Abnormal da/dN – ΔK curves: New failure mode with Ti – alloys

Abstract

Fatigue crack propagation (FCP) -rates and -threshold values have been determined on the titanium alloys 1M1 834. IMI 685 (turbine disk materials) and Ti-6AIMV-2Sn (plate material). K,,;,,-constant tests were executed in laboratory air at room temperature and run with 50 Hz o n C(T) specimens. It was found that FCP-rates in K,,',,-constanl tests followed the well known FCP behavior up t o a certain limiting value K,,,,,, denoted as "K,l,i,x. Below "K,,,zl,. the FCP-rates da/dN decrease with decreasing AK down to the threshold value AKT (AK for 10 ' mmicycle). For K,,,,,-constant tests with K,,,,,, > "K,,~,,. the FCP-rates initially decreased with decreasing AK, but reached Ii)-' inmicycle at smal-were never reached as AK decreased to and below AK,. Instead. as AK approaches o r gets smaller than AK.,, the FCP-rates stay either constant o r increasc again. The limit value " K , , ,~~~ for this abnormal FCP-behavior had hccn determined for IMI 834 to be 22 to 28 M P a G ; ; , for IMI 685 to be 46 M P a G and for Ti-SAI-6V-2Sn to be 26 M P a G . The important result from a practical standpoint is the large difference in "K,,,;,, for comparable Ti alloys, i. e., IMI 834 and IMI 685.Abnormale da/dN -AK Kurven: Neue Versagensart bei Ti -Legierungen ErmudungsriBwachstuni und Ermudungsschwellwerte wurden a n Ti-Legierungen untersucht, insbesonders an den Turbinenscheibenmatcrialien IMI 834, IMI 6x5 und dem Plattenmaterial Ti-6AI-6V-2Sn. Die Versuchc wurden mil der K,,,;,,-konstant Methode in Laborluft bei Raumtempcratur und einer Frequenz von SO Hz an C(T)-Probcn durchgefuhrt. Es wurde gefunden, daR das ErmiidungsriR-wachstum im K,,,,,,-konstant Versuch bis zu einer Obergrenze ''KR,lix der bckannten GesetzrnW,igkeit folgt, nach der das Ernmudungsril.(wachstuni init stcigcndem AK ansteigt. Bei einem K,:,,-konstant Vcrsuch mil K,,,,,, 2 "K,,,,, > c'Kn,z,x verringert sich die Ermudungs-riMwachstumg~schwindigkcit zuerst mit abnehmendem AK, errcicht aber nicht mehr die niedrige Geschwindigkeit entsprechend dem Ermijdungsschwellwert AKT (AK bei lo-' mm /Lastwechsel). Nahert sich das kleiner werdende AK dem AKT, dann beginnt ein anderer RiBwachstumsmechanismus zu wirkcn und die RiRwachstumsgeschwindigkeit bleibt entweder etwa konstant odcr aber nimmt mit abnehmendem AK stetig zu. Die Grenzc ''K,,,lgx fur dicses abnormale RiBwachstumsverhalten wurde fur IMI 834 mil 22 bis 28 M P a G , fur IMI 685 mit 46 M P a G und fur das Plattenmaterial Ti-6A1-6V-2Sn mit 26 M P a G bestimmt. Die wichtige Erkenntnis aus praktischer Sicht ist der relative Iinterschied in "K,,,,, fur vergleichbare TiLegierungen wic IMI X34 und IMI 685.