Физика/2. Физика твердого тела
К.т.н.
Шляхова Г.В., д.ф.-м.н. Данилов В.И., д.ф.-м.н. Зуев Л.Б.,
к.т.н. Ерошенко А.Ю., д.ф.-м.н. Шаркеев Ю.П.
Институт
физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия
Особенности микроструктуры и деформационного поведения СМК титана ВТ1-0,
полученного методом интенсивной пластической деформацией
Металлы и сплавы с ультрамелкозернистой
структурой обладают повышенными функциональными и механическими свойствами и
имеют специфическое деформационное поведение. Особенно это важно учитывать при
разработке изделий из ультрамелкозернистых материалов, работающих в условиях
различных видов нагружения [1-3]. В работе предпринято исследование
деформационного поведения и локализации пластического течения на
мезоскопическом уровне субмикрокристаллического титана.
Материалы
и методика эксперимента. В качестве
объекта исследования был выбран технически чистый титан марки ВТ1-0. Для
получения субмикрокристаллического состояния в заготовках титана применяли метод многократного одноосного прессования (аbc-прессование) в сочетании с прокаткой в ручьевых
валках при комнатной температуре. Из полученных прокаткой полос были
изготовлены плоские образцы для растяжения с размерами рабочей части 1×6×40 мм3.
Исходная микроструктура заготовки титана, до
испытания на растяжение представлена на рис.1. Видно, что в титане формируется
зеренно-субзеренная структура (фиг.1 а-б). На светлопольных изображениях
микроструктуры наблюдаются большое количество экстинкционных контуров, что
свидетельствует о достаточно высоких внутренних напряжениях и о значительной
кривизне кристаллической решетки. Средний размер структурных элементов составил
0,2 мкм.
Анализ состояния поверхности образца после
одноосного статического растяжения выявил наличие довольно грубого рельефа,
проявившегося в виде деформационных мезополос,
которые описаны в работах [4, 5].
Фиг.1. Светлопольное с
соответствующей микродифракцией (а) и
темнопольное в рефлексе [101] (б) изображения СМК титана
Излом образцов является «чашечно-ямочным». Поперечный
размер «ямок» варьируется от 50 нм до 7 мкм. Преимущественно «ямки» имеют
равноосную форму со средним размером 2 мкм. Тонкая структура заготовки титана после
растяжения в области разрушения образца, исследовалась методом ПЭМ (фиг. 2а) и
АСМ (фиг. 2б). В целом характер микроструктуры
по сравнению с исходным состоянием не меняется. Основную долю составляют
субзерна размерами 0,1-0,4 мкм. Однако, зерна и субзерна становятся более
неравноосные, наблюдается
Фиг.2. Светлопольное
изображение СМК титана (а) и топография поверхности участка 800х800 нм (б)
преимущественная
вытянутость элементов структуры в направлении деформации. На светлопольных изображениях полученных на ПЭМ
наблюдается большое количество экстинкционных контуров, которые локализованы в
основном вдоль границ субзерен.
Заключение.
Простой и экономичный
способ осадки с трехкратным изменением оси деформирования позволяет реализовать
в технически чистом титане ВТ1-0 ультрамелкозернистое состояние со средними
размерами структурных элементов £
200 нм. Это состояние является термически стабильным и обеспечивает
механические характеристики на уровне, соответствующем высокопрочным титановым
сплавам.
Литература:
1.
Валиев Р.З., Семенова
И.П., Латыш В.В. и др. Наноструктурный титан для биомедицинских применений:
новые разработки и перспективы коммерциализации Российские нанотехнологии. –
2008. – Т.3. – №9-10. С.80-89.
2.
Шаркеев Ю.П., Поленичкин
В.К. Перспективы применения ультрамелкозернистого титана в стоматологии // Перспективные материалы. –2009. – Спец.
Выпуск. – №7. С.372-377.
3.
Дударев Е.Ф.,
Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Бакач Г.П. и др. Деформационное поведение и
механические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом
равноканального углового прессования // Металлы. – 2004. – №1. С. 87-95.
4.
Зуев Л.Б.,
Данилов В.И., Шляхова Г.В. и др. Мезо- и макроструктурная локализация
пластического течения объемного субмикрокристаллического титана // Изв. ВУЗов. Физика. –2009. – № 9/2. С 48-52.
5.
Danilov V.I., Shlyachova G.V., Zuev L.B., Orlova D.V.. Получение и технологическая пластичность технически
чистого титана в субмикрокристаллическом состоянии // Journal of International Scientific Publication:
Materials, Methods & Technologies. – 2010. – Volume 4, Part
3, р. 4-14.