковок после отжига (модели 2-8), закалки и старения (модели 13-17).
Для всех исследованных полуфабрикатов из каждого сплава независимо от года выпуска наблюдаются значимые тенденции снижения характеристик пластичности, ударной вязкости с повышением предела прочности (коэффициенты корреляции по модулю 0,45-0,65).
На следующем этапе были статистически проанализированы данные для однотипных полуфабрикатов из разных сплавов (см. табл. 2, массивы 9-12). В табл. 3 для примера представлена корреляционная матрица для обобщенной партии кованых прутков 14 х 14 мм, изготовленных в 1970-75 и 19992003 гг. (см. табл. 2, массивы 9, 10).
Полученные данные показывают, что между всеми факторами наблюдаются значимые корреляционные связи (коэффициенты корреляции по модулю 0,61-0,99), которые подтверждают сделанное в монографии [1] предположение
Таблица 2 Регрессионные однофакторные зависимости характеристик пластичности прутков и поковок из титановых сплавов от предела прочности
Номер массива, модели Статистический массив 8 = а0 + а^ у = а0 + а^
а0 а1 а0 а1
Отжиг
1 Прутки диаметром 8-14 мм из 115 сплавов (литературные сведения) 49,8 -0,021 90,1 -0,046
2 Штампованные поковки из сплава ВТ3-1 (92 образца), 2000-2010 гг. 42,0 -0,023 90,0 -0,047
3 Кованые поковки из сплава ВТ6 (16 образцов) 2005-2010 гг. 45,6 -0,027 90,0 -0,042
4 Катаные прутки из сплава ВТ6 015-60 мм (140 образцов), 2012-2016 гг. 33,8 -0,020 68,8 -0,031
5 Кованые прутки из сплава ВТ5-1 070-90 мм (14 образцов) 2003 г. 40,0 -0,026 - -
6 Кованые прутки из сплава Grade 5 070-90 мм (32 образца) 2003 г. 44,4 -0,029 80,0 -0,045
7 Кованые прутки 060 мм из сплава ВТ23 (15 образцов), 1990 г. 33,7 -0,020 87,3 -0,052
8 Штампованные поковки из ВТ18У (93 образца), 2014 г. 35,1 -0,021 70,7 -0,049
9 Кованые прутки 14 х 14 мм из 14 сплавов (650 образцов); 1999-2011 гг. 35,2 -0,021 76,0 -0,036
10 Кованые прутки 14 х 14 мм из 8 сплавов (5020 образцов); 1970-1975 гг. 36,8 -0,021 78,0 -0,041
11 Кованые прутки 14 х 14 мм из 10 сплавов (204 образца); 1980-1985 гг. 34,3 -0,021 78,2 -0,037
12 Прессованные прутки 14-45 мм из 10 сплавов (204 образца), 1980-1985 гг. 38,7 -0,026 72,3 -0,033
Закалка и старение
13 Штампованные поковки из сплава ВТ6 (670 образцов), 2007-2014 гг. 23,2 -0,012 74,1 -0,026
14 Кованые прутки 060 мм из сплава ВТ23 (48 образцов), 1990 г. 48,3 -0,031 151,0 -0,078
15 Катаные прутки диаметром 20 мм из сплава ВТ23 (89 образцов), 1995 г. 37,9 -0,022 136,1 -0,081
16 Лист 8 мм из сплава ВТ14 (35 образцов), 1995 г. 34,0 -0,021 130,5 -0,075
17 Штампованные поковки из сплава 10-2-3 (687 образцов), 2007-2016 гг. 34,9 -0,021 128,2 -0,086
о том, что существует единая общая функциональная зависимость пластических свойств и ударной вязкости титановых сплавов от уровня их прочностных свойств. При исследовании взаимосвязей механических свойств различных по-
луфабрикатов было обнаружено, что наиболее высокие коэффициенты корреляции (0,83-0,99) наблюдаются для ств-5, ств-у, ав-КСи, ств-ст0,2 по сравнению с другими парными взаимодействиями (за исключением 5-у).
Таблица 3 Корреляционная матрица* для механических свойств прутков 014 мм, изготовленных в 1970-1975 и 1999-2003 гг.
Факторы ^в _ ** ст0,2 5 у
1
ст0,2 0,99 1
5 -0,91 -0,92 -0,92 1
у -0,84 -0,83 -0,78 0,84 0,85 1
КСи -0,87 -0,88 -0,61 0,81 0,79 0,83 0,78
*В числителе - коэффициенты корреляции для 1999-2003 гг., в знаменателе - 1970-1975 гг. ** Данные за 1970-1975 гг. отсутствуют.
В работе было проведено сравнение различных регрессионных моделей, полученных после обработки различных статистических массивов из табл. 2. На основе процедуры «Сравнение регрессий» было установлено, что факторные коэффициенты а1 являются статистически устойчивыми, т.е. не зависят от типа и габаритов полуфабриката, технологии его изготовления, направления вырезки образцов и т.п. Несвободные члены уравнений (коэффициенты регрессии а1) практически совпадают для различных моделей и статистических массивов, так что в интервале ств = 350-1200 МПа, в котором находятся значения предела прочности отожженных прутков из большинства промышленных сплавов, обобщенные линейные зависимости имеют вид:
5 = (35 ± 1,0) - (0,022 ± 0,001)ств, (1)
у = (77 ± 3,0) - (0,04 ± 0,003)ств, (2)
КСи = (2,3 ± 0,5) - (0,0016 ± 0,0005)ств, (3)
а0,2 = (0,90 ± 0,02)ств. (4)
Коэффициенты корреляции равны 0,750,99. Повышение предела прочности исследованных полуфабрикатов на 100 МПа сопровождается снижением относительного удлинения в среднем на -2,0 %, а поперечного
сужения -4,0 %, ударной вязкости -0,16 МДж/м2. Конкретный вид и разброс значений 5, у, КСи, ст0,2 в пределах общей зависимости определяются значением свободного члена а0, который зависит от марки сплава, вида полуфабриката, режима отжига и может быть определен по данным статистического контроля [25]. Все полученные регрессионные модели имеют высокие коэффициенты корреляции и детерминации, так что их можно использовать для прогнозирования условного предела текучести, пластических свойств и ударной вязкости титановых сплавов.
После закалки и старения не были обнаружены единые функциональные зависимости, что, скорее всего, связано с различной степенью термического упрочнения в зависимости от класса сплава. Вместе с тем можно отметить, что сплавы ВТ23 и ТМ0-2-3, близкие по коэффициенту р-стабилизации (0,8 и 1,1 соответственно), имеют приблизительно одинаковые коэффициенты регрессии (см. табл. 2).
Для оценки уровня прочности полуфабрикатов чаще всего используют такие механические свойства, как предел прочности при растяжении и твердость. На производстве в соответствии с нормативной документацией проводят измерение твердости по Бринеллю. Однако для экспериментальных исследований чаще всего применяют измерение твердости по Роквеллу как наиболее универсальное и наименее трудоемкое.
Цель работы на этом этапе исследований состояла в установлении статистических взаимосвязей между твердостью, измеренной разными способами, и пределом прочности прутков из титановых сплавов. Коэффициенты корреляции изменяются от 0,76 до 0,97, что свидетельствует о сильной значимой связи между пределом прочности и твердостью для всех исследованных статистических групп. С увеличением твердости по Роквеллу наблюдается повышение предела прочности, при этом линии регрессии имеют почти одинаковый наклон для разных сплавов (рис. 2).
Между твердостью по Роквеллу и твердостью по Бринеллю (диаметром отпечатка) была установлена очень сильная корреляционная связь с коэффициентом корреляции 0,97: HRC = 10^отп. На основе проведенного
1250
1200
св 1150
i 1100
fS 1050
О
К 1000
& 950
й
& 900
р.
с 850
800
750
8о
О/ ' ( ) в
о о о, 8 ^ 8
в о щ о 8<* ) '8
о <в > о
> 8
о/ о
^ о
26
28
30
32 34 HRC а
36
38
Рис. 2. Регрессионные зависимости предела прочности сплавов ВТ6 (а) и ВТ22 (б) от твердости по Роквеллу (отожженное состояние)
160
140
* 120
I 100
и
I80 р.
|2
й 60
40
о 1 ^ с. отж 151 ^1с.УТО
8 в о □
о о о
°о С^Ч. о о ^ ъ О 'о
О 8 о^ □ ) о
о о □ □ 8 □ "
□ в
20
700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 Предел прочности, МПа
Рис. 3. Сопоставление регрессионных зависимостей вязкости разрушения от предела
прочности псевдо-a-, a + b- и b-титановых сплавов после отжига и закалки + старения (УТО)
анализа получена обобщенная регрессионная модель для оценки предела прочности титановых сплавов в зависимости от твердости по Роквеллу и Бринеллю:
ств = (30 ± 1,5)HRC, aB = (300 ± 15)d0Tn.
(5)
(6)
40
Проведенные исследования дают возможность провести ориентировочную оценку предела прочности титановых сплавов в зависимости от твердости, измеренной разными способами, с доверительной вероятностью 0,95 и статистической ошибкой 35 МПа.
Сопоставление реальных значений механических свойств и рассчитанных по соотношениям (1-6) показало их приемлемое соответствие.
На рис. 3 приведена вязкость разрушения 14 марок а-, псевдо-а-, а + р-титановых сплавов в зависимости от уровня прочности после отжига и упрочняющей термической обработки. Довольно большой разброс точек связан с тем, что при анализе не удалось учесть технологические факторы, направление вырезки образцов и тип структуры, так как не все эти сведения указаны в большинстве литературных источников. Вместе с тем можно отметить, что вязкость разрушения монотонно снижается с увеличением уровня прочности (коэффициент корреляции -0,7).
Вязкость разрушения существенно зависит от типа и параметров структуры. На рис. 4 сопоставлены зависимости вязкости разрушения сплавов ВТ6, ВТ9 и ВТ22 с пластинчатой и глобулярной структурой по данным справочника [19]. Повышение предела прочности на 10 МПа сопровождается снижением вязкости разрушения в среднем на 1,5-2,0 МПа • м1/2 независимо от типа структуры. Однако более высокую вязкость разрушения имеют образцы с пластинчатой структурой по сравнению с глобулярной, что объясняют ветвлением магистральной трещины в пластинчатой структуре, при этом тратится значительная работа разрушения. При глобулярной структуре магистральная трещина распространяется более легко и почти без ветвления, что приводит к снижению вязкости разрушения.
160
у 140 "я
м 120
§100
I
и
I80 р.
^ 60
и
40
20 800
О 1 1
Ч Пластинчатая Ч Глобулярная -
\ □ >
□ □ оч о\ о
п □ ®ч □ N. □ □ > 1— о <Ъ □ ЧЬ с 3 о
В □ 3 □Ь Ч^А 1:1
□ □ □ ¿¡8* □ Ъ пп в □
900 1000 1100 1200 1300 Предел прочности, МПа
1400
Рис. 4. Сопоставление регрессионных зависимостей вязкости разрушения от предела прочности титановых сплавов ВТ6, ВТ9, ВТ22 с разным типом структуры после отжига и закалки + старения
700 600
1500
| 400
и и о
3 300
г 200
£
100
О,..***"
..•**"* о О ( оО /
о с о
о о _____о о 9.. о
/----о о
о 200
400 600 800 1000
Предел прочности, МПа
Рис. 5. Регрессионная зависимость предела выносливости а-1 от предела прочности а-, псевдо-а- и а + р-титановых сплавов (отожженное состояние)
На рис. 5 приведена регрессионная зависимость предела выносливости для 30 отожженных а-, псевдо-а- и а + р-титановых сплавов от предела прочности, которая имеет вид (коэффициент корреляции 0,9):
ст-1 = (0,504 ± 0,013)ств,
(9)
т.е. можно считать, что зависимость предела выносливости от предела прочности отожженных титановых сплавов значимо и статистиче-
ски устойчиво описывается прямой в соответствии с ранее установленным соотношением:
ст-1/ств = 0,5.
(10)
1200
Для термически упрочненных сплавов отношение ст-1/ств меньше, чем для отожженных образцов, и составляет 0,46 с доверительным интервалом 0,43-0,48. Однако коэффициент корреляции 0,35 незначим, что свидетельствует о том, что отношение ст-1/ств = 0,46 не является статистически устойчивой характеристикой. Для обоснования статистически значимых зависимостей предела выносливости (после упрочняющей термической обработки) и вязкости разрушения от уровня прочности сплавов необходимо проведение дополнительных исследований.
Выводы
1. Статистически обоснованы количественные взаимосвязи механических свойств деформированных полуфабрикатов а-, псевдо -а-, а + р-, псевдо-р- и р-сплавов после отжига, закалки и старения.
2. На основе анализа различных статистических массивов установлено, что коэффициенты, характеризующие влияние предела прочности на условный предел текучести, относительное удлинение, поперечное сужение и ударную вязкость, не зависят от видов деформированных полуфабрикатов из титановых сплавов в отожженном состоянии.
3. Уточнены соотношения для теоретической экспресс-оценки предела прочности в зависимости от уровня твердости по Роквеллу и Бринеллю.
4. Показана возможность прогнозирования вязкости разрушения титановых сплавов в зависимости от предела прочности, а не от условного предела текучести.
5. Статистически подтверждено, что предел выносливости отожженных титановых сплавов, определенный на гладких образцах при испытаниях по схеме симметричного на-гружения R = -1 на изгиб с вращением на базе 107 циклов, составляет примерно половину уровня их предела прочности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1995. 288 с.
2. Коновалов В.В., Дубинский С.В., Макаров А.Д., Доценко А.М. Исследование корреляционных зависимостей между механическими свойствами авиационных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2(51). C. 40-46. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-40-46.
3. Brinell J.A. II Congres Jnt des Methodes d'essai. Paris, 1900. 176 р.
4. Материаловедение: Учебник для вузов / Под общ. ред. Арзамасова Б.Н., Мухина Г.Г. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 648 с.
5. ГОСТ 22761-77. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Бринеллю переносными твердомерами статического действия.
6. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М.: Машиностроение, 1979. 191 с.
7. Сандомирский С.Г. Статистический анализ и использование взаимосвязей между физико-механическими свойствами сталей и чугунов. Минск: Беларуская навука, 2021. 145 с.
8. Шевельков В.В. Твердость - критерий упрочнения металлических материалов // Вестник ПсковГУ 2014. № 5. С. 125-133.
9. Pang J.C., Li S.X., Wang Z.G., Zhang Z.F. Relations between fatigue strength and other mechanical properties of metallic materials // Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 2014. Vol. 37. Р. 958-976. doi. org/10.1111/ffe.12158.
10. Pang J.C., Li S.X., Wang Z.G., Zhang Z.F. General relation between tensile strength and fatigue strength of metallic materials // Materials Science and Engineering: А. 2013. Vol. 564. P. 331-341. doi. org/10.1016/j.msea.2012.11.103.
11. Pavlina E., Van Tyne C. Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels // J. of Mater. Eng. and Perform. 2008. Vol. 17. Р. 888-893. https://doi.org/10.1007/s11665-008-9225-5.
12. Busby J.T., Hash M.C., Was G.S. The relationship between hardness and yield stress in irradiated aus-tenitic and ferritic steels // Journal of Nuclear Materials. 2005. Vol. 336. Iss. 2-3. P. 267-278. DOI. org/10.1016/j.jnucmat.2004.09.024.
13. Taylor M.D., Choi K.S., Sun X., Matlock D.K., Packard C.E., Xu L., Barlat F. Correlations between nanoindentation hardness and macroscopic mechanical properties in DP980 steels // Materials Science and Engineering: А. 2014. Vol. 597. P. 431-439. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.12.084.
14. Hirth J.P., Froes F.H. Interrelations between fracture toughness and other mechanical properties in titanium alloys // Metall Trans A. 1977. Vol. 8. Р. 1165-1176. https://doi.org/10.1007/BF02667402.
15. Павлов И.М., Тарасович Ю.Ф., Лешкевич Г.Г., Шелест А.Е. Cвязь между твердостью титановых сплавов и их прочностью // Заводская лаборатория. 1978. Т. 44. № 5. С. 605-608.
16. Скворцова С.В., Федорова Л.В., Шалин А.В., Гвоздева О.Н. Изучение взаимосвязи состава, структуры и механических свойств титанового псевдо-р-сплава для определения оптимального состояния, обеспечивающего повышенную динамическую прочность // Деформация и разрушение материалов. 2022. № 3. С. 18-24. DOI: 10.31044/1814-4632-2022-0-3-18-24.
17. Горынин И.В., Чечулин Б.Б. Титан в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
18. Горынин И.В., Ушков С.С., Хатунцев Н.И., Ло-шакова Н.И. Титановые сплавы для морской техники. СПб: Политехника, 2007. 387 с.
19. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС - МАТИ, 2009. 520 с.
20. Чечулин Б.Б., Хесин Ю.Д. Циклическая и коррозионная прочность титановых сплавов. М.: Металлургия, 1987. 208 с.
21. Materials Properties Handbook. Titanium Alloys / Ed. by Boyer R., Welsch G., Collings E.W. ASM International. The Material Information Society, 1994. 1176 p.
22. Абрамян К.Г., Головешкин Ю.В., Тузлукова Н.И. О взаимосвязи характеристик трещиностойкости металлических материалов при статических и динамических режимах нагружения // Проблемы прочности. 1984. № 8. С. 56-59.
23. Дроздовский Б.А., Прохорцева Л.В., Новосильцева Н.И. Трещиностойкость титановых сплавов. М.: Металлургия, 1983. 192 с.
24. Егорова Ю.Б., Попова Ю.А., Куделина И.М. Прогнозирование механических свойств титанового сплава ВТ23 после термической обработки // Технология легких сплавов. 2008. № 3. С.34-40.
25. Egorova Уи.В., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Use of Industrial Monitoring Results for Predicting Mechanical Properties of Titanium Alloy Semiproducts // Metal Science and Heat Treatment. 2017. Vol. 59 (5). Р. 1-7. DOI: 10.1007/s11041-017-0159-0.
26. Боровиков В.П., Ивченко Г.И. Прогнозирование в системе Statistica в среде Windows. Основы теории и интенсивная практика на компьютере. М.: Финансы и статистика, 2006. 368 с.
REFERENÇAS
1. Kolachev B.A., Betsofen S. Ya., Bunin L.A., Volo-din V.A. Fiziko-mekhanicheskiye svoystva legkikh konstruktsionnykh splavov. M.: Metallurgiya, 1995. 288 s.
2. Konovalov V.V., Dubinskiy S.V., Makarov A.D., Dotsenko A.M. Issledovaniye korrelyatsionnykh
zavisimostey mezhdu mekhanicheskimi svoyst-vami aviatsionnykh materialov // Aviatsionnyye ma-terialy i tekhnologii. 2018. № 2(51). S. 40-46. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-2-40-46.
3. Brinell J.A. II Congres Jnt des Methodes d'essai. Paris, 1900. 176 р.
4. Materialovedeniye: Uchebnik dlya vuzov / Pod obshch. red. Arzamasova B.N., Mukhina G.G. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2008. 648 s.
5. GOST 22761-77. Metally i splavy. Metod izmereniya tverdosti po Brinellyu perenosnymi tverdomerami staticheskogo deystviya.
6. Markovets M.P. Opredeleniye mekhanicheskikh svoystv metallov po tverdosti. M.: Mashinostroye-niye, 1979. 191 s.
7. Sandomirskiy S.G. Statisticheskiy analiz i ispol'zo-vaniye vzaimosvyazey mezhdu fiziko-mekhaniches-kimi svoystvami staley i chugunov. Minsk: Belaruskaya navuka, 2021. 145 s.
8. Shevel'kov V.V. Tverdost' - kriteriy uprochneniya metallicheskikh materialov // Vestnik PskovGU. 2014. № 5. S. 125-133.
9. Pang J.C., Li S.X., Wang Z.G., Zhang Z.F. Relations between fatigue strength and other mechanical properties of metallic materials // Fatigue Fract. Engng. Mater. Struct. 2014. Vol. 37. P. 958-976. doi. org/10.1111 /ffe.12158.
10. Pang J.C., Li S.X., Wang Z.G., Zhang Z.F. General relation between tensile strength and fatigue strength of metallic materials // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 564. P. 331-341. doi. org/10.1016/j.msea.2012.11.103.
11. Pavlina E., Van Tyne C. Correlation of Yield Strength and Tensile Strength with Hardness for Steels // J. of Mater. Eng. and Perform. 2008. Vol. 17. P. 888-893. https://doi.org/10.1007/s11665-008-9225-5.
12. Busby J.T., Hash M.C., Was G.S. The relationship between hardness and yield stress in irradiated aus-tenitic and ferritic steels // Journal of Nuclear Materials. 2005. Vol. 336. Iss. 2-3. P. 267-278. doi. org/10.1016/j.jnucmat.2004.09.024.
13. Taylor M.D., Choi K.S., Sun X., Matlock D.K., Packard C.E., Xu L., Barlat F. Correlations between na-noindentation hardness and macroscopic mechanical properties in DP980 steels // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 597. P. 431-439. https:// doi.org/10.1016/j.msea.2013.12.084.
14. Hirth J.P., Froes F.H. Interrelations between fracture toughness and other mechanical properties in titanium alloys // Metall Trans A. 1977. Vol. 8. P. 1165-1176. https://doi.org/10.1007/BF02667402.
15. Pavlov I.M., Tarasovich Yu.F., Leshkevich G.G., Shelest A.Ye. Cvyaz' mezhdu tverdost'yu titanovykh
splavov i ikh prochnost'yu // Zavodskaya laborato-riya. 1978. T. 44. № 5. S. 605-608.
16. Skvortsova S.V., Fedorova L.V., Shalin A.V., Gvoz-deva O.N. Izucheniye vzaimosvyazi sostava, struktury i mekhanicheskikh svoystv titanovogo psevdo-ß-spla-va dlya opredeleniya optimal'nogo sostoyaniya, obe-spechivayushchego povyshennuyu dinamicheskuyu prochnost' // Deformatsiya i razrusheniye materialov. 2022. № 3. S. 18-24. DOI: 10.31044/1814-46322022-0-3-18-24.
17. Gorynin I.V., Chechulin B.B. Titan v mashino-stroyenii. M.: Mashinostroyeniye, 1990. 400 s.
18. Gorynin I.V., Ushkov S.S., Khatuntsev N.I., Losha-kova N.I. Titanovyye splavy dlya morskoy tekhniki. SPb: Politekhnika, 2007. 387 s.
19. Il'in A.A., Kolachev B.A., Pol'kin I.S. Titanovyye splavy. Sostav, struktura, svoystva. M.: VILS - mATi, 2009. 520 s.
20. Chechulin B.B., Khesin Yu.D. Tsiklicheskaya i kor-rozionnaya prochnost' titanovykh splavov. M.: Metal-lurgiya, 1987. 208 s.
21. Materials Properties Handbook. Titanium Alloys
/ Ed. by Boyer R., Welsch G., Collings E.W. ASM International. The Material Information Society, 1994. 1176 p.
22. Abramyan K.G., Goloveshkin Yu.V., Tuzluko-va N.I. O vzaimosvyazi kharakteristik treshchinos-toykosti metallicheskikh materialov pri staticheskikh i dinamicheskikh rezhimakh nagruzheniya // Problemy prochnosti. 1984. № 8. S. 56-59.
23. Drozdovskiy B.A., Prokhortseva L.V., Novosil't-seva N.I. Treshchinostoykost' titanovykh splavov. M.: Metallurgiya, 1983. 192 s.
24. Yegorova Yu.B., Popova Yu.A., Kudelina I.M. Prognozirovaniye mekhanicheskikh svoystv titano-vogo splava VT23 posle termicheskoy obrabotki // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2008. № 3. S. 34-40.
25. Egorova Yu.B., Uvarov V.N., Davydenko L.V., Davydenko R.A. Use of Industrial Monitoring Results for Predicting Mechanical Properties of Titanium Alloy Semiproducts // Metal Science and Heat Treatment. 2017. Vol. 59 (5). P. 1-7. D0I:10.1007/s11041-017-0159-0.
26. Borovikov V.P., Ivchenko G.I. Prognozirovaniye v sisteme Statistica v srede Windows. Osnovy teorii i intensivnaya praktika na komp'yutere. M.: Finansy i statistika, 2006. 368 s.
