Влияние ультразвуковой обработки и наводороживания на усталостную долговечность и ударную вязкость сплава Ti-6Al-4V

Введение
Оптическое изображение структуры образца титанового сплава ВТ6 (поперечное сечение) после ультразвуковой финишной обработки; размер изображения 220×170 мкм2
ТЕМ-изображение наноструктуры в поверхностном слое образца титанового сплава ВТ6, подвергнутом ультразвуковой финишной обработке (а) и соответствующая картина микродиффракции (б); выделения α2(Ti3Al) при старении сплава ВТ6 [Carreon H., San Martin D., Caballero F.G., Panin V.E. The effect of thermal aging on the strength and the thermoelectric power of the Ti-6Al-4V alloy // Phys. Mesomech. – 2017. – Т. 20. – № 4. – С. 447–456.]
a
б
в
Полосы α2(Ti3Al)
Нетравящиеся полосы α2(Ti3Al)

Результаты исследования и их обсуждение
Влияние различных обработок на усталостную долговечность сплава ВТ6
Кривые растяжение-деформация при одноосном растяжении образцов титанового сплава ВТ6 в отожженном состоянии (1) и подвергнутых ультразвуковой финишной обработке (2)

а
б
Кластерные модели ГПУ-ячейки в титане с гексагональной структурой (а) и ее трансформации в ОЦК-ячейку (б) при наличии атомов водорода в виртуальных вакансиях α и β в условиях знакопеременного изгиба

Микротвердость образцов сплава ВТ6 до и после поперечно-винтовой прокатки
Спектры временного распределения аннигиляции позитронов в образцах ВТ6
Время жизни позитрона (τ) на дислокации составляет 168-185пс, а на вакансии 220-225пс.
Образование в сплаве ВТ6 в результате поперечно-винтовой прокатки стабильной мартенситной фазы

Кривые распределения энергии электронов по импульсам в исследуемых образцах относительно эталонного образца бездефектного ВТ6

Ударная вязкость сплава ВТ6 в исходном состоянии (кривая 1) и после поперечно-винтовой прокатки (кривая 2) при низких температурах

Заключение
При ультразвуковой обработке сплава ВТ6 в поверхностном слое развиваются два процесса. Во-первых, образуется сплошной нетравящийся слой α2(Ti3Al), который снижает усталостную долговечность. Однако ниже этого слоя развивается второй процесс: образуются полосы α2(Ti3Al) фазы по мультиплетной схеме, которые увеличивают усталостную долговечность. Сложение этих двух эффектов дает увеличение усталостной долговечности сплава в 1,3 раза.
Катастрофическое снижение усталостной долговечности после наводороживания предварительно обработанного ультразвуком сплава ВТ6 объясняется образованием зон ближнего порядка смещений с ОЦК решеткой по типу β-фазы.
Поперечно-винтовая прокатка создает в сплаве ВТ6 мартенситную фазу очень высокой прочности. Она предсказана методом позитронной аннигиляции и обнаружена методом просвечивающей электронной микроскопии. Высокая стабильность мартенситной фазы обусловливает снижение ударной вязкости сплава, обработанного поперечно-винтовой прокаткой.