Fatigue Resistance of the Sheets of Heat-Resistant Titanium Alloys

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of a study of the resistance to fatigue fracture of sheets made of heat-resistant titanium alloys VT18U (Ti–6.5Al–4.3Zr–2.4Sn–0.8Nb–0.7Mo–0.1Si, wt.%), VT8 (Ti–6.4Al–3.4Mo–0.3Si, wt.%), and VT25U (Ti–6.51Al–3.76Zr–1.71Sn–3.94Mo–0.5W–0.13Si, wt.%) has been presented. Fatigue curves have been obtained in the initial state and in the oxidized one after isothermal annealing at a temperature of 560 °C for 1000 h in air. It has been established that after annealing, the fatigue resistance of all oxidized alloys in the low-cycle region decreases by an order of magnitude. The fatigue limit of the oxidized alloys VT18U and VT25U does not change and is about 320 MPa. The high-cycle fatigue limit of the VT8 alloy decreases from 300 MPa in the initial state to 230 MPa in the oxidized state. It has been established that after annealing, the phase composition of an oxide of 250 nm in thickness on the surface of the alloys is different and contains the phases of anatase and rutile for the VT18U and VT25U alloys and contains predominantly rutile for the VT8 alloys, which is why the fatigue limit of the oxidized alloys differs.

About the authors

M. S. Kalienko

PSC VSMPO-AVISMA Corporation; Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Author for correspondence.
Email: kamak@yandex.ru
Russian Federation, Verkhnaya Salda, Sverdlovsk region, 624760; Ekaterinburg, 620002

A. A. Popov

Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin; Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: kamak@yandex.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620002; Ekaterinburg, 620108

A. V. Volkov

PSC VSMPO-AVISMA Corporation

Email: kamak@yandex.ru
Russian Federation, Verkhnaya Salda, Sverdlovsk region, 624760

M. O. Leder

PSC VSMPO-AVISMA Corporation; Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: kamak@yandex.ru
Russian Federation, Verkhnaya Salda, Sverdlovsk region, 624760; Ekaterinburg, 620002

A. V. Zhelnina

PSC VSMPO-AVISMA Corporation; Ural Federal University Named after the First President of Russia B.N. Yeltsin

Email: kamak@yandex.ru
Russian Federation, Verkhnaya Salda, Sverdlovsk region, 624760; Ekaterinburg, 620002

References

  1. Моисеев В.Н. Титан в России // Металловедение и термическая обр. металлов. 2005. № 8. С. 23–29.
  2. Павлова Т.В., Кашапов О.С., Ночовная Н.А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 8–14.
  3. Анташев В.Г., Ночовная Н.А., Павлова Т.В., Иванов В.И. Жаропрочные титановые сплавы / Все материалы. Энциклопедический справочник, (3). 2007. Т. 7.
  4. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС, 2009. 520 c.
  5. Калиенко М.С., Ледер М.О., Волков А.В., Берестов А.В., Желнина А.В. Исследование механических свойств и структуры листов из титановых сплавов ВТ8, ВТ18У и ВТ25У в термоупрочненном состоянии // Технология легких сплавов. 2017. № 4. С. 37–41.
  6. Пульцин Н.М. Взаимодействие титана с газами. М.: Металлургия, 1969. 216 с.
  7. Geary B., Bolam V.J., Jenkins S.L. and Davies D.P. High temperature titanium sheet for helicopter exhaust applications // Ti’1995: Science and Tecnol. Proc. 8-th World Conf. of Titanium. 1995. P. 1638–1645.
  8. Gaddam R., Antti M.L., Pederson R. Influence of alpha-case layer on the low cycle fatigue properties of Ti–6Al–2Sn–4Zr–2Mo alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2014. V. 599. P. 51–56.
  9. King J.E. Role of oxides in fatigue crack propagation // Mater. Sci. Technol. 1990. V. 6. № 1. P. 19–31.
  10. Hagiwara M., Kitashima T., Emura S. Relationship between microstructures, facet morphologies at the high-cycle fatigue (HCF) crack initiation site, and HCF strength in Ti–6242S // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 727. P. 43–50.
  11. Ashton P.J., Jun T.S., Zhang Z., Britton T.B., Harte A.M., Leen S.B., Dunne F.P. The effect of the beta phase on the micromechanical response of dual-phase titanium alloys // Int. J. Fatigue. 2017. V. 100. P. 377–387.
  12. Leoni A., Apachitei I., Riemslag A.C., Fratila-Apachitei L.E., Duszczyk J. In vitro fatigue behavior of surface oxidized Ti35Zr10Nb biomedical alloy // Mater. Sci. Eng. P. 2011. V. 31. № 8. P. 1779–1783.
  13. Apachitei I., Lonyuk B., Fratila-Apachitei L.E., Zhou J., Duszczyk J. Fatigue response of porous coated titanium biomedical alloys // Scr. Mater. 2009. V. 61. № 2. P. 113–116.
  14. Apachitei I., Leoni A., Riemslag A.C., Fratila-Apachitei L.E., Duszczyk J. Enhanced fatigue performance of porous coated Ti6Al4V biomedical alloy // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257. № 15. P. 6941–6944.
  15. Costa M.Y.P., Venditti M.L.R., Cioffi M.O.H., Voorwald H.J.C., Guimarães V.A., Ruas R. Fatigue behavior of PVD coated Ti–6Al–4V alloy // Int. J. Fatigue. 2011. V. 33. № 6. P. 759–765.
  16. Bai Y., Guo T., Wang J., Gao J., Gao K., Pang X. Stress-sensitive fatigue crack initiation mechanisms of coated titanium alloy // Acta Mater. 2021. V. 217. P. 117179.
  17. Bai Y.Y., Gao J., Guo T., Gao K.W., Volinsky A.A., Pang X.L. Review of the fatigue behavior of hard coating-ductile substrate systems // Int. J. Miner. Metall. Mater. 2021. V. 28. P. 46–55.
  18. Gribb A.A., Banfield J.F. Particle size effects on transformation kinetics and phase stability in nanocrystalline TiO2 // Am. Mineral. 1997. V. 82. № 7–8. P. 717–728.
  19. Jouanny I., Labdi S., Aubert P., Buscema C., Maciejak O., Berger M.H., Jeandin M. Structural and mechanical properties of titanium oxide thin films for biomedical application // Thin Solid Films. 2010. V. 518. № 12. P. 3212–3217.
  20. Zywitzki O., Modes T., Sahm H., Frach P., Goedicke K., Glöß D. Structure and properties of crystalline titanium oxide layers deposited by reactive pulse magnetron sputtering // Surf. Coat. Technol. 2004. V. 180. P. 538–543.
  21. Lin J., Wang B., Sproul W.D., Ou Y., Dahan I. Anatase and rutile TiO2 films deposited by arc-free deep oscillation magnetron sputtering // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. № 8. P. 084008.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».