Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии

Проведено сопоставление механических свойств деформированного титана технической чистоты, полученного по разным технологическим схемам деформирования. Показано, что титан, полученный методами интенсивной пластической деформации, имеет значительно более высокий коэффициент линейного упрочнения. Темпе...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Подрезов, Ю.Н., Даниленко, В.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 2009
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17682
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:	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии / Ю.Н. Подрезов, В.И. Даниленко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 16. — С. 68-79. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17682
record_format	dspace
spelling	Подрезов, Ю.Н. Даниленко, В.И. 2011-03-05T23:00:25Z 2011-03-05T23:00:25Z 2009 Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии / Ю.Н. Подрезов, В.И. Даниленко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 16. — С. 68-79. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17682 669.28:539:374:669 Проведено сопоставление механических свойств деформированного титана технической чистоты, полученного по разным технологическим схемам деформирования. Показано, что титан, полученный методами интенсивной пластической деформации, имеет значительно более высокий коэффициент линейного упрочнения. Температурная зависимость этого параметра практически совпадает с температурной зависимостью предела текучести. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
spellingShingle	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии Подрезов, Ю.Н. Даниленко, В.И.
title_short	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
title_full	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
title_fullStr	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
title_full_unstemmed	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
title_sort	анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии
author	Подрезов, Ю.Н. Даниленко, В.И.
author_facet	Подрезов, Ю.Н. Даниленко, В.И.
publishDate	2009
language	Russian
publisher	Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
format	Article
description	Проведено сопоставление механических свойств деформированного титана технической чистоты, полученного по разным технологическим схемам деформирования. Показано, что титан, полученный методами интенсивной пластической деформации, имеет значительно более высокий коэффициент линейного упрочнения. Температурная зависимость этого параметра практически совпадает с температурной зависимостью предела текучести.
issn	XXXX-0048
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17682
citation_txt	Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии / Ю.Н. Подрезов, В.И. Даниленко // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2009. — Вип. 16. — С. 68-79. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT podrezovûn analizvliâniâpovtornoideformaciinamehaničeskoepovedenieobrazcovtitanaprodeformirovannyhmetodomvintovoiékstruzii AT danilenkovi analizvliâniâpovtornoideformaciinamehaničeskoepovedenieobrazcovtitanaprodeformirovannyhmetodomvintovoiékstruzii
first_indexed	2025-11-25T23:55:36Z
last_indexed	2025-11-25T23:55:36Z
_version_	1850590720898891776
fulltext	68 УДК 669.28:539:374:669 Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии Ю. Н. Подрезов, В. И. Даниленко Проведено сопоставление механических свойств деформированного титана технической чистоты, полученного по разным технологическим схемам деформирования. Показано, что титан, полученный методами интенсивной пластической деформации, имеет значительно более высокий коэффициент линейного упрочнения. Температурная зависимость этого параметра практически совпадает с температурной зависимостью предела текучести. Методы деформационного упрочнения материалов издавна признаны одними из наиболее эффективных приемов повышения механических свойств. Деформированный титан привлекает особое внимание исследователей, поскольку в литом или рекристаллизованном состояниях имеет относительно низкий предел текучести. Перевод титана в деформированное состояние позволяет решить вопрос повышения предела текучести, однако создает новые проблемы, связанные с высокой склонностью к локализации деформации и, как следствие, к низкому сопротивлению усталости и большой анизотропии структуры и свойств. Поэтому до настоящего времени продолжаются поиски новых методов пластической деформации титана. Учитывая, что деформированные материалы демонстрируют очень короткий участок равномерной деформации при одноосном растяжении, нами разработаны специальные методы испытания деформированных материалов на одноосное сжатие [1]. Эти методики позволяют на достаточно большом участке кривой истинное напряжение—истинная деформация анализировать параметры упрочнения. На рис. 1 представлена схема определения коэффициента линейного упрочнения при сжатии. Предполагается, что первичная кривая упрочнения материала (сплошная линия) и кривая упрочнения образца, предварительно продеформированного до деформации е1 (пунктирная линия), совпадают. Если в исходном образце в процессе деформации проходят все стадии эволюции структуры и достигается фиксированное значение течения σ1 при деформации е1 (рис. 1, а), то после разгрузки и повторного нагружения деформирующее напряжение σ1 достигается значительно быстрее, поскольку незначительная степень деформации нужна для реновации работы источников Франка-Рида. Участок диаграммы σ1—σ2, характеризующий кривую упрочнения предварительно продеформированного материала в интервале деформаций ∆е = е2 – е1, может быть аппроксимирован прямой линией, наклон которой соответствует скорости упрочнения материала при деформации е1. Коэффициент деформационного упрочнения сильнодеформированного материала определяется или из результатов испытания на растяжение по © Ю. Н. Подрезов, В. И. Даниленко, 2009 69 значению модуля пластичности [1] или по результатам испытаний на одноосное сжатие. Перестройка истинной диаграммы нагружения деформированного материала в координаты dσ/de—σ дает информацию об изменении скорости упрочнения образца при его нагружении. На рис. 1, б приведена пересчитанная в этих координатах кривая упрочнения титана, предварительно продеформированного прокаткой до е = 1,25. На кривой выявляются два наиболее выраженных участка: первый — участок резкого замедления скорости упрочнения, соответствующий условиям реновации источников Франка-Рида, второй — с постоянным значением dσ/de, соответствующий линейному упрочнению сильнодеформирован- ного материала. По аналогии с классической теорией упрочнения недеформированных материалов [2] нами предлагается характеризовать процесс упрочнения предварительно деформированного материала тремя параметрами: θ, КIII и σv. θ = dσ/de — модуль пластичности, который характеризует скорость линейного упрочнения деформированного материала. КIII — угол наклона на кривой dσ/de—σ на начальном участке упрочнения. С физической точки зрения параметр КIII характеризует способность деформированного материала реанимировать условия после процесса разгрузки. σIII — точка пересечения прямой начальной стадии упрочнения с осью напряжений. Формально эта точка соответствует напряжению Войса в трактовке теории Кокса [2]. Механические свойства сплава ВТ-1-0 после прокатки В данной работе эту методику использовали для сопоставления закономерностей упрочнения титана ВТ-1-0, продеформирован- ного по разным схемам до больших Рис. 2. Схема расположения образца при сжатии в прокатанном листе. Н. П . Х У Z 3x3x3 мм 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0 400 800 1200 1600 σ, MПa e e1 e2 σ1 σ2 680 720 760 800 0 2000 4000 6000 е = 1,25 dσ/de, МПа σ, МПа θ tg ϕ = KIII ϕ σIII Рис. 1. Схема определения коэффициента линейного упрочнения при сжатии: а — истинные кривые упрочнения исходного и предварительно деформиро- ванного материала; б — кривая упрочнения деформированного титана (е = = 1,25), пересчитанная в координатах dσ/de—σ. б а 70 деформаций. Исследованы параметры упрочнения титана, продеформиро- ванного прокаткой до е = 0,2—1,7 и испытанного на сжатие в трех взаимно перпендикулярных направлениях по отношению к направлению прокатки. На рис. 2 эти направления обозначенны X, Y и Z. Заготовки разных начальных размеров прокатывали при комнатной температуре на лист толщиной 3 мм. Для испытаний на сжатие образцы изготавливали в форме кубиков размером 3х3х3 мм, что позволяло проводить исследования в трех взаимно перпендикулярных направлениях без дополнительного учета формы образца. По результатам испытаний рассчитывали истинные кривые деформационного упрочнения, характер- ный вид которых для титана приведен на рис. 3 для направления Z. Кривые пересчитывали в координатах dσ/de—σ. Параметры упрочнения определяли по методике, описанной ранее (рис. 1, б). Параметры упрочнения образцов титана, продеформированного прокаткой до разных степеней деформации и испытанных на сжатие в разных направлениях, представлены в табл. 1, в которой приведены и значения предела текучести σ02 и деформирующего напряжения σ10 при деформации 10%. На рис. 4 представлена зависимость коэффициента линейного упрочнения θ от степени предварительной деформации епр для образцов, сжатых в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Из представленных результатов видно, что при испытаниях в направлениях X и Z скорость упрочнения θ уменьшается с ростом степени предварительной деформации, достигая практически нулевых значений при деформации е = 1,6. При испытаниях в направлении Y параметры упрочнения сначала снижаются с 800 до 200 МПа, однако при деформациях е > 0,8 повышаются до 350—400 МПа. Полученные результаты несколько противоречат классической теории деформационного упрочнения [2], согласно которой снижение скорости упрочнения происходит лишь при средних степенях деформации, то есть при е = 0,2—0,8, когда формируются слаборазориентированные ячейки. При больших степенях деформации, когда формируются нанозерна, 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 400 600 800 1000 1200 е σ, МПа 7 2 3 4 5 6 1 0 200 400 600 800 1000 0 0,5 1 1,5 2 Z Y X dσ/de eпр Рис. 3. Истинные кривые деформационно- го упрочнения образцов титана, продеформированного прокаткой до разных степеней деформации епр и испытанных на сжатие в направлении Z. епр = 1,6 (1); 1,25 (2); 1,0 (3); 0,8 (4); 0,5 (5); 0,35 (6); 0,18 (7). Рис. 4. Зависимость скорости упрочнения от степени предвари- тельной деформации для образцов, сжатых в направлениях Z (●), Х (▲), Y (■). епр 71 Т а б л и ц а 1. Параметры упрочнения деформированных образцов титана eпр σ02, MПа σ10, MПа θ, MПа KIII ,0 vσ MПа Направление X 0,18 418 575 827 60 537 0,36 565 750 867 13 776 0,5 570 690 430 72 642 0,7 640 745 595 35 720 1,0 615 745 274 79 721 1,25 607 635 354 169 707 1,6 705 705 0 195 752 Направление Y 0,18 395 540 514 54 519 0,36 647 660 340 347 649 0,5 630 675 224 89 683 0,7 620 705 194 46 686 1,0 655 798 398 30 780 1,25 705 815 351 47 793 1,6 700 800 440 37 805 Направление Z 0,18 470 605 722 11 603 0,36 595 735 428 9 790 0,5 610 810 428 16 805 0,7 573 677 427 66 836 1,0 730 970 208 83 959 1,25 760 930 156 37 009 1,6 860 980 36 80 987 согласно деформационной теории, скорость упрочнения должна сохра- няться постоянной. Наблюдаемое в нашем эксперименте уменьшение скорости упрочнения при больших степенях предварительной деформации обусловлено, по-видимому, проявлением кристаллографической анизотро- пии, которая у прокатанных образцов выражена наиболее сильно именно в направлениях X и Z (рис. 4). Указанные особенности упрочнения сильнодеформированных материалов проявляются и при их испытаниях на растяжение на стадии шейкообразования. Номинальные кривые упрочнения при растяжении исследованных титановых сплавов представлены на рис. 5. Из графиков видно, что все образцы имеют достаточно малую область равномерной деформации, поскольку в них достаточно быстро достигается условие Консидера, соответствующее моменту образования шейки: dσ/dε = σ. Дальнейшее развитие шейки должно идти тем быстрее, чем меньше скорость упрочнения деформированного материала. Учитывая, что испытания на растяжение проводились в направлении Х, следовало ожидать возрастания скорости локализации с увеличением деформации. 72 0 . 0 0 0.0 4 0 . 0 8 0 .12 0.16 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 σ, MПа εпл 7 21 3 5 4 6 8 σ, МПа x y z e Рис. 5. Номинальные кривые упрочнения деформированного титана, испытанного на растяжение. епр = 1,6 (1); 1,25 (2); 1,0 (3); 0,8 (4); 0,5 (5); 0,35 (6); 0,18 (7); 8 — РКУП. Рис. 6. Кривые упрочнения сплава ВТ-1-0 после предва- рительной деформации прокат- кой до епр = 1,6. Действительно, на рис. 5 видно, что скорость образования шейки существенно повышается при увеличении предварительной деформации от 0,2 до 0,8. Однако при дальнейшем увеличении деформации скорость образования шейки значительно замедляется и, как следствие, полное удлинение сильнодеформированных образцов (кривые 1—3 на рис. 5) оказывается несколько больше, чем у менее деформированных (кривые 4—6 на рис. 5), что объясняется особенностями шейкообразования прокатанных образцов. Из-за анизотропии шейкообразования такой образец в месте разрыва имеет форму эллипса, а максимальное сужение происходит в направ- лении оси Y. То есть именно в том направлении, в котором коэффициент упрочнения не уменьшается при больших деформациях (кривая У на рис. 4). Особенно сильно анизотропия упрочнения в прокатанных образцах проявляется при больших степенях деформации. Это следует из сравнения кривых упрочнения при сжатии сильнодеформированных прокаткой образцов (епр = 1,6) в трех взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 6). В направлении приложения усилия прокатки (направление Z) образец демонстрирует деформирующее напряжение примерно на 30% больше, чем в других направлениях. Проведенные эксперименты показали, что титановые образцы, продеформированные прокаткой, в полной мере проявляют недостатки механического поведения деформированных металлов, обусловленные высокой склонностью к локализации деформации и, как следствие, низким сопротивлением усталости, а также большой анизотропией структуры и свойств. Для устранения этих недостатков разработаны новые схемы интенсивной пластической деформации [3—5]. Механические свойства сплава ВТ-1-0 после РКУ-прессования В начале 70-х годов в Физико-техническом институте НАН Беларуси разработан процесс равноканального углового прессования (РКУП) [3]. В основе этого метода лежит концепция реализации явления простого сдвига материала, что позволяет модифицировать структуру и изменять свойства практически без изменения линейных размеров образца. Метод 73 РКУП предназначен для создания однородной пластической деформации в разных системах материалов без существенного изменения поперечного пересечения и формы деформированных образцов. Представляло интерес проанализировать законы деформационного упрочнения в образцах, продеформированных по схеме, позволяющей варьировать направление деформации. Таким методом деформации является РКУ-прессование. При такой схеме деформирования плоскость максимального сдвига может изменяться после каждого прохода. Деформирование проводилось по методике, описанной в работах [3, 4]. Образцы имели прямоугольную форму (14х14х150 мм), которая сохраня- лась на протяжении всего испытания. Эксперименты выполнялись на том же малолегированном титане. Направление РКУ-прессования менялось после каждого прохода. Образец был продеформирован за 4 прохода при температуре 375 °С. Истинная деформация за каждый проход составляла е ~ 1. Таким образом, суммарная деформация образцов составила е ~ 4. Образцы испытывали на сжатие в трех плоскостях, расположенных параллельно плоскостям прямоугольного образца после равноканально- углового прессования (далее РКУП-образец) (см. рис. 2), а также в плоскости, параллельной плоскости легкого сдвига при последнем прессовании (она расположена под углом 45° к основанию образца и обозначена Т). Кроме того, проведены испытания на растяжение образцов, вырезанных вдоль длинной оси заготовки. Результаты экспериментов на сжатие приведены на рис. 7, а, б. Кривые упрочнения для трех взаимно перпендикулярных направлений практически не отличаются, а для плоскости легкого сдвига упрочнение примерно на 100 МПа выше. По параметрам упрочнения РКУП-образец превосходит прокатанные образцы, хотя его температура деформирования примерно на 300 °С выше. Обращает на себя внимание очень высокая скорость линейного упрочнения. Согласно условиям Консидера, такой образец при растяжении должен очень медленно формировать шейку. Все образцы демонстрируют очень высокий коэффициент линейного упрочнения θ = 700—800 МПА, который по абсолютному значению близок к пределу текучести материала. Эксперименты на растяжение (см. рис. 5, кривая 8) показали, что в РКУП-образце шейка действительно формируется медленнее, чем в про- 0 0 . 05 0 . 1 0 0 . 1 5 0.20 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 e x y z T σ, МПа 800 900 1000 1 1 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 x y Tz σ, МПа dσ/de, МПа Рис. 7. Кривые упрочнения РКУП-титана, полученного РКУ-прессованием и испытанного на сжатие в координатах σ—епл (а) и dσ/de—σ (б). а б 74 катанных образцах, однако, вопреки ожиданиям, значительно быстрее, чем в рекристаллизованных. По-видимому, эффект текстуры начинает проявляться сразу, как только схема испытаний меняется на одноосную. Поскольку РКУП-образцы демонстрируют резерв деформационного упрочнения, представляло интерес дополнительно продеформировать их низкотемпературной прокаткой. Брусок РКУП-титана высотой 13 мм разрезали на две пластины высотой 4,6 и 8,4 мм, которые затем прокатывали с шагом 0,2 мм за проход до толщины 3 мм при комнатной температуре. В дополнение к РКУП-деформации деформация после прокатки для первого образца составила е = 0,5, для второго — 1. По аналогии с первыми экспериментами прокатанные образцы испытаны на сжатие в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Истинные кривые деформационного упрочнения представлены на рис. 8, а, б. Прежде всего, следует отметить очень высокие значения предела текучести и деформирующего напряжения образцов, сжатых в направлении Z. У первого образца предел текучести достигал 1000 МПа, у второго — 1200 МПа, а максимальное деформирующее напряжение второго образца составило 1300 МПа. Эти значения близки к рекордным для деформированного титана технической чистоты. В направлениях X и Y эти значения заметно ниже, однако тоже находятся на уровне 1000 МПа. Анализ кривых упрочнения для образцов, испытанных в направлении Z, затруднен, поскольку в них достаточно быстро начинается локализованная деформация и, в конце концов, образцы разрушаются путем локализованного сдвига по плоскости, совпадающей с плоскостью легкого сдвига при последнем проходе РКУП. В двух других плоскостях анализ параметров упрочнения проведен в соответствии с методикой, представ- ленной на рис. 1, б. Данные об этих параметрах приведены в табл. 2. Следует отметить, что абсолютные значения скорости упрочнения образцов, продеформированных по схеме РКУП + прокатка, хорошо совпадают со значениями, полученными на образцах, продеформирован- ных прокаткой до тех же степеней деформации (см. табл. 1). В частности, после больших степеней деформации прокаткой образцы, сжатые в направлении Х, демонстрируют практически нулевую скорость упрочнения, а образцы, продеформированные в направлении Y, упрочняются со скоростью 400 МПа. Напомним, что этот эффект объяснялся нами возник- 0 0 . 050 0 . 1 0 0 0 . 150 0.200 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 σ, МПа x y z e 0 0.050 0.100 0.150 0 . 2 0 0 0 . 2 5 0 400 600 800 1000 1200 1400 z x y σ, МПа e Рис. 8. Кривые деформационного упрочнения титана, продеформированного по схемам: РКУП + 33 (а) и 50% прокатки (б). а б 75 Т а б л и ц а 2. Результаты расчетов параметров упрочнения деформированных образцов РКУП-титана, подвергнутого дополнительной прокатке eпр Направление сжатия σ02, MПа σ10, MПа θ, MПа KIII ,0 vσ MПа X 742 910 530 67 900 Y 769 890 500 75 872 0,5 Z 998 1065 — — — X 665 930 195 69 940 Y 865 1015 400 83 1008 1 Z 1200 1298 — — — новением кристаллографической текстуры после прокатки. По-видимому, после прокатки РКУП-образцов проявляется кристаллографическая текстура, что приводит к снижению θ, однако это происходит при более высоких значениях напряжения течения по сравнению с традиционной прокаткой (примерно на 300 МПа). Этот же эффект, очевидно, является причиной того, что в РКУП-образ- цах не наблюдается затруднения шейкообразования в экспериментах на растяжение, несмотря на приближение параметра скорости упрочнения к значению напряжения течения, что соответствует выполнению условия Консидера. По-видимому, даже незначительное поперечное сужение образца при растяжении приводит к уменьшению скорости упрочнения за счет текстурных изменений и, как следствие, к локализации деформации в шейке. Проведенные нами механические испытания деформированного титана, полученного по стандартным деформационным технологиям методами РКУ-прессования [3, 4], показали, что материалы, продеформированные интенсивной деформацией, имеют ряд интересных особенностей: они демонстрируют очень высокий коэффициент деформационного упрочнения, а также способность дополнительного повышения механических свойств при следующей деформации прокаткой. Механические свойства сплава ВТ-1-0 после винтовой экструзии Методология интенсивной пластической деформации (ИПД) была раз- вита украинскими учеными (Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАН Украины), которые разработали новую технологию получения объемных наноматериалов деформационного происхождения с помощью винтовой экструзии [5] (рис. 9). Метод ИПД также позволяет получать большие деформации образцов, практически не изменяя их исходные размеры. Брусок титанового сплава ВТ-1-0 размером 30х50х90 мм деформиро- вали методом винтовой экструзии по схеме: 4 прохода при 400 °С + + 1 проход при 20 °С. После экструзии из деформированного материала изготовлены образцы для одноосного растяжения и одноосного сжатия. На этих образцах исследована температурная зависимость стандарт- ных механических характеристик и параметров упрочнения в диапазоне 20—500 °С. Образцы на сжатие испытаны в трех взаимно перпендикуляр- ных направлениях: высокая грань — в направлении Y, более широкая — 76 γ Рис. 9. Общая схема винтовой экструзии. в направлении Х, самая узкая — в направле- нии Z. Кривые упрочнения для сжатия при комнатной температуре приведены на рис. 10, а. Абсолютные значения предела текучести σ02 вдоль оси Х составили 630 МПа, по оси Y — 520 МПа и по оси Z — 600 МПа. Угол наклона на линейной стадии упрочнения очень высокий, поэтому коэффициент линейного упрочнения во всех случаях находится в пределах 700—850 МПа. На рис. 10, б эти данные перестроены в координатах dσ/dе—σ. Результаты свидетельствуют о наличии стадии линейного упрочнения, которая, по нашему мнению, отвечает структуре с высоко- угловыми границами. Поскольку после винтовой экструзии образец имеет значительно бόльшие линейные размеры, чем после РКУ-прессования, появилась возможность исследовать температурную зависимость параметров упрочнения при испытаниях на растяжение и сжатие. Данные о температурных зависимостях предела текучести и коэффициента линейного упрочнения при сжатии приведены в табл. 3. Из результатов следует, что коэффициент линейного упрочнения в образцах, полученных интенсивной пластической деформацией, выше предела текучести не только при комнатной температуре (как было показано ранее на РКУП- образцах), но и во всем исследованном диапазоне температур. Анализ абсолютных значений параметров упрочнения показал, что образцы титана, продеформированного винтовой экструзией, демонстри- руют очень высокий коэффициент линейного упрочнения, даже несколько выше, чем при РКУ-прессовании. Отметим, что в этом случае условие Консидера не выполняется и образец локализоваться не должен. Однако, как и в случае РКУ-прессования, испытания на растяжение показали, что исследованные образцы локализуются достаточно быстро. Полная деформация растянутого образца составляет 9%, а равномер- ная — 2,5%. Наблюдается слабая скоростная чувствительность предела 000 010 020 030 5 0 0 . 0 0 6 0 0 . 0 0 7 0 0 . 0 0 8 0 0 . 0 0 9 0 0 . 0 0 1 0 0 0 . 0 0 y z x σ, МПа e 600.00 700.00 800.00 90 0 . 0 0 1 0 0 0 . 0 0 0.00 2000.00 4000.00 6000.00 8000.00 x z y dσ/de, МПа σ, МПа Рис. 10. Кривые упрочнения титана, продеформированого винтовой экструзией и испытанного на сжатие в разных плоскостях: а — первичные кривые; б — пересчитанные в координатах dσ/de—σ. а б 77 Т а б л и ц а 3. Влияние температуры на параметры упрочнения титана, деформированного винтовой экструзией, при сжатии и растяжении Сжатие Растяжение Температу- ра, °С σ02, MПа θ, MПа σ02, MПа θ, MПа 20 655 800 660 680 100 564 751 630 669 200 445 721 540 618 300 370 638 482 417 400 343 440 350 310 500 302 281 192 164 текучести. При скорости деформации 10-3 предел текучести σ02 составляет ~660 МПа, при скорости деформации 10-4 — 610 МПа. При исследовании температурной зависимости в интервале 20—500 °C проводили испытания образцов, растянутых вдоль оси Y, и испытания на сжатие вдоль оси Х. Для сравнения закономерностей упрочнения важно выбрать одинаковое направление формоизменения образцов: в обоих случаях уменьшение размера происходило вдоль направления Х. Представ- ляло интерес проанализировать и сопоставить значения предела текучести при растяжении и сжатии с параметрами линейного упрочнения материала при этих же температурах. Параметр линейного упрочнения при растяжении определяли по методике расчета модуля пластичности, описанной нами в работе [1]. Результаты исследований приведены в табл. 3. Температурные зависимости предела текучести и коэффициента линейного упрочнения при растяжении представлены на рис. 11. Из рис. 11 видно, что при всех температурах значения напряжения течения и коэффициенты линейного упрочнения соизмеримы. Падение предела текучести с температурой указывает на термоактивационную природу движения дислокаций. Практическое совпадение значений предела текучести и коэффициента линейного упрочнения θ при всех темпера- турах свидетельствует об атермическом характере коллективных про- цессов взаимодействия между дислокациями, которые отвечают за процесс структурообразования в сильнодеформированных материалах. Следует отметить, что полученные результаты отличаются от аналогичных результатов для титана, продеформированного прокаткой (рис. 12). В случае прокатки коэффициент линейного упрочнения в низко- температурном интервале 20—300 °С ниже предела текучести (поэтому имеет место быстрая локализация), а температурная зависи- мость параметра θ выше 400 °С пересекает температурную зависимость предела текучести и, как следствие, при этой температуре появляется значительная равномерная деформация. Нарушение подобия хода кривых предела текучести и коэффициента линейного упрочнения может свидетельствовать об изменении механизма структурообразования при повышении температуры в прокатанных образцах. В случае винтовой экструзии нарушения подобия хода кривых не наблюдается даже при температуре 500 °С, хотя общая деформация с ростом температуры несколько увеличивается (от 9% при комнатной 78 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 σ, МПа T, °С θ σ02 0 200 400 600 800 1000 1200 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 σ, МПа T, °С θ σ02 Рис. 11. Температурная зависимость параметров упрочнения титана, продеформированного винтовой экструзией (одноосное растяжение). Рис. 12. Зависимость предела теку- чести и модуля пластичности от температуры испытаний сильно- деформированного титана (е = 1,6). до 20% при 500 °С). Из этого сопоставления следует, что при интенсивной деформации возникает структура, более стабильная к структурным перестройкам при повторном нагружении. Отметим, что, несмотря на невыполнение условия Консидера, у образцов, подвергнутых винтовой экструзии, процесс шейкообразования происходит достаточно быстро при всех температурах испытаний. Равномерная деформация во всех случаях не превышает 4%, а суммар- ная — не больше 10%. Это несоответствие может быть вызвано тем, что во время растяжения разрушаются перенапряженные границы раздела, а образовавшиеся трещины становятся источниками порообразования. Рост пористости, как известно [6], приводит к резкому снижению равномерной деформации материала. Косвенным подтверждением этого являются результаты фрактографического анализа (рис. 13). На рис. 13 видно, что образцы, полученные винтовой экструзией, разрушаются с формированием ямочного излома с крупными порами. Более того, при большом увеличении наблюдаются фрагменты хрупкого разрушения, что совсем не характерно для пластичных титановых сплавов (рис. 14). Таким образом, титан, продеформированный методами интенсивной деформации, имеет более высокий коэффициент линейного упрочнения на стадии формирования деформационной наноструктуры и, как следствие, менее склонен к локализации. Поэтому при усталостных нагрузках эти а б Рис. 13. Поверхность разрушения титана, деформированного прокаткой (а) и винтовой экструзией (б). 79 Рис. 14. Наличие элементов хрупкого излома на поверхности разрушения титана, продеформированного винто- вой экструзией. материалы имеют преимущества перед материалами, продеформи- рованными по обычным схемам. Выводы Предложена методика исследования законов упрочнения сильнодефор- мированных материалов методом одноосного сжатия. В качестве параметров предлагается использовать величины θ, КIII и σIII. Титан технической чистоты, продеформированный методами интенсивной пластической деформации, при испытаниях на одноосное растяжение и одноосное сжатие демонстрирует значительно более высокие прочностные характеристики и коэффициенты линейного упрочнения, чем продеформированный до больших степеней деформации по традиционным схемам (прокатка). Обнаружено существенное различие влияния степени деформации на параметр θ прокатанного титана и титана, продеформированного методом РКУ-прессования: в первом случае параметр θ резко снижается с увеличением деформации, во втором — сохраняет высокие значения до больших степеней и во всех направлениях. При прокатке РКУП-титана существенно возрастает предел текучести, но снижается коэффициент линейного упрочнения. Исследование температурной зависимости коэффициентов линейного упрочнения титана, подвергнутого ИПД, показало, что при всех температурах значения напряжения течения и коэффициенты линейного упрочнения практически совпадают. Такое совпадение свидетельствует о едином характере термоактивационных процессов на начальных стадиях деформации и на стадии формирования деформационной наноструктуры. Совпадение температурных зависимостей предела текучести и коэффициента линейного упрочнения свидетельствует об атермическом характере коллективных процессов взаимодействия между дислокациями, которые отвечают за процесс структурообразования в сильнодеформиро- ванных материалах. 1. Подрезов Ю. Н. Структурная чувствительность механических свойств наноматериалов // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — 14, № 4. — С. 42—51. 2. Kocks U. F., Mesking H. // Progress in Materials Science. — 2003. — 48. — Р. 171—273. 3. Сегал В. М., Резников В. И., Копылов В. И. и др. Процессы пластического структурообразования металлов. — Минск: Наука и техника, 1994. — 232 с. 4. Kopylov V. I. Application ECAP technology for producing nano- and microcristalline marerials // Investigation and Application of Severe Plastic Deformation: Proc. of NATO ARW, Moscow, Russia, 1999 / Ed. by Lowe T. C. and Valiev R. Z. — KAP: Netherland. — Р. 23—29. 5. Beygelzimmer Y., Varyukhin V., Orlov D. On ultrafine grained materials: Properties and structure // Proc. of the Second Internat. Symp., Los Alamos Nat. Lab. Edition, 2002. — P. 234—238. 6. Фирстов С. А., Демидик А. Н., Иванова И. И. и др. Структура и прочность порошковых материалов. — К.: Наук. думка, 1993. — 175 с.

Анализ влияния повторной деформации на механическое поведение образцов титана, продеформированных методом винтовой экструзии

Institution

Ähnliche Einträge