Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства

Исследованы особенности изготовления листовых полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой из технического титана ВТ1-0.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Малышева, С.П., Салищев, Г.А., Бецофен, С.Я.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2004
Schriftenreihe:	Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168104
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства / С.П. Малышева, Г.А. Салищев, С.Я. Бецофен // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 90-96. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168104
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1681042025-02-09T22:35:53Z Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства Виготовлення листових напівфабрикатів із технічного титану з субмікрокристалічною структурою і їхні механічні властивості Production of sheet half-finished products from titanium with submicrocrystalline structure and their mechanical properties Малышева, С.П. Салищев, Г.А. Бецофен, С.Я. Исследованы особенности изготовления листовых полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой из технического титана ВТ1-0. Processing to manufacture sheet half-finished products with submicrocrystalline (SMC) structure from commercial titanium preforms produced by warm multiple severe plastic deformation (SPD) was studied. 2004 Article Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства / С.П. Малышева, Г.А. Салищев, С.Я. Бецофен // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 90-96. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168104 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследованы особенности изготовления листовых полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой из технического титана ВТ1-0.
format	Article
author	Малышева, С.П. Салищев, Г.А. Бецофен, С.Я.
spellingShingle	Малышева, С.П. Салищев, Г.А. Бецофен, С.Я. Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства Физика и техника высоких давлений
author_facet	Малышева, С.П. Салищев, Г.А. Бецофен, С.Я.
author_sort	Малышева, С.П.
title	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
title_short	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
title_full	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
title_fullStr	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
title_full_unstemmed	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
title_sort	получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2004
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168104
citation_txt	Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства / С.П. Малышева, Г.А. Салищев, С.Я. Бецофен // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 90-96. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT malyševasp polučenielistovyhpolufabrikatoviztehničeskogotitanassubmikrokristalličeskoistrukturoiiihmehaničeskiesvoistva AT saliŝevga polučenielistovyhpolufabrikatoviztehničeskogotitanassubmikrokristalličeskoistrukturoiiihmehaničeskiesvoistva AT becofensâ polučenielistovyhpolufabrikatoviztehničeskogotitanassubmikrokristalličeskoistrukturoiiihmehaničeskiesvoistva AT malyševasp vigotovlennâlistovihnapívfabrikatívíztehníčnogotitanuzsubmíkrokristalíčnoûstrukturoûííhnímehaníčnívlastivostí AT saliŝevga vigotovlennâlistovihnapívfabrikatívíztehníčnogotitanuzsubmíkrokristalíčnoûstrukturoûííhnímehaníčnívlastivostí AT becofensâ vigotovlennâlistovihnapívfabrikatívíztehníčnogotitanuzsubmíkrokristalíčnoûstrukturoûííhnímehaníčnívlastivostí AT malyševasp productionofsheethalffinishedproductsfromtitaniumwithsubmicrocrystallinestructureandtheirmechanicalproperties AT saliŝevga productionofsheethalffinishedproductsfromtitaniumwithsubmicrocrystallinestructureandtheirmechanicalproperties AT becofensâ productionofsheethalffinishedproductsfromtitaniumwithsubmicrocrystallinestructureandtheirmechanicalproperties
first_indexed	2025-12-01T11:09:45Z
last_indexed	2025-12-01T11:09:45Z
_version_	1850303983298543616
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 90 PACS: 81.40.−z С.П. Малышева1, Г.А. Салищев1, С.Я. Бецофен2 ПОЛУЧЕНИЕ ЛИСТОВЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ТИТАНА С СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ И ИХ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1Институт проблем сверхпластичности металлов РАН ул. С. Халтурина, 39, г. Уфа, 450001, Россия E-mail: svufa@imsp.da.ru 2МАТИ – Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского Москва, Россия Исследованы особенности изготовления листовых полуфабрикатов с субмикро- кристаллической (СМК) структурой из технического титана ВТ1-0. Предвари- тельно СМК-структура была получена в заготовках теплой всесторонней интен- сивной пластической деформацией (ИПД). Заготовки имеют смешанную микро- структуру − наблюдаются высокая плотность дислокаций, зерна, субзерна, эле- менты полосовой структуры, участки с мелкими (0.1 µm) и крупными (до 1−2 µm) зернами. В образцах имеется слабая текстура. Для увеличения пластичности за- готовки отжигали при температуре возврата. Изготовлены ленты толщиной 0.8 mm и фольги толщиной 0.1 mm прокаткой при комнатной температуре. В про- цессе прокатки структура лент и фольг дополнительно измельчается, становится более однородной, в полуфабрикатах формируется типичная текстура прокатки. Тип текстуры не зависит от размера зерен заготовки, но в СМК-титане форми- руется базисная текстура при меньших степенях деформации. Ленты и фольги из СМК-титана обладают высокими механическими свойствами, которые прибли- жаются к свойствам двухфазных титановых сплавов. В промышленности технический титан используется в основном для из- готовления листовых полуфабрикатов, сочетающих высокие механические свойства с малым удельным весом и повышенной коррозионной стойко- стью. Дополнительное упрочнение листов может быть достигнуто формиро- ванием в них микроструктуры с размером зерен в десятые и сотые доли микрометра, называемой соответственно субмикро- или нанокристалличе- ской (НК) [1]. Такая микроструктура не может быть получена обычной про- каткой. Для изготовления листовых полуфабрикатов необходимо использо- вать заготовки с предварительно созданной СМК-структурой, а режимы Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 91 прокатки должны обеспечивать ее сохранение. Для получения крупногаба- ритных заготовок с СМК-структурой используются методы ИПД. Однако измельчение микроструктуры, повышая прочность титана, одновременно ведет к заметному снижению пластичности, особенно равномерной дефор- мации [2]. Очевидно, последнее может потребовать изменения режимов прокатки листов с СМК-структурой, но данные об особенностях такой про- катки в литературе практически отсутствуют. Целью настоящей работы являлось исследование влияния холодной про- катки на структуру и механические свойства ленты и фольги из техническо- го титана с СМК-структурой. Материалом исследования служил технический титан марки ВТ1-0 сле- дующего химического состава, mass%: Ti − основа, Al − 0.3; Fe − 0.3; Si − 0.1; O − 0.20; С − 0.07; N − 0.04; H − 0.01; прочие − 0.3 с кислородным экви- валентом Оeq = 0.33 mass%. СМК-состояние получали ИПД − теплой всесто- ронней изотермической деформацией (ВИД) с постепенным снижением температуры в интервале 600−400°C при скорости деформации 10−3 s−1 [2]. Каждый температурный этап деформации включал многократное проведе- ние операций осадки и протяжки со сменой оси заготовки. В результате бы- ли получены массивные заготовки размером 30×50×60 mm, из которых вы- резали образцы толщиной 3 mm для прокатки в ленту толщиной 0.8 mm и фольгу толщиной 0.1 mm. Дополнительно были получены ленты с крупно- кристаллической (КК) (30 µm) и микрокристаллической (МК) (5 µm) струк- турами. Прокатку вели при комнатной температуре на прокатном стане ЛИС6/200. Степень деформации определяли как отношение разности конеч- ной и исходной толщин к исходной толщине. Структурные исследования выполняли на просвечивающем электронном микроскопе JEM-2000EX при ускоряющем напряжении 160 кV. Изучение текстуры проводили путем съемки и построения обратных полюсных фигур (ОПФ), используя дифрактометр ДРОН-3М. Механические свойства опре- деляли растяжением плоских образцов на машине «Инстрон» при комнатной температуре со скоростью деформирования 1 mm/min. Плотность оценивали гидростатическим взвешиванием с использованием аналитических весов ВЛР-200, имеющих номинальную чувствительность 10−5 g. Микроструктура титана после ВИД представлена на рис. 1,а. Видно, что четко определяемая зеренная структура в основном отсутствует, отмечаются значительные упругие искажения, наблюдаются зерна различных размеров, в крупных зернах определяются субзерна. В структуре обнаруживаются протяженные полосы, пересекающие десятки зерен (субзерен). Присутствие элементов полосовой структуры связано с особенностями формирования СМК-структуры титана в ходе ВИД [3], когда измельчение структуры идет во время пластического течения в результате образования и развития границ де- формационного происхождения. Средний размер фрагментов и зерен в трех вза- имно перпендикулярных сечениях заготовки, определенный по темнопольным Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 92 а б Рис. 1. Микроструктура СМК-титана после ВИД (а) и холодной прокатки на ε = = 75% (б) изображениям, равен 0.2; 0.22 и 0.25 µm. Отметим, что размер крупных зе- рен достигает 2 µm, объемная доля зерен размером 1−2 µm − 30%. Элек- тронно-микроскопический анализ микроструктуры показал, что в СМК- титане присутствуют дисперсные частицы Ti5Si3 и Ti2Fe размером 50−80 nm, объемная доля которых не превышает 1%. Эти частицы выделяются в про- цессе динамического деформационного старения при подготовке СМК- структуры [4]. Измерение плотности образцов СМК-титана после ВИД показало значе- ние ρ = 4.483 ± 0.002 g/cm3, которое на 0.5% меньше плотности КК- и МК- титана (ρ = 4.505 ± 0.003 g/cm3). В работе [5] установлено, что уменьшение плотности СМК-титана связано со значительной объемной долей в нем при- граничных участков зерен с атомно-разупорядоченной структурой. Рентгеноструктурный анализ СМК-образцов, вырезанных в трех ортого- нальных направлениях, показал, что они имеют слабую кристаллографиче- скую текстуру − наблюдаются слабая текстура призматического типа в обо- их направлениях растяжения при последней осадке и слабо выраженная ба- зисная текстура в плоскости сжатия. В табл. 1 представлены механические свойства титана в различных со- стояниях. Видно, что при уменьшении зерен до СМК-величин резко (в 2 раза) возрастают прочностные показатели. В то же время наблюдается сни- жение относительного удлинения, в особенности равномерной деформации. Для увеличения пластичности при прокатке и снятия внутренних напряже- ний требуется отжиг, причем его температура должна сохранять СМК-струк- туру в образцах. На рис. 2 приведена зависимость изменения микротвердости и размера зерен СМК-титана от температуры отжига продолжительностью 1 h. Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 93 Таблица 1 Механические свойства титана ВТ1-0 в различных состояниях Состояние HV, MPa σ0.2, MPa σuts, MPa δ, % δp, % ψ, % КЗ 950/2141 275/570 420/720 29/13 17/– 73/60 МК 1670/2465 360/667 450/788 −/14 −/− −/61 СМК 2460/2727 685/714 730/872 18/18 7/− 63/63 П р и м е ч а н и е. В числителе – значения до прокатки, в знаменателе – после холодной прокатки на ε = 75%. 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 T, °C d, µ m 1000 1500 2000 2500 H µ, M Pa Рис. 2. Зависимость микротвердости (−▲−) и размера зерен d (−•−) от температуры отжига СМК-титана Видно, что СМК-образцы после ВИД имеют микротвердость около 2500 МPа, и при повышении температуры отжига до 450°C она снижается незначитель- но − до 2200 МPа. В то же время размер зерен достигает величины 0.35 µm. В интервале температур от 450 до 550°C наблюдаются сильное (до 1200 МPа) снижение микротвердости и интенсивный (до 2.8 µm) рост зерен. После- дующее увеличение температуры отжига слабо влияет на микротвердость. После отжига при 800°C ее значение снижается до 980 МPа, а размер зерен d = 30 µm. Исходя из полученных результатов, в качестве предварительного перед прокаткой был выбран отжиг при Т = 420°С. В этом состоянии рост зе- рен незначителен (d = 0.25 µm), тело большей части зерен свободно от дис- локаций. Отжиг СМК-образцов ведет к восстановлению плотности материала. Так, после отжига: при 450°C изменение плотности по сравнению с КК-титаном составляет 0.28% (ρ = 4.492 ± 0.004 g/cm3); при 500°C оно сокращается до 0.07% (ρ = 4.502 ± 0.003 g/cm3); при 800°C значение плотности (ρ = 4.504 ± ± 0.002 g/cm3) возвращается к плотности КК-материала. Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 94 Рентгеноструктурный анализ показал, что в образцах СМК-титана после отжига при 420°C исходная размытая базисная текстура еще несколько ос- лабевает, а после отжига при 800°C она отсутствует. Заготовки с СМК-, МК- и КК-структурами были деформированы на 25; 50 и 75%. В ленте с СМК-структурой после деформации 75% на боковой по- верхности появились трещины, в то же время в заготовках с крупнозерни- стой (КЗ) и МК-структурами трещины не образовывались до деформации 90%. Таким образом, допустимые деформации при прокатке СМК-титана меньше, чем в обычном материале. Поэтому после 70% деформации для ти- тана с СМК-структурой необходимо проводить промежуточный отжиг. Микроструктурные исследования СМК-ленты, деформированной на 75%, показали, что крупные зерна, которые присутствовали в исходной заготовке, не наблюдаются, при прокатке зерна и субзерна еще более измельчаются (до 0.08 µm), их равноосность сохраняется (см. рис. 1,б). В структуре имеются значительные упругие искажения, наблюдается полосчатость. В МК- и КК- образцах титана после прокатки зерна вытянутые, внутри них выявляется субструктура. Анализ ОПФ, снятых с плоскости прокатки лент с СМК- и КК-структурой, показал, что при прокатке формируется текстура базисного типа, причем в СМК-состоянии интенсивность формирования текстуры вы- ше. Так, после деформирования на 25% полюсная плотность базисного ком- понента Р002 = 4.2 для СМК-образцов и Р002 = 2.1 для КЗ. И, кроме того, в СМК-титане наиболее заметно различие между базисной ориентацией и ориентациями, удаленными от базисного компонента. При увеличении сте- пени деформации отмеченная разница уменьшается, и при ε = 75% текстуры СМК- и КК-образцов близки. Интегрированную оценку изменения текстуры при деформации дает за- висимость, представленная на рис. 3. Здесь острота текстуры F вычислялась как среднеквадратическое отклонение полюсной плотности Рhkl от единицы, соответствующей бестекстурному состоянию. Видно, что в СМК-титане формируется базисная текстура при меньших степенях деформации. Объяс- нить полученный результат можно, по-видимому, тем, что, поскольку дефор- мация СМК-материала развивается за счет образования и распространения 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 20 40 60 80 ε, % F 1 2 Рис. 3. Зависимость остроты текстуры в ленте с СМК- (1) и КЗ- (2) структурами от степени деформации при холодной прокатке Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 95 границ деформационного происхождения (согласно [6] развитие такого про- цесса свидетельствует о существенном ускорении деформационных процес- сов), то по этой причине острота текстуры в случае СМК-титана достигала максимального значения уже после первого этапа прокатки. Механические свойства ленты с различным размером зерен, вырезанной вдоль направления прокатки, представлены в табл. 1. Видно, что прочност- ные свойства всех образцов после прокатки (σ0.2 и σuts) существенно выше, чем в образцах титана до деформации. Хотя в СМК-титане ВТ1-0 прирост прочности меньше, чем у титана с большими размерами зерен, все же проч- ность СМК-титана в результате холодной прокатки увеличивается еще в 1.5 раза, достигая уровня прочности легированных титановых сплавов. При этом пластичность СМК-ленты сохраняется на том же уровне, в отличие от образцов из КК- и МК- титана после прокатки, где пластичность снижается. Механические свойства СМК-фольги измерены на образцах, вырезанных в трех различных направлениях, и приведены в табл. 2. Видно, что в СМК- фольге наблюдается незначительная (до 15%) анизотропия свойств. Таблица 2 Влияние направления вырезки образцов из фольги титана с СМК-структурой на механические свойства Направление относительно оси прокатки σ0.2, MPa σuts, MPa δ, % HV, MPa Вдоль 820 1061 13 Под углом 45° 773 940 11.8 Поперек 718 865 9.1 3099 Измерения предельного угла загиба фольги показали, что фольга сгибает- ся на 180° без разрушения. Согласно ОСТ 90027−71 требование по предель- ному углу загиба фольги титана составляет не менее 140° [7]. Важно, что такое технологическое свойство СМК-листовых полуфабрикатов, как угол загиба, оказывается на уровне листов с КК-структурой, обладающих более высокой пластичностью. Плотность СМК-ленты равна 4.482 g/cm3, а СМК-фольги − 4.481 g/cm3, что соответственно на 0.51 и 0.53% меньше плотности КЗ-титана, как и у образцов до прокатки. Близкие значения плотности СМК-листовых полу- фабрикатов и СМК-заготовок говорят о том, что холодная прокатка не при- водит к формированию пор и трещин в заготовках. Таким образом, результаты исследования показывают, что заготовки тех- нического титана с предварительно полученной СМК-структурой могут быть использованы для изготовления листовых полуфабрикатов различной толщины. Листовые полуфабрикаты с СМК-структурой обладают высокими механическими и технологическими свойствами и могут применяться для изготовления различных изделий. Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4 96 1. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин- тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). 2. С.В. Жеребцов, Р.М. Галеев, О.Р. Валиахметов, С.П. Малышева, Г.А. Салищев, М.М. Мышляев, КШП №7, 17 (1999). 3. G.A. Salishchev, S.V. Zherebtsov, S.Yu. Mironov, M.M. Myshlyaev, R. Pippan, Adv. Eng. Mater. (2004) (в печати). 4. С.П. Малышева, Г.А. Салищев, Р.М. Галеев, В.Н. Даниленко, М.М. Мышляев, А.А. Попов, ФММ 95, № 4, 98 (2003). 5. G.A. Salishchev, R.M. Galeyev, S.P. Malysheva, M.M. Myshlyaev, Nanostructured Materials 11, 407 (1999). 6. В.В. Рыбин, Большие пластические деформации и разрушение металлов, Ме- таллургия, Москва (1986). 7. В.К. Александров, Н.Ф. Аношкин, Г.А. Бочвар, Полуфабрикаты из титановых сплавов, Металлургия, Москва (1979). G.A. Salishchev, S.P. Malysheva, S.Ya. Betsofen РRODUCTION OF SHEET HALF-FINISHED PRODUCTS FROM TITANIUM WITH SUBMICROCRYSTALLINE STRUCTURE AND THEIR MECHANICAL PROPERTIES Processing to manufacture sheet half-finished products with submicrocrystalline (SMC) structure from commercial titanium preforms produced by warm multiple severe plastic deformation (SPD) was studied. It is shown that microstructure in preforms is of mixed type: submicron-sized grains and subgrains (0.1 µm), coarse grains (up to 1−2 µm), banded structure are observed. The texture in preforms is weak prominent. For cold roll- ing of ribbons and foils to prevent fracture, the preforms should be annealed at tempera- tures of recovery. Ribbons, 0.8 mm thick, and foils, 0.1 mm thick, were produced from SMC titanium by rolling. During rolling the microstructure of ribbons and foils under- goes additional refinement, it becomes homogeneous and a basal type texture is formed. The type of texture does not depend on titanium grain size but in SMC titanium the for- mation of basal components of texture occurs at less strain. Ribbons and foils from tita- nium possess excellent mechanical properties, which are not below those of some two- phase titanium alloys. Fig. 1. Microstructure of SMC-titanium after SPD (а), cold rolling up to 75% (б) Fig. 2. Dependence of microhardness (−▲−) and grain size d (−•−) on annealing tem- perature of submicrocrystalline titanium Fig. 3. Dependence of texture index in submicro- (1) and coarse-grained (2) titanium rib- bons on reduction in pass at the cold rolling

Получение листовых полуфабрикатов из технического титана с субмикрокристаллической структурой и их механические свойства

Institution

Ähnliche Einträge