Prediction of creep and long-term strength for hydrogen-charged VT6 Titanium alloy using a leader specimen

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

An extension of a previously developed method for predicting creep and long-term strength is presented. The method is based on known information concerning the behavior of a pre-tested specimen (a leader specimen or prototype) under conditions of viscous material failure and is eventually generalized to the case of exposure to an aggressive environment—hydrogen charging of metallic specimens and structural components with varying degrees of introduced hydrogen. The advantages of the developed method over more complex known models are noted. Results of the calculation of creep and long-term strength for hydrogen-charged specimens made of VT6 alloy at a temperature of 600 ∘C are presented. The research results demonstrate that the developed method not only allows us to predict the creep and longterm strength curves but even enables to plan the optimal experiments to obtain a series of creep curves under constant stress.

About the authors

Vladimir P. Radchenko

Samara State Technical University

Email: radchenko.vp@samgtu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4168-9660
Scopus Author ID: 7004402189
ResearcherId: J-5229-2013
https://www.mathnet.ru/rus/person38375

Dr. Phys. & Math. Sci., Professor; Head of Dept; Dept. of Applied Mathematics & Computer Science

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244

Elena A. Afanaseva

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: afanasieva.ea@samgtu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7815-2723
SPIN-code: 7548-9837
https://www.mathnet.ru/rus/person188683

Cand. Phys. & Math. Sci.; Junior Researcher; Dept. of Applied Mathematics & Computer Science

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244

Mikhail N. Saushkin

Samara State Technical University

Email: saushkin.mn@samgtu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8260-2069
Scopus Author ID: 35318659800
ResearcherId: A-8120-2015
https://www.mathnet.ru/rus/person38368

Cand. Phys. & Math. Sci.; Associate Professor; Dept. of Applied Mathematics & Computer Science

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya st., 244

References

  1. Lokoshchenko A. M., Il’in A. A., Mamonov A. M., Nazarov V. V. Experimental and theoretical study of the effect of hydrogen on the creep and long-term strength of VT6 titanium alloy, Russ. Metall., 2008, vol. 2008, no. 2, pp. 142–147. EDN: LLNZQN. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029508020109.
  2. Lokoshchenko A. M., Nazarov V. V., Novotny S. V., Kovalkov V. K. Experimental study of creep and long-term strength of titanium alloy VT6 at temperature 600°C, Vestn. Dvigatelestr., 2006, no. 3, pp. 56–59 (In Russian).
  3. Igumnov L. A., Kazakov D. A., Shishulin D. N., et al. Experimental studies of high-temperature creep of titanium alloy VT6 under conditions of a complex stress state under the influence of an aggressive medium, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2021, vol. 25, no. 2, pp. 286–302 (In Russian). EDN: FNTAVO. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1850.
  4. Lokoshchenko A. M. Creep and Long-Term Strength of Metals. Boca, Raton, CRC Press, 2018, xviii+545 pp. EDN: YKQNZJ. DOI: https://doi.org/10.1201/b22242.
  5. Nosov V. K., Kalachev B. A. Vodorodnoe plastifitsirovanie pri goriachei deformatsii titanovykh splavov [Hydrogen Plasticization in Hot Deforming of Titanium Alloys]. Moscow, Metallurgiia, 1986, 118 pp. (In Russian)
  6. Il’in A. A., Kalachev B.A., Nosov V. K., Mamonov A. M. Vodorodnaia tekhnologiia titanovykh splavov [Hydrogen Technology of Titanium Alloys]. Moscow, MISIS, 2002, 392 pp. (In Russian)
  7. Zwicker U. Titan und Titanlegierungen. Berlin, Heidelberg, Springer, 1974, xi+717 pp. (In German). DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-80587-5.
  8. Zwicker U. Titan i ego splavy [Titanium and Its Alloys]. Moscow, Metallurgiia, 1979, 512 pp. (In Russian)
  9. Lokoschenko A. M., Fomin L. V., Tretyakov P. M., Makhov D. D. Creep and long-term strength of hydrogen-containing VT6 titanium alloy with a piecewise constant dependence of tensile stress on time, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2023, vol. 27, no. 1, pp. 179–188 (In Russian). EDN: NCUTFK. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1971.
  10. Lokoschenko A. M., Fomin L. V., larin N. S. Creep rupture strength of rods stretched in an aggressive medium with various two-connected forms of their cross-sections, Mech. Solids, 2021, vol. 56, no. 7, pp. 1277–1294. EDN: GGQXPT. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654421070177.
  11. Basalov Yu. G., Lokoshchenko A. M., Fomin L. V. Creep and long-term destruction of a cylindrical shell in a non-stationary complex stress state in the presence of an aggressive environment, Mech. Solids, 2021, vol. 56, no. 4, pp. 523–533. EDN: UQMUCY. DOI: https://doi.org/10.3103/S002565442104004X.
  12. Larin N. S., Lokoshchenko A. M., Fomin L. V. Dependence of creep-rupture lifetime for rods under tension in an aggressive environment on the shape of a single-cell cross-section, Mech. Solids, 2019, vol. 54, no. 7, pp. 1042–1050. EDN: YTDVPN. DOI: https://doi.org/10.3103/S0025654419070057.
  13. Fomin L. V., Basalov Y. G. Long-term fracture of a composite rod under tension in creep conditions in the presence of an active medium, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2024, vol. 28, no. 2, pp. 390–400 (In Russian). EDN: WXJJNS. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2018.
  14. Igumnov L. A., Volkov I. A., Kazakov D. A., et al. Numerical simulation of the creep process of titanium alloy VT6 under a multi-axis stress state taking into account the influence of an aggressive environment, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2021, vol. 25, no. 3, pp. 435–456 (In Russian). EDN: EIPPKA. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1873.
  15. Volkov I. A., Korotkikh Yu. G. Uravneniya sostoyaniya vyazkouprugoplasticheskikh sred s povrezhdeniyami [Equations of State for Viscoelastoplastic Media with Damage]. Moscow, Fizmatlit, 2008, 424 pp. (In Russian). EDN: RYRTNT.
  16. Volkov I. A., Igumnov L. A., Korotkikh Yu. G. Prikladnaya teoriya vyazkoplasticheskosti [Applied Theory of Viscoplasticity]. Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod State Univ., 2015, 318 pp. (In Russian)
  17. Volkov I. A., Igumnov L. A. Kazakov D. A., et al. State equations of unsteady creep under complex loading, J. Appl. Mech. Techn. Phys., 2018, vol. 59, no. 3, pp. 551–560. EDN: YBWOPB. DOI: https://doi.org/10.1134/S0021894418030203.
  18. Volkov I. A., Igumnov L. A., Kazakov D. A., et al. A damaged medium model for describing the processof long-term strength of structural materials (metals and their alloys), Probl. Prochn. Plast., 2017, vol. 79, no. 3, pp. 285–300 (In Russian). DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2017-79-3-285-300.
  19. Radchenko V. P., Afanaseva E. A., Saushkin M. N. Predicting high-temperature rheological deformation and long-term strength of a viscoplastic material using a leader sample, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2023, vol. 27, no. 2, pp. 292–308 (In Russian). EDN: EPOTNP. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu2001.
  20. Radchenko V. P., Afanaseva E. A., Saushkin M. N. Using a leader sample to predict the creep and long-term strength of a material during ductile fracture, J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2024, vol. 64, no. 6, pp. 1119–1127. EDN: TEIHNL. DOI: https://doi.org/10.1134/S0021894423060238.
  21. Lundin C. D., Aronson A. H., Jackman L. A., Clough W. R. Very-short-time, very-high-temperature creep rupture of type 347 stainless steel and correlation of data, J. Basic Eng., 1969, vol. 91, no. 1, pp. 32–38. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3571023.
  22. Hoff N. J. The necking and the rupture of rods subjected to constant tensile loads, J. Appl. Mech., 1953, vol. 20, no. 1, pp. 105–108. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4010601.
  23. Mozharovskaya T. N. Relationship of the time until failure in long-term loading under conditions of the plane stressed state to the minimum rate of creep deformations, Strength Mater., 1982, vol. 14, no. 12, pp. 1635–1639. EDN: XLUTEH. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00768650.
  24. Mozharovskaya T. N., Mozharovskii V. N., Shtefan N. I. Dependence between the time to fracture and the steady-state creep strain rate of structural materials, Visnik NTUU KPI. Ser. Mashobuduvannya, 2010, vol. 59, pp. 37–40 (In Russian).
  25. Experimental-Theoretical Study of Creep and Long-Term Strength of Metals under Uniaxial and Complex Stress States, Cand. Sci. Dissertation in Phys. and Math. Moscow, Moscow State Industrial Univ., 2008, 130 pp. (In Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Experimental (solid lines) and predicted (dashed lines) creep curves for the VT6 alloy based on leader specimen 2 at a temperature of $600^{\circ} C$ with a hydrogen-ion concentration by mass $c_m=0$%; markers: 1—$\sigma=217$ MPa, 2—$\sigma=167$ MPa, 3—$\sigma=117$ MPa; 4—$\sigma=67$ MPa, 5—$\sigma=47$ MPa

Download (104KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Experimental (solid lines) and predicted (dashed lines) creep curves for the VT6 alloy based on leader specimen 2 at a temperature of $600^{\circ} C$ with a hydrogen-ion concentration by mass $c_m=0.1$%; markers: 1—$\sigma=217$ MPa, 2—$\sigma=167$ MPa, 3—$\sigma=117$ MPa; 4—$\sigma=67$ MPa, 5—$\sigma=47$ MPa

Download (92KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Experimental (solid lines) and predicted (dashed lines) creep curves for the VT6 alloy based on leader specimen 2 at a temperature of $600^{\circ} C$ with a hydrogen-ion concentration by mass $c_m=0.2$%; markers: 1—$\sigma=217$ MPa, 2—$\sigma=167$ MPa, 3—$\sigma=117$ MPa; 4—$\sigma=67$ MPa

Download (105KB)
Indexing metadata
5. Figure 4. Experimental (solid lines) and predicted (dashed lines) creep curves for the VT6 alloy based on leader specimen 2 at a temperature of $600^{\circ} C$ with a hydrogen-ion concentration by mass $c_m=0.3$%; markers: 1—$\sigma=217$ MPa, 2—$\sigma=167$ MPa, 3—$\sigma=117$ MPa

Download (46KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».