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.