Влияние на сопротивление усталости лопаток структуры материала

Влияние на усталость условий штамповки, ответствен­ных за формирование структуры материала, можно проследить на примере сплава ВТ18. Исследовано пять вариантов штамповки лопаток компрессора и образцов:

1) при 980°С, структура сплава (α + β)-фаза;

2) при 1000°С, структура сплава соответствовала границе перехода в р-фазу;

3) при 1020 °С, структурное состояние р-фаза;

4) закалка с 980°С в течение 30 с, охлаждение в воде (ВТМО), отпуск при 620°С в течение 4 ч;

5) то же, что вариант 4, плюс правка.

Для первого варианта предел выносливости лопаток составил 330...340 МПа (на образцах - 490 МПа), для второго и третьего — 310...320 МПа (на образцах - 360 МПа). Применение ВТМО (четвертый вариант) повысило предел вьшосливости лопаток приблизи­тельно на 10 %, последующая правка (пятый вариант) свела на нет эффект ВТМО, увеличив разброс результатов

При штамповке лопаток из титановых сплавов обычно наблюда­ется макро- и микроструктурная неоднородность материала по сечению: у кромок структура мельче, чем в центральной части профиля. Равноосная микроструктура, соответствующая 1...2 баллам, способствует уменьшению повышению предела вьшос­

ливости (σ_₁ 300 МПа) по сравнению с лопатками, имеющими более крупное зерно или неоднородную структуру (σ_₁ = 240 МПа). Изменение макроструктуры в пределах 1...4 баллов влияет на σ_₁ в меньшей степени, но все преимущества мелкой микроструктуры не удается реализовать при производстве лопаток. Кроме того, титановые сплавы интенсивно поглощают водород, а скорость его поглощения увеличивается с уменьшением макро- и микрострукту­ры, что способствует снижению их сопротивления усталости. Уда­лить водород, поглощенный сплавом, можно глянцовкой и стабили­зирующей термообработкой.

Неучет температуры полиморфного превращения при примене­нии ВТМО и ТМО, которая, например, для сплава ВТЗ-1 от плавки к плавке может изменяться в интервале от 930 до 1020 °С при номинальном режиме нагрева под штамповку 930 °С, приводит к большой неоднородности свойств сплава. Достигая σ_в = 1400...1500 МПа, пластичность снижается до 5 < 6 % (по ТУ δ ), повышается склонность сплава к хрупкому разрушению. В структуре сплава наблюдается мелкодисперсная а-фаза, обусловленная дефор­мационным наклепом. Параметрами, реагирующими на отклонения прочностных характеристик в этом случае, будут 3, К_ст и малоцик­ловая усталость, определенная на образцах с надрезом (σ_в =3,5...4).

С повышением температуры штамповки наблюдается рост макро­зерна с 1... 3 до 5...6 балла, микрозерна — с 1...3 до 4...6 балла, но при этом возрастают значения δ, К_ст и сопротивление малоцик­ловой усталости. Устранить склонность титановых сплавов к хруп­кому разрушению при достаточно высоких σ_в, δ, ψ, а_н, σ_₁, достига­емых за счет ВТМО, можно, если применять ТМО или изотермичес­кий отжиг.

Влияние прижогов. Титановые сплавы обладают низкой теплоп­роводностью, следствием чего является их повышенная склонность к прижогам при шлифовании или полировании. В зоне прижога наблюдается уменьшение микротвердости на 20 %, а предел вынос­ливости лопаток снижается на 25 %.

Методом рентгеноструктурного анализа установлено два вида прижогов, образующихся в процессе шлифования титановых спла­вов: 1) слабый прижог — результат местной закалки (Т = 800...850°С) тонких сечений, где повышается содержание β-фазы, сни­жается микротвердость; 2) локальное обогащение сплава кислоро­дом воздуха и повышение микротвердости. Прижоги первого вида удается ликвидировать низкотемпературным отжигом окончательно готовых лопаток при нахреве в инертной или воздушной среде (Т= 530...620 °С) с последующим глянцеванием поверхности. Прижо­ги второго вида устранить отжигом нельзя, детали бракуются.