Развитие фундаментальных основ повышения усталостной прочности титановых сплавов электронно-пучковой обработкой

Выполнены исследования морфологии поверхности разрушения и дефектной субструктуры разрушенных при усталостных испытаниях образцов технически чистого титана. Показано, что физической причиной многократного увеличения усталостной долговечности технически чистого титана марки ВТ1-0 является формирование пластинчатой субструктуры, обусловленное высокоскоростной кристаллизацией поверхностного слоя титана, что облучение технически чистого титана марки ВТ1-0 электронным пучком приводит к измельчению зеренной структуры и формированию внутризеренной субструктуры, т.е. к формированию в поверхностном слое дополнительных структурных уровней субмикро- и наноразмерного диапазона. Высказано предположение о том, что слоистый характер строения поверхностного слоя является одной из основных причин кратного увеличения усталостной долговечности исследуемого материала. Электронно-пучковая обработка поверхностного слоя электровзрывного легирования карбидом кремния титанового сплава ВТ6 приводит к существенному уменьшению количества микротрещин, микрокапель, наплывов, выглаживанию рельефа поверхности. В материале формируется двухуровневая зеренная структура. С помощью метода конечных элементов выполнено моделирование свободной поверхности. Установлено, что в момент окончания действия импульса в расплавленном слое материала начинает формироваться многовихревая структура. Происходит миграция упрочняющих частиц на расстояния, превышающие глубину проникновения по механизму диффузии и, соответственно, к увеличению. Разработана теоретическая модель прохождения ультразвука по материалу с усталостными трещинами в приближении воздушной пробки, основанная на приближении того, что ультразвуковой тракт представляется в виде трех слоев: бездефектный материал - воздушная прослойка - бездефектный материал.