Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации
Исследовано влияние режимов горячей штамповки на структуру и свойства порошкового титана путем варьирования исходной пористости прессовки, температуры и времени спекания заготовки, температуры горячего динамического прессования (ГДП). Осуществлен сравнительный анализ качества прессованных заготовок...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69210 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации / Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.И. Даниленко, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 12-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69210 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А. Лаптев, А.В. Даниленко, В.И. Евич, Я.И. 2014-10-07T19:51:35Z 2014-10-07T19:51:35Z 2009 Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации / Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.И. Даниленко, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 12-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PASC: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69210 Исследовано влияние режимов горячей штамповки на структуру и свойства порошкового титана путем варьирования исходной пористости прессовки, температуры и времени спекания заготовки, температуры горячего динамического прессования (ГДП). Осуществлен сравнительный анализ качества прессованных заготовок посредством измерения электросопротивления и механических свойств. Установлено, что при оптимальных режимах деформации свойства материала не уступают титану технической чистоты, полученному традиционным методом. Досліджений вплив режимів гарячого штампування на структуру і властивості порошкового титану шляхом варіювання вихідної пористості пресування, температури і часу спікання заготівки, температури гарячого динамічного пресування (ГДП). Здійснений порівняльний аналіз якості пресованих заготовок за допомогою виміру електроопору і механічних властивостей. Встановлено, що при оптимальних режимах деформацiї властивості матеріалу не поступаються титану технічної чистоти, отриманому традицiйним методом. Research of the influence of modes of hot punching on structure and properties of titanium powder has been done by varying initial porosity of a pressing, temperature and time of bar sintering, temperature of hot dynamic pressing (HDP). A comparative analysis of the quality of pressed bars was carried out by measurement of electrical resistance and mechanical properties. It has been shown that with the optimum modes of deformation the properties of the material are not worse than those of commercial titanium produced by a traditional method. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации Закономiрностi контактоутворення у порошковому титанi при гарячому деформуваннi Conformity with laws of contact formation in titanium powder at hot deformation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| spellingShingle |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А. Лаптев, А.В. Даниленко, В.И. Евич, Я.И. |
| title_short |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| title_full |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| title_fullStr |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| title_full_unstemmed |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| title_sort |
закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации |
| author |
Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А. Лаптев, А.В. Даниленко, В.И. Евич, Я.И. |
| author_facet |
Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А. Лаптев, А.В. Даниленко, В.И. Евич, Я.И. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика и техника высоких давлений |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Закономiрностi контактоутворення у порошковому титанi при гарячому деформуваннi Conformity with laws of contact formation in titanium powder at hot deformation |
| description |
Исследовано влияние режимов горячей штамповки на структуру и свойства порошкового титана путем варьирования исходной пористости прессовки, температуры и времени спекания заготовки, температуры горячего динамического прессования (ГДП). Осуществлен сравнительный анализ качества прессованных заготовок посредством измерения электросопротивления и механических свойств. Установлено, что при оптимальных режимах деформации свойства материала не уступают титану технической чистоты, полученному традиционным методом.
Досліджений вплив режимів гарячого штампування на структуру і властивості порошкового титану шляхом варіювання вихідної пористості пресування, температури і часу спікання заготівки, температури гарячого динамічного пресування (ГДП). Здійснений порівняльний аналіз якості пресованих заготовок за допомогою виміру електроопору і механічних властивостей. Встановлено, що при оптимальних режимах деформацiї властивості матеріалу не поступаються титану технічної чистоти, отриманому традицiйним методом.
Research of the influence of modes of hot punching on structure and properties of titanium powder has been done by varying initial porosity of a pressing, temperature and time of bar sintering, temperature of hot dynamic pressing (HDP). A comparative analysis of the quality of pressed bars was carried out by measurement of electrical resistance and mechanical properties. It has been shown that with the optimum modes of deformation the properties of the material are not worse than those of commercial titanium produced by a traditional method.
|
| issn |
0868-5924 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69210 |
| citation_txt |
Закономерности контактообразования в порошковом титане при горячей деформации / Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.И. Даниленко, Я.И. Евич // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 3. — С. 12-23. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT podrezovûn zakonomernostikontaktoobrazovaniâvporoškovomtitaneprigorâčeideformacii AT nazarenkova zakonomernostikontaktoobrazovaniâvporoškovomtitaneprigorâčeideformacii AT laptevav zakonomernostikontaktoobrazovaniâvporoškovomtitaneprigorâčeideformacii AT danilenkovi zakonomernostikontaktoobrazovaniâvporoškovomtitaneprigorâčeideformacii AT evičâi zakonomernostikontaktoobrazovaniâvporoškovomtitaneprigorâčeideformacii AT podrezovûn zakonomirnostikontaktoutvorennâuporoškovomutitaniprigarâčomudeformuvanni AT nazarenkova zakonomirnostikontaktoutvorennâuporoškovomutitaniprigarâčomudeformuvanni AT laptevav zakonomirnostikontaktoutvorennâuporoškovomutitaniprigarâčomudeformuvanni AT danilenkovi zakonomirnostikontaktoutvorennâuporoškovomutitaniprigarâčomudeformuvanni AT evičâi zakonomirnostikontaktoutvorennâuporoškovomutitaniprigarâčomudeformuvanni AT podrezovûn conformitywithlawsofcontactformationintitaniumpowderathotdeformation AT nazarenkova conformitywithlawsofcontactformationintitaniumpowderathotdeformation AT laptevav conformitywithlawsofcontactformationintitaniumpowderathotdeformation AT danilenkovi conformitywithlawsofcontactformationintitaniumpowderathotdeformation AT evičâi conformitywithlawsofcontactformationintitaniumpowderathotdeformation |
| first_indexed |
2025-11-25T05:53:29Z |
| last_indexed |
2025-11-25T05:53:29Z |
| _version_ |
1850505597491871744 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
© Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.И. Даниленко, Я.И. Евич, 2009
PASC: 62.20.Fe
Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.И. Даниленко,
Я.И. Евич
ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОНТАКТООБРАЗОВАНИЯ В ПОРОШКОВОМ
ТИТАНЕ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ
Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины
ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03680, Украина
E-mail: podrezov@materials.keiv.ua
Статья поступила в редакцию 20 июня 2009 года
Исследовано влияние режимов горячей штамповки на структуру и свойства по-
рошкового титана путем варьирования исходной пористости прессовки, темпе-
ратуры и времени спекания заготовки, температуры горячего динамического
прессования (ГДП). Осуществлен сравнительный анализ качества прессованных
заготовок посредством измерения электросопротивления и механических свойств.
Установлено, что при оптимальных режимах деформации свойства материала не
уступают титану технической чистоты, полученному традиционным методом.
Ключевые слова: порошковый титан, горячее динамическое прессование, механи-
ческие свойства, электросопротивление, фрактография
Традиционный метод получения изделий из порошкового титана путем
холодного прессования и спекания позволяет создавать заготовки с доста-
точно низкой (~ 5%) пористостью, имеющие предел текучести и модуль уп-
ругости, соизмеримые со свойствами компактного титана. Однако такие из-
делия обладают низкими пластическими характеристиками и, как следствие,
малыми ударной вязкостью и трещиностойкостью. Для подавления межчас-
тичного разрушения спекание следует проводить при очень высоких (1100–
1200°C) температурах, что может отрицательно повлиять на структуру и фа-
зовый состав титановых сплавов.
Ситуацию можно существенно улучшить, если использовать метод горя-
чего прессования. Этот метод позволяет при сравнительно низких темпера-
турах уплотнять порошковые заготовки пластичных металлов практически
до нулевой пористости [1] и формировать совершенный контакт при темпе-
ратурах, которые значительно ниже, чем при традиционной технологии
прессования и спекания. Подтверждением последнего тезиса могут служить
результаты изучения формирования контакта методом «холодной» сварки
титана под давлением [2]. Исследования показали, что совершенный контакт
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
13
в титане формируется при температурах 650–700°C за 20 min при деформа-
ции в зоне контакта ~ 20%. Эти результаты свидетельствуют о несомненной
перспективности использования метода горячей деформации для получения
титановых изделий.
Следует обратить внимание на то, что упомянутый процесс холодной
сварки осуществляется в вакууме, поскольку при нагреве на воздухе обра-
зующийся на поверхности изделия рутил резко затрудняет возможность об-
разования контакта. Это замечание в полной мере относится к порошковым
изделиям из титана, которые необходимо либо предохранять от проникно-
вения кислорода на стадии нагрева, либо производить высокотемпературное
уплотнение непосредственно в вакууме. В последнем случае эффективность
применения этого метода будет зависеть от возможности автоматизации
всех технологических операций получения изделия и резкого сокращения
времени процесса горячей деформации, вплоть до использования высоко-
скоростной штамповки.
Поэтому целью настоящей работы было исследование процесса контак-
тообразования в порошковом титане, полученном методом ГДП.
Методика эксперимента
Для исследования использовали титановый порошок марки ПТЭС, разде-
ленный на фракции: (–063); (–063)–(+05) и (–0315)–(+02). Методом холодно-
го прессования с усилием 10 или 20 t были получены цилиндрические заго-
товки диаметром 25 mm и высотой 10 mm, которые имели пористость 30
и 20% соответственно. Для проведения ГДП образцы помещали в установ-
ку для нагрева и ударной деформации в вакууме (рис. 1). Нагрев под ГДП
Рис. 1. Блок-схема экспериментальной
установки для горячего динамическо-
го прессования: 1 – станина; 2 – фун-
дамент; 3 – прокладка; 4 – поперечина;
5 – пружина; 6 – колонка; 7 – шабот; 8 –
баба; 9 – рабочий шток; 10 – направ-
ляющая; 11, 12 – соответственно ниж-
ний и верхний пуансонодержатели; 13 –
матрица; 14 – матричная плита; 15, 16 –
соответственно вакуумная и нагрева-
тельная камеры; 17 – теплозащитные
экраны; 18 – смотровое окно; 19 – об-
разец; 20 – понижающий трансформа-
тор; 21, 22 – соответственно нижний и
верхний токовводы; 23 – пневмоци-
линдр; 24 – толкатель; 25, 26 – соот-
ветственно верхний и нижний гидро-
цилиндры; 27 – пружина; 28 – упор
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
14
осуществляли за 10–15 min, после чего образцы выдерживали 20 min при
температуре прессования 300, 600, 800 и 950°C, время деформации ∼ 3·10–3 s.
Для сравнения обработку проводили при температуре 20°C. На полученных
образцах исследовали остаточную пористость, электрические и механиче-
ские свойства. Качество контактов после различных режимов деформации
оценивали по методикам, описанным в статье [5] данного цикла. Характер
разрушения изучали с помощью микроскопа Superprob-723.
Результаты исследования
Исследование пористости исходных прессовок и образцов, полученных
методом ГДП, показало, что прессование усилием 10 t обеспечивает оста-
точную пористость прессовки ~ 30%, а усилием 20 t – пористость 20%.
Прессование при температуре 20°C приводит к уплотнению заготовок до
пористости 1.5%, при 300°C – до пористости 0.8%, а при более высоких (начи-
ная с 600°C) температурах заготовки имеют практически 100%-ную плотность.
Результаты измерения электросопротивления образцов, полученных ме-
тодом ГДП, представлены в табл. 1, где указаны как абсолютные значения
электросопротивления и проводимости прессовки, так и относительные ве-
личины в сравнении с компактным титаном, электросопротивление которо-
го, по данным [5], составляет 45·10–8 Ω·m. Из результатов исследований
видно, что электросопротивление ГДП-образцов (~ 1000 Ω·m) примерно в 2
раза выше, чем у неспеченных прессовок титана с пористостью 5%, что, по-
видимому, связано с большим упругим последействием на стадии разгрузки
прессовки.
Таблица 1
Влияние температуры обработки на электрические свойства ГДП-образцов
и спеченных образцов порошкового титана фракции (–0315)–(+02)
Температура,
°C
Плотность,
g/cm3
Пористость,
%
Удельное электро-
сопротивление,
10–8 Ω·m
Удельная
проводимость,
108 (Ω·m)–1
ГДП
20 4.411 1.76 1083 0.00092
300 4.455 0.78 145 0.0066
600 47.5 0.021
800
950
4.50 0 50 0.02
Спекание
20 630 0.0018
300 450.5 0.0023
500 120 0.0081
700 62.5 0.0182
1000
1200
4.25 5
48.9 0.21
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
15
Величина электросопротивления резко падает при повышении темпера-
туры ГДП. Так, у заготовок, прессованных при 300°C, электросопротивле-
ние резко снижается (до 145 Ω·m), приближаясь к электросопротивлению
компактного титана. После ГДП при более высоких температурах электро-
сопротивление практически совпадает со свойствами эталонного компакт-
ного титана.
К сожалению, малые размеры образцов не позволили измерить модуль
упругости прессовок по методикам, описанным в [5]. Поэтому качество
межчастичного контакта оценивали по измерению величины предела теку-
чести, который, как было показано нами в [3], изменяется с повышением
температуры спекания практически по тому же закону, что и модуль упру-
гости. Результаты этих исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Влияние температуры обработки на механические свойства ГДП-образцов
и спеченных образцов порошкового титана фракции (–0315)–(+02)
Предел
упругости
σ001
Предел
текучести
σ02
Максималь-
ное напря-
жение σmах
Темпе-
ратура,
°C
Схема
испыта-
ний*
Модуль
упругости
Е, GPa MPa
Деформа-
ция до раз-
рушения er
ГДП
25 7.7 18.5 26 30 0.0045
300 19.5 71 102 102 0.002
600
Изгиб
– 349 512 549 0.0043
800 – 271 325 370 0.42
950
Растяже-
ние – 283 347 435 0.7
Спекание
25 9.83 8.6 26.2 31.1 0.0048
300 10.1 7.8 23.5 27.9 0.0035
500 11.3 16.8 29.1 29.4 0.0022
700
Изгиб
42 46 115 121 0.0027
1000 92 – 250 250 0.071
1200
Растяже-
ние 95 – 300 350 0.32
*Для сопоставления с одноосным растяжением данные предела текучести
на изгиб следует поделить на коэффициент 1.5 [6].
Из представленных данных видно, что предел текучести резко повышает-
ся с ростом температуры горячего прессования. При этом заготовка, спрес-
сованная при комнатной температуре, имеет предел текучести, соизмеримый
с пределом текучести плотных неспеченных прессовок, полученных тради-
ционным методом. У ГДП-прессовок, продеформированных при 300°C, пре-
дел текучести существенно повышается, однако остается достаточно низким
по сравнению с пределом текучести компактного титана технической чисто-
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
16
ты, у которого σ02 ~ 300 MPa [2]. Примерно такого уровня достигает значе-
ние предела текучести у ГДП-образцов, прессованных при 600°C, однако их
пластичность в момент разрушения er остается на очень низком уровне. При
температуре прессования 800°C пластичность образцов повышается на-
столько, что при испытаниях на изгиб образец загибается на угол более 90°
без разрушения. Поэтому эти образцы так же, как подвергнутые прессова-
нию при 950°C, испытывали на одноосное растяжение (рис. 2,а).
а б
Рис. 2. Характерная диаграмма нагружения образца на растяжение при ГДП (а) и
холодной прокатке (б)
Все образцы демонстрируют достаточно большую (до 10%) равномерную
деформацию, после чего формируется шейка. В случае растяжения величину
деформации в момент разрушения определяли как логарифм отношения на-
чальной площади поперечного сечения образца Sin к площади поперечного
сечения шейки в момент разрушения Sf:
inln( / ).r fe S S= (1)
Из приведенных в табл. 2 результатов видно, что образцы, подвергнутые
ГДП при 800°C, имеют предел текучести, соизмеримый с пределом текуче-
сти рекристаллизованного титана, а прессованные при температуре 950°C –
даже несколько превосходящий это значение. Пластичность до разрушения
у образцов, прессованных при 800°C, изменяется в пределах 0.3–0.5, что
примерно в 100 раз больше, чем у образцов, спрессованных при более низ-
кой температуре, но примерно в 3 раза меньше, чем у образцов титана тех-
нической чистоты, полученного методом традиционной металлургии. ГДП
при температуре 950°C позволяет достичь пластичности er = 0.65–0.75, что
лишь незначительно (на 20%) уступает пластичности рекристаллизованного
титана марки ВТ1-0 [2].
Для того чтобы более четко представлять себе преимущества и недос-
татки метода ГДП, проведем сравнительный анализ результатов исследо-
вания качества контактов ГДП-образцов, образцов, полученных прессова-
нием и спеканием, а также образцов после холодной сварки [2]. Для прове-
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
17
дения сравнительного анализа нами были определены коэффициенты, ха-
рактеризующие относительную площадь контактной поверхности по нор-
мированной величине электросопротивления Kλ (электрический контакт),
модуля упругости или предела текучести KE (механический контакт) и де-
формации до разрушения
reK (физический контакт) по методике, описан-
ной в работе [3]:
[ ]meas unsint theor unsint( ) ( ) 100%Kλ = λ −λ λ −λ × , (2)
[ ]meas unsint theor unsint( ) ( ) 100%EK E E E E= − − × , (3)
meas unsint theor unsint( ) ( ) 100%
re r r r rK e e e e⎡ ⎤= − − ×⎣ ⎦ , (4)
где λ, Е, er – соответственно электропроводность, модуль упругости и де-
формация до разрушения. Индексы означают, что соответствующая величи-
на: рассчитана при наличии идеального контакта – «theor», измерена на об-
разце в неспеченном состоянии – «unsint», измерена при заданных термоме-
ханических условиях получения материала – «meas». Результаты расчетов
представлены в табл. 3.
Таблица 3
Влияние температуры обработки на коэффициенты, характеризующие
качество контактов прессованных и спеченных образцов порошкового титана
фракции (–0315)–(+02)
Kλ 02
Kσ KE reK
Температура, °C
%
ГДП
25 0 0 0
300 31 19 16
600
0
800 35
950
100 100 –
75
Спекание
25 0 5
300 3 0 0
500 36 1 1
700 89 26 32
0
1000 23
1200 100 100 100 100
По данным табл. 3 построены S-образные кривые, характеризующие из-
менение качества контакта с повышением температуры для различных кон-
тактов (рис. 3). На каждом графике результаты сопоставлены с аналогичны-
ми кривыми, полученными для максимально плотных (θ = 5%) образцов,
подвергнутых прессованию и последующему спеканию.
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
18
а б
в
Из рис. 3 видно, что механический, электрический и физический контак-
ты при ГДП формируются значительно раньше, чем при спекании. Так, тем-
пература формирования 50% электрического контакта при ГДП соответст-
вует 375°C, а при спекании – 585°C, для механического контакта это соот-
ветственно 450 и 730°C, для физического – 860 и 1120°C. Причина данного
явления связана с тем, что в процессе ГДП деформационные дефекты взаи-
модействуют с контактирующими поверхностями и передают им часть сво-
ей энергии, интенсифицируя процесс контактообразования. При спекании
роль деформационных дефектов ограничивается лишь ускорением процесса
диффузии атомов в область контакта.
Как и в случае спекания, процесс контактообразования при горячей де-
формации зависит от времени деформации. Роль кинетического фактора
может быть прослежена при сравнении данных ГДП с результатами, полу-
ченными при холодной сварке титана [2], когда процесс контактообразова-
ния осуществлялся в течение 20 min при деформации приконтактных участ-
ков на 20%.
Рис. 3. Температурная зависимость ко-
эффициентов, характеризующих качест-
во электрического (а), механического (б)
и физического (в) контактов: ⎯ – ГДП,
– – – – спекание
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
19
Результаты наших исследований образцов титана, подвергнутых холод-
ной сварке давлением по методике, описанной в работе [2], представлены в
табл. 4.
Таблица 4
Результаты исследования образцов титана, подвергнутого холодной сварке
давлением
σт σb
tr
bσОбработка Tweld, °C еr ψ, % εравн, %
MPa
Место
разрушения
Исходный 20 0.82 61 10 350 463 830 Образец
Накатка 550 0.018 1.8 1.8 275 346 346 Вне шва
Без деформации 0.02 2 2 273 348 350 Шов
Накатка 600 64 7.2 290 400 780
Без деформации 0.91 63 7.5 310 405 750
Накатка 700 0.87 60 9.2 320 435 800
Без деформации 650 0.78 62 7.6 340 420 815
Вне шва
Поскольку целью цитируемой работы [2] была отработка технологии
создания качественного шва, который по своим свойствам не уступал бы
качеству основного металла, температурные режимы образования меха-
нического контакта в ней не исследовались. Однако из табл. 4 видно, что
при минимальной исследованной температуре сварки 550°C этот контакт
уже надежно фиксировался (предел текучести со-
поставим с пределом текучести компактного ти-
тана). Физический контакт при этой температуре
отсутствовал: деформация до разрушения образца
была очень мала (er = 0.018), а разрушение шва
происходило по контактирующим плоскостям.
При этом излом вскрывал абсолютно гладкие по-
верхности. Так продолжалось до температур
600°C, если поверхностный слой был предвари-
тельно продеформирован методом накатки, либо
до температуры 650°C, если титановый образец
находился в исходном состоянии. При этих тем-
пературах контакт приобретал механические
свойства, как минимум, не ниже, чем основной
металл, и разрушение образца происходило с об-
разованием шейки вне зоны шва (см. рис. 2,б).
Следует также обратить внимание на то, что, как
следует из результатов металлографического анали-
за (рис. 4), в зоне шва произошла перекристаллиза-
ция на границе раздела и в месте контакта сформи-
ровалось новое зерно, которое объединяет части
свариваемого образца.
50 um 50 μm
Рис. 4. Микроструктура
образца после холодной
сварки при T = 700°C
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
20
Обращает на себя внимание схожий вид диаграмм нагружения образцов,
подвергнутых холодной сварке и полученных горячей прессовкой (см. рис. 2).
Близки также значения истинной деформации до разрушения. Различаются
лишь температурно-скоростные условия формирования качественного кон-
такта, которые в случае ГДП находятся на 200–300°C выше. Это объясняет-
ся тем, что контактообразование происходит значительно быстрее – за
∼ 3·10–3 s. Анализ физических причин, ответственных за структурообразова-
ние контакта при ГДП, предполагает исследование структурных перестроек
в процессе горячей деформации.
Как отмечалось нами в [5], процесс образования механического контак-
та связан с залечиванием межчастичных плоских пор, возникающих при
уплотнении пластичного порошка. Данные фрактографического анализа
позволяют судить об эволюции структуры в зоне контакта после ГДП при
разных температурах. При низкотемпературной (20°C) обработке наблю-
даются плоские поры, которые хорошо фиксируются на поверхности раз-
рушения (рис. 5,а). После ГДП при температуре 300°C наряду с межчас-
тичными порами наблюдаются участки механического контакта между по-
рошинками (рис. 5,б), а после ГДП при температуре 600°C плоские щели
практически не наблюдаются, хотя разрушение по-прежнему происходит
по межчастичным границам (рис. 5,в). При дальнейшем повышении темпе-
ратуры ГДП до 800°C наблюдается смешанный характер разрушения:
фрагменты межчастичного разрушения перемежаются с участками ямоч-
ного разрушения (рис. 5,г). И, наконец, при 950°C излом полностью ямоч-
ный (рис. 5,д,е).
Сопоставление данных фрактографического анализа с температурными
зависимостями коэффициентов, характеризующих качество контакта, по-
казывает, что образование электрического и механического контактов свя-
зано с залечиванием межчастичных щелей, наблюдаемых на фрактограм-
мах неспеченных образцов. Образование физического контакта происходит
при перекристаллизации большеугловых межчастичных границ. Пример
такой перекристаллизации приведен на рисунке микроструктуры образца
после холодной сварки давлением (см. рис. 4). Перекристаллизация меж-
частичных границ приводит к подавлению межчастичного разрушения и
формированию внутричастичного ямочного разрушения по всей площади
контакта.
Выводы
1. При оптимальных режимах деформирования метод ГДП позволяет по-
лучить изделия из титана, свойства которых не уступают свойствам изделий
из технически чистого титана, полученного по традиционной технологии.
2. При ГДП контакты в титане формируются значительно раньше, чем
при спекании: электрический – при 375°C (при спекании – 585°C), механи-
ческий – при 450°C (730°C), физический – при 860°C (1120°C).
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
21
а б
в г
д е
Рис. 5. Фрактография образцов, полученных горячим динамическим прессованием
при разных температурах
3. Температура формирования физического контакта при ГДП значитель-
но (на 200°C) выше, чем при холодной сварке, однако время процесса де-
формации при этом снижается до 105 раз.
1. С.А. Фирстов, А.Г. Жердин, А.А. Лаптев и др., Порошковая металлургия № 7,
17 (1988).
50 μm 50 μm
50 μm
50 μm
50 μm
50 μm
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
22
2. А.В. Бякова, В.Ф. Горбань, В.Н. Замков и др., Металлофиз. новейшие технол. 28,
173 (2006).
3. С.А. Фирстов, А.Н. Демидик, И.И. Иванова и др., в кн.: Структура и прочность
порошковых материалов, С.А. Фирстов, М. Шлессар (ред.), Наукова думка, Ки-
ев (1993).
4. Свойства элементов. Ч. 1. Физические свойства, Г.В. Самсонов (ред.), Метал-
лургия, Москва (1976).
5. Е.М. Борисовская, В.А. Назаренко, Ю.Н. Подрезов, О.С. Коряк, Я.И. Евич, А.В.
Вдовиченко, Порошковая металлургия № 9/10, 46 (2008).
6. Н.А. Шапошников, Механические испытания металлов, Машгиз, Москва (1954).
Ю.М. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, В.I. Данiленко, Я.I. Йевiч
ЗАКОНОМIРНОСТI КОНТАКТОУТВОРЕННЯ У ПОРОШКОВОМУ
ТИТАНI ПРИ ГАРЯЧОМУ ДЕФОРМУВАННI
Досліджений вплив режимів гарячого штампування на структуру і властивості по-
рошкового титану шляхом варіювання вихідної пористості пресування, температу-
ри і часу спікання заготівки, температури гарячого динамічного пресування (ГДП).
Здійснений порівняльний аналіз якості пресованих заготовок за допомогою виміру
електроопору і механічних властивостей. Встановлено, що при оптимальних режи-
мах деформацiї властивості матеріалу не поступаються титану технічної чистоти,
отриманому традицiйним методом.
Ключові слова: порошковий титан, гаряче динамічне пресування, механічні вла-
стивості, електроопір, фрактографія
Yu.N. Podrezov, V.A. Nazarenko, A.V. Laptev, V.I. Danilenko, Y.I. Yevich
CONFORMITY WITH LAWS OF CONTACT FORMATION IN TITANIUM
POWDER AT HOT DEFORMATION
Research of the influence of modes of hot punching on structure and properties of tita-
nium powder has been done by varying initial porosity of a pressing, temperature and
time of bar sintering, temperature of hot dynamic pressing (HDP). A comparative analy-
sis of the quality of pressed bars was carried out by measurement of electrical resistance
and mechanical properties. It has been shown that with the optimum modes of deforma-
tion the properties of the material are not worse than those of commercial titanium pro-
duced by a traditional method.
Keywords: powder titanium, hot dynamic pressing, mechanical properties, electroresis-
tance, fractography
Fig. 1. Block diagram of experimental plant for hot dynamic pressing: 1 – frame; 2 –
foundation; 3 –gasket; 4 – cross-piece; 5 – spring; 6 – column; 7 – anvil block; 8 – ram; 9
– operating rod; 10 – guide; 11, 12 – lower and upper punch holders, respectively; 13 –
die; 14 – die plate; 15, 16 – vacuum and heating chambers; 17 – heat shields; 18 – peep-
hole; 19 – specimen; 20 – step-down transformer; 21, 22 – lower and upper leads, respec-
Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 3
23
tively; 23 – pneumatic cylinder; 24 – pusher; 25, 26 – upper and lower hydraulic cylin-
ders, respectively; 27 – spring; 28 – stop
Fig. 2. Characteristic diagram for tensile loading of specimen under HDP (a) and cold
rolling (б)
Fig. 3. Temperature dependence of factors characterising the quality of electrical (a), me-
chanical (б) and physical (в) contacts: ⎯ – HDP, – – – – sintering
Fig. 4. Microstructure of specimen after cold welding at T = 700°C
Fig. 5. Fractography of specimens produced by hot dynamic pressing under different
temperatures
|