Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Титановые сплавы являются важными конструкционными материалами для изготовления легких, надежных и коррозионностойких деталей механизмов и машин, элементов конструкций авиационно-космических и транспортных систем. Несмотря на большой объем проведенных исследований, проектирование 3D изделий из титановых сплавов со сложной геометрической формой, допускающих динамические воздействия при эксплуатации, представляет серьезную научно-техническую задачу. Сложности прогнозирования механического отклика титановых сплавов обусловлены чувствительностью их деформационных и прочностных свойств к изменению фазового состава, зеренной структуры и текстуры при квазистатических и динамических нагрузках. Получение более полной информации о закономерностях локализации пластической деформации при квазистатическом и высокоскоростном растяжении альфа+бета титанового сплава ВТ6 (Ti-6Al-4V) и технически чистого титана ВТ 1-0 (Grade 2) способствует повышению точности прогнозов ресурса ответственных конструкций энергетических и транспортных систем, авиационно-космической техники из титановых сплавов при динамических нагрузках, а также получению требуемых прочностных и деформационных свойств титановых сплавов в результате целенаправленного изменения их структуры. В соответствии с техническим заданием проекта в 2020-2021 г проведены: - исследования влияния сложного напряженного состояния на механическое поведение и разрушение технически чистого титана ВТ1-0 (Grade 2) и альфа+бета титанового сплава ВТ6 в диапазоне скоростей деформации от 0.1 до 1000 1/c. Испытания проводились на стенде Instron VHS 40/50-20 на плоских образцах с постоянным сечением рабочей части и образцах с надрезом. Поля деформаций в образце определялись методом корреляции цифровых изображений (DIC). - исследования влияния параметра трехосности напряженного состояния на распределение пластических деформаций в объеме титановых сплавов с различной фазовой структурой (ВТ1-0, ВТ6) при квазистатическом и динамическом нагружении; - исследования распределений пластических деформаций при зарождении микроповреждений, стадии формирования и роста трещины в титановых сплавах с различной фазовой структурой; - исследования влияния комбинации скорости деформации и параметра трехосности напряженного состояния на пластичность, закономерности деформационного упрочнения титановых сплавов с разным фазовым составом на примере сплавов ВТ1-0, ВТ6. При выполнении проекта были получены новые экспериментальные данные об эволюции полей перемещений и деформаций во времени плоских образцов титановых сплавов ВТ1-0, ВТ6 с радиусами надрезов 10,5, 2.5 мм и образцов без надрезов при растяжении со скоростями деформации 0.1, 100, 1000 1/c при комнатной температуре Анализ эволюции полей деформации показал, что технически чистый титан ВТ1-0 разрушается за счет зарождения, роста и слияния микроповреждений в полосах локализованной пластической деформации. Обнаружено, что снижение сопротивления деформированию из-за разогрева материала в зоне локализации деформации в результате диссипации работы напряжений, приводит к уменьшению чувствительности предельных деформаций к концентратору напряжений в технически чистом титане (сплаве ВТ1-0). Отметим, что при скорости деформации 1000 1/c влияние сложного напряженного состояния на предельную деформацию до разрушения сплава ВТ1-0 минимально. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в сплаве ВТ6 трещина зарождается в зоне наибольшего градиента эквивалентной пластической деформации, реализующегося вблизи полос локализации. Поэтому влияние параметра трехосности напряженного состояния на предельные деформации в сплаве ВТ6 сохраняется с ростом скорости деформации в диапазоне от 0.1 до 1000 1/с. В результате проведенных экспериментальных исследований получены диаграммы деформирования титановых сплавов ВТ1-0 и ВТ-6 (зависимости технических напряжений от условных деформаций, истинных напряжений от истинных деформаций) при растяжении плоских гладких образцов и образцов с надрезами, имевших радиусы 10, 5, 2.5 мм. Диаграммы деформирования получены при скоростях эффективной деформации 0.1, 100, 1000 1/с при комнатной температуре. Результаты выполненных исследований по проекту указывают на то, что скорость деформации и вид напряженного состояния относятся к факторам, определяющим развитие разрушения альфа и альфа+бета титановых сплавов при растягивающих нагрузках, и должны быть учтены для получения адекватного прогноза ресурса изделий.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В типичных технических приложениях и в процессе изготовления элементов конструкций титановые сплавы часто подвергается высокоскоростной деформации. Установлено, что при высоких скоростях деформации элементов конструкций из титановых сплавов происходит разогрев зон, в которых протекают пластические деформации. Повышение температуры в объеме титановых сплавов сопровождается существенным термическим разупрочнением. Это приводит к неустойчивости пластического течения и образованию полос локализованного сдвига. Результаты теоретических и экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что вид напряженного состояния является фактором, влияющим на процессы зарождения и роста повреждений, приводящих к вязкому разрушению. Прогнозы протекания процессов зарождения и роста пор в условиях локального разогрева, термического разупрочнения деформируемых альфа титановых и других ГПУ сплавов, и как следствие, прогноз развития пластической деформации и повреждений в пространственных конструкциях на основе лишь регистрируемых данных об интегральных усилиях и перемещениях на поверхности образцов является затруднительным. В связи с этим в соответствии с техническим заданием проекта в 2021-2022 г. были проведены: - исследования влияния сложного напряженного состояния на механическое поведение и разрушение сплава ВТ5-1 при повышенной температуре 673 К в диапазоне скоростей деформации от 0.1 1/c до 1000 1/c. Испытания проводились на стенде Instron VHS 40/50-20 на плоских образцах с постоянным сечением рабочей части и образцах с надрезом. Поля деформаций в образце определялись методом корреляции цифровых изображений (DIC) ; - исследования влияния параметра трехосности напряженного состояния на распределение пластических деформаций в объеме сплава ВТ5-1 при квазистатическом и динамическом нагружении; - исследования распределений пластических деформаций при зарождении микроповреждений, на стадии формирования и роста трещины в титановом сплаве ВТ5-1; - исследования влияния комбинации скорости деформации и параметра трехосности напряженного состояния на пластичность при повышенной температуре, закономерности деформационного упрочнения альфа титановых сплавов на примере сплавов ВТ5-1 и ВТ1-0 и двухфазных альфа+бета титановых сплавов на примере сплава ВТ6 в широком диапазоне температур методом обратного компьютерного моделирования; -исследования механического поведения ГПУ сплавов в широком диапазоне скоростей деформации и температур методом имитационного моделирования. При выполнении проекта были получены новые экспериментальные данные об эволюции полей перемещений и деформаций во времени плоских образцов сплава ВТ5-1 с радиусами надрезов 10 мм,5 мм, 2.5 мм и образцов без надрезов при растяжении с эффективными скоростями деформации 0.1 1/c, 100 1/c, 1000 1/c при повышенной температуре. В результате проведенных экспериментальных исследований получены диаграммы деформирования сплава ВТ5-1 при растяжении плоских гладких образцов и образцов с надрезами, имевших радиусы 10 мм, 5 мм, 2.5 мм. Для моделирования механического поведения титановых сплавов при квазистатических и динамических нагрузках в широком диапазоне температур был разработан алгоритм, реализованный в виде программы на фортране 90. Программа выполняет следующие функции: обеспечивает расчет напряжений, деформаций, неупругих деформаций, параметра поврежденности при численном моделировании механического поведения альфа фазы титановых сплавов при квазистатических и динамических нагрузках, включая ударно-волновые воздействия. При выполнении прочностного анализа конструкций программа позволяет адекватно описывать процессы упругопластического деформирования с учетом нелинейного деформационного упрочнения, скоростной чувствительности напряжения течения, влияния температуры на физико-механические свойства и кинетику зарождения и роста повреждений ГПУ сплавов. Результаты, полученные в рамках проекта, о совместном влиянии сложного напряженного состояния и скорости деформации на предельные деформации альфа и альфа+бета титановых сплавов показали, что снижение эффективного предельного удлинения может быть связано как с интенсивной локализацией, так и с зарождением и ростом пор в условиях несовместности деформаций. Результаты исследования указывают на то, что в условиях динамических воздействий в широком диапазоне скоростей деформации и температур вид функциональной зависимости деформации до разрушения от параметра трехосности напряженного состояния может варьироваться с температурой и эффективной скоростью деформации. Было обнаружено в натурном эксперименте и численных расчетах, что уменьшение минимального сечения рабочей части с ростом деформации происходит неравномерно в условиях локализации пластического течения и больших степеней пластических деформаций. Кроме того, образование полос локализации приводит к несимметричному искажению рабочей части образцов. Результаты численных экспериментов показали, что модель, учитывающая дилатансию, возникающую при зарождении несплошностей материала из-за несовместности деформаций, позволяет получить гетерогенное развитие пластической деформации с образованием полос локализованного сдвига, что обеспечивает согласие результатов моделирования с экспериментальными данными.