Influence of high-pressure torsion on mechanical and fatigue properties of VT6 alloy

Abstract

В данной дипломной работе изучается влияние размера образца на механические и усталостные свойства крупнозернистого титанового сплава Ti-6Al-4V (ВТ6). Также изучено влияние интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) с последующей термической обработкой на его механические свойства. Механические и усталостные испытания для мелкозернистого и крупнозернистого материала проводились с использованием новой экспериментальной методики. Усталостные свойства определяют будущую область применения нового материала. Проблема заключается в том, что после ИПДК размеры получившихся дисков, как правило, не превышают 20 миллиметров в диаметре. Таким образом, сравнительный анализ механических и усталостных свойств малых образцов со стандартными ASTM имеет большое значение для оценки влияния размера. Были предложены геометрии образцов, а также оригинальное экспериментальное оборудование для обеспечения тестирования. Сравнение диаграмм деформирования показывает соответствие механических свойств. Анализ полученных диаграмм усталости показывает совпадение во время малоцикловых испытаний, несмотря на наблюдающееся расхождение в многоцикловых испытаниях. Так, предел выносливости сплава, представленного образцами малого размера меньше, чем стандартного. Механические испытания сплава ВТ6, подвергнутого обработке ИПДК и последующему отжигу представлены ​​с использованием оригинального экспериментального испытательного оборудования. Результаты работы показывают возможность использовать предложенную экспериментальную технику для механических и усталостных испытаний образцов малых размеров, изготовленных из дисков диаметра 20 миллиметров. А результаты сравнения данных могут быть использованы для масштабирования усталостных свойств, к образцам стандартного размера.

Diploma thesis represents specimen size effect on mechanical and fatigue behavior of coarse-grained (CG) titanium alloy Ti-6Al-4V (VT6). The influence of high pressure torsion (HPT) with subsequent thermal treatment on it's mechanical properties are also presented. Mechanical and fatigue properties for both states of material (CG and UFG) were carried out using novel experimental technique. Fatigue behavior is the one that determine future application area of the novel material. The problem is that after HPT process a specimens size usually not exceed a 20 millimeters diameter discs. So a comparison analysis for the mechanical and fatigue properties of a small samples with the standard ASTM ones are important to estimate a size effect that can leads to possible quality verification of thermo-mechanical treatments with low production capacity. A specific specimen geometry as well as the original experimental equipment to provide test over sub-size samples is proposed. Comparison of the stress-strain diagrams shows a satisfactory mechanical properties accordance. Analysis of the obtained Wöhler diagrams reveales a coincidence during low-cycle tests. Nevertheless a discrepancy in the high-cycle test was observed. So the endurance limit of the alloy presented by small-size specimens is lower than the standard one. Mechanical test of the Ti-6Al-4V alloy subjected to HPT processing and subsequent annealing is presented using original experimental testing equipment. The results of the work shows a possibility to use proposed experimental technique for mechanical and fatigue tests over sub-size specimens prepared from 20 millimeters diameter HPT discs. A data comparison results can be used to scale up the fatigue properties to standard size samples.