Delist.ru

Деформационное поведение в области микропластической деформации титана и сплава Ti-Al-V с ультрамелкозернистой структурой при различных видах термосилового воздействия (30.08.2007)

Автор: Кашин Олег Александрович

Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой повышается сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении и при ползучести. При внешних напряжениях, соответствующих макроскопическому пределу упругости и выше, зависимость напряжения течения и ограниченного предела выносливости от величины зерна подчиняется уравнению Холла-Петча в том случае, когда при всех размерах зерен имеющиеся в ненагруженном материале дислокации заблокированы и не принимают участия в развитии пластической деформации. При наличии в ненагруженном материале подвижных дислокаций, введенных глубокой пластической деформацией при температурах, когда диффузионные процессы заторможены, соотношение Холла-Петча нарушается.

На основании полного подобия закономерностей развития микропластической деформации у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана и сплава ВТ6 при различных видах нагружения, анализа влияния термомеханических обработок и условий выполнения соотношения Холла-Петча сделан вывод о применимости развитой ранее для крупнозернистых поликристаллов модели микропластической деформации для титана и сплава ВТ6 с объёмной ультрамелкозернистой структурой. Предположено, что одним из факторов повышения величины макроскопического предела упругости и напряжения течения при формировании ультрамелкозернистой структуры является снижение эффективности формирующихся в процессе микропластической деформации концентраторов напряжений при уменьшении размера зерен.

Экспериментально показано, что макроскопический предел упругости является критической характеристикой для развития микропластической деформации и может служить нижней границей для определения предела выносливости титана и сплава ВТ6 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях при циклическом нагружении и напряжения резкого ускорения скорости ползучести на установившейся стадии при статическом нагружении.

Установлено, что в титане технической чистоты с разной концентрацией примесей при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой эффект упрочнения в области микропластической деформации практически не зависит от содержания примесей.

Разработан способ термомеханической обработки титана технической чистоты, обеспечивающий достижение максимально высоких значений усталостной прочности, заключающийся в последовательном использовании интенсивной пластической деформации при повышенных температурах (600/700 К) для формирования ультрамелкозернистой структуры и прокатки при комнатной температуре на глубокие степени деформации (80/90%) без промежуточных отжигов, что обеспечивает измельчение зерен и образование в материале подвижных дислокаций, эффективно способствующих релаксации концентраторов напряжений, возникающих в процессе циклического нагружения;

На основании исследований зернограничного внутреннего трения установлен эффект понижения температуры начала и интенсивного развития зернограничного микропроскальзывания в титане и сплаве ВТ6 при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен, обусловленный уменьшением энергии активации зернограничной самодиффузии (массопереноса). Установлено, что при ультрамелкозернистой структуре, как и при крупнозернистой структуре, энергия активации зернограничного микропроскальзывания превышает энергию активации зернограничной самодиффузии, но меньше энергии активации объемной самодиффузии.

Показано, что при использовании пластической деформации поверхности как крупнозернистого, так и ультрамелкозернистого титана в поверхностном слое формируется ультрамелкозернистая структура с размером зерен 100-200 нм. Сочетание интенсивной пластической деформации, прокатки на высокие степени деформации и поверхностного деформирования позволило повысить сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении, достичь максимальных значений микротвердости.

Установлено, что при модификации поверхностных слоев методом высокодозной ионной имплантации титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состоянии не зависимо от типа имплантируемых ионов в поверхностном слое толщиной не более 200 нм формируются мелкодисперсные выделения, которые представляют собой фазы внедрения. В результате ионной имплантации увеличивается сопротивление микропластической деформации крупнозернистого титана. Влияние ионной имплантации на деформационное поведение в области микродеформации деформированного прокаткой ультрамелкозернистого титана аналогично влиянию дорекристаллизационных отжигов: повышается сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении.

Показано, что в титане с модифицированной методами электроискрового легирования и ионного азотирования поверхностью уже при напряжениях, не превышающих предел текучести, в поверхностном слое могут формироваться микротрещины, действующие как концентраторы напряжений и приводящие к скачкообразному развитию микропластической деформации.

Разработаны установки электроискрового легирования с возможностью более широкой вариации технологических параметров по сравнению с ранее выпускавшимися. На основании полученных результатов исследований и созданного в процессе выполнения работы оборудования разработаны способы повышения стойкости режущего инструмента из сталей 65Х13 и 9ХФМ, восстановления геометрических размеров изношенных деталей, прочности композиционных материалов металл-углеродные волокна.

Цитируемая литература

Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. – М.: Логос, 2000. - 272 с.

Salishchev G.A., Galeyev R.M., Zherebtsov S.V., Mironov S.Yu., Valiakhmetov O.R., Malysheva S.P. Formation of submicrocrystalline structure in large-size billets and sheets out of titanium alloys. O.N. Senkov et al. (eds.) Metallic materials with high structural efficiency: Kluwer academic publishers. – 2004. - Р. 401-412.

Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1988. - 256 с.

Носкова Н.И., Мулюков Р.Р. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 279 с.

А.А. Ильин. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. - М.: «Наука», 1994. - 304 с.

Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов.- М.: Металлургия, 1995. – 288 с.

Цвиккер У. Титан и его сплавы. - М.: Металлургия, 1979. - 512 с.

Основные публикации по тематике работы

Коллективные монографии

Колобов Ю.Р., Валиев Р.З., Грабовецкая Г.П., Жиляев А.П., Дударев Е.Ф., Иванов К.В., Иванов М.Б., Кашин О.А., Найденкин Е.В. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. / Под ред. Ю.Р.Колобова и Р.З.Валиева. - Новосибирск: Наука, 2001. - 232 с.

Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р. Микродеформация и эволюция микроструктуры в ультрамелкозернистых титане и его сплавах при квазистатическом и циклическом нагружении // В кн. Структурно-фазовые состояния и свойства металлических систем. / Под общ. ред. А.И. Потекаева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2004. – 356 с.

Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А. Истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистых и субмикрокристаллических металлах и сплавах // В кн. Особенности структуры и свойства перспективных материалов. / Под общ. ред. А.И. Потекаева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2004. – 392 с.

Колобов Ю.Р., Шаркеев Ю.П., Абдрашитов В.Г., Кашин О.А. Разработка физических основ и компьютерное конструирование технологии ионной имплантации металлов // "Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов" в 2х томах, отв. ред. В.Е.Панин. - Новосибирск: Наука. - 1995. – Т.2. - C. 214-239. (Kolobov Yu.R., Sharkeev Yu.P., Abdrashitov V.G., Kashin O.A. Development of physical fundamentals and computer design of technology of ion implantation of metals // In: Physical Mesomechanics of Heterogeneous Media and Computer-Aided Design of Materials. Edited by Victor E. Panin. Cambridge International Science Publishing. First published June 1998. Chapter 15. P. 312-336).

Статьи в журналах

Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Эволюция структуры и механических свойств наноструктурного титана при термомеханических обработках // Материаловедение. - 2003. - №8. - С. 25-30.

Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Сагымбаев Е.Е., Дударев Е.Ф., Бушнев Л.С., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Гирсова Н.В., Столяров В.В. Структура, механические и электрохимические свойства ультрамелкозернистого титана // Изв. вузов. Физика. - 2000. - № 1. - C. 77-85

Дударев Е.Ф., О.А. Кашин, Ю.Р. Колобов, Г.П. Почивалова, К.В. Иванов, Р.З. Валиев. Микропластическая деформация поликристаллического и субмикрокристаллического титана при статическом и циклическом нагружении // Изв. вузов. Физика. - 1998.- N 12. С. 20-25.

Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Бакач Г.П., Кашин О.А., Жу Ю.Т Деформационное поведение и механические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом равноканального углового прессования // Металлы. - 2004. - №1. - с. 87-95.

Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В., Иванов М.Б., Валиев Р.З. Деформационное поведение и разрушение субмикрокристаллического титана при циклическом нагружении // Вестник СамГТУ, вып. 27, серия «Физико-математические науки». - 2004. - С. 130-135.

Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Клименов В.А., Бушнев Л.С., Сагымбаев Е.Е. Влияние ультразвукового деформирования поверхности на структуру и механические свойства поликристаллического и наноструктурного титана // Изв. Вузов. Физика, 2000, №9, с.45-50.

Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Галкина И.Г., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистом и ультрамелкозернистом титане // Изв. вузов. Физика. – 2004. - №6. – С. 39-46.

Дударев Е.Ф., Почивалов Г.П., Колобов Ю.Р., Галкина И.Г., Кашин О.А., Гирсова Н.В. Влияние глубокой пластической деформации и последующего отжига на истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистом и субмикрокристаллическом титане // Физическая мезомеханика. - 2004.- Т.7. - Ч.1, Спец. выпуск. - С. 30-33.

Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Галкина И.Г. Зернограничная неупругость субмикрокристаллических и крупнозернистых металлов и сплавов // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть 2 - С.34-37.

Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В., Иванов М.Б.. Деформационное поведение и разрушение при циклическом нагружении титановых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть2 - С.111-114.

Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Чернова Л.В. Деформационное поведение и локализация пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях в субмикрокристаллическом титане // Физическая мезомеханика. - 2001. - Т.4. - №1. - С.97-104.

Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Валиев Р.З., Столяров В.В., Сагымбаев Е.Е. Высокопрочный наноструктурный титан для медицинских имплантатов. Перспективные материалы, 2001, №6, с. 55-60.

Валиев Р.З., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Кашин О.А., Дударев Е.Ф. Медицинские имплантаты из нанокомпозита на основе технически чистого титана // Конструкции из композиционных материалов. - 2004. - №4. - С. 64-66.

Karlov A.V., Kolobov Ju.R., Sagymbajev E.E.., Buschnev L.S., Kashin O.A., Schaschkina G.A., Valiev R.S. Nanostructuriertes Hochfest-Titan als prospektives Material fur Orthopadie und Traumatologie // Biomedizinishe Technik. – 2000. - Band 45, Erganzungsband 1. - S. 111-112.

Бакач Г.П., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Кашин О.А., Валиев Р.З. Локализация пластической деформации на макромасштабном уровне в субмикрокристаллических металлах и сплавах // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть1 - С. 135-137.

Страницы: 1  2  3  4  5  6