Текстура титана после винтовой экструзии
Исследована кристаллографическая текстура сплава титана ВТ1-0 после винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что формирование текстуры в процессе ВЭ может быть обусловлено не только действием базисной, призматической, пирамидальной систем скольжения и двойникования сжатия, но и вихревым движением фрагмент...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69437 |
| 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: | Текстура титана после винтовой экструзии / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Е. Бейгельзимер // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 2. — С. 103-108. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859886024132395008 |
|---|---|
| author | Усов, В.В. Шкатуляк, Н.М. Брюханов, П.А. Бейгельзимер, Я.Е. |
| author_facet | Усов, В.В. Шкатуляк, Н.М. Брюханов, П.А. Бейгельзимер, Я.Е. |
| citation_txt | Текстура титана после винтовой экструзии / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Е. Бейгельзимер // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 2. — С. 103-108. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследована кристаллографическая текстура сплава титана ВТ1-0 после винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что формирование текстуры в процессе ВЭ может быть обусловлено не только действием базисной, призматической, пирамидальной систем скольжения и двойникования сжатия, но и вихревым движением фрагментов измельчающихся зерен, подобным турбулентному течению жидкости.
Досліджено кристалографічну текстуру сплаву титана ВТ1-0 після гвинтової екструзії (ГЕ). Показано, що формування текстури в процесі ГЕ може бути обумовлено не тільки дією базисного, призматичного, пірамідального ковзання і двійникування, але й вихровим рухом фрагментів зерен, що подрібнюються, подібним до турбулентної течії рідини.
Crystallographic texture of titanium alloy VT1-0 is explored after the twist extrusion (TE). It is shown that forming of the texture in the process of TE can be caused not only by the action of the basal, prismatic, pyramidal sliding and twinning but also by swirling motion of fragments of granulated grains (similar to the turbulent flow of liquid).
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:52:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
© В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Е. Бейгельзимер, 2011
PACS: 61.50.–f, 81.40.Vw
В.В. Усов1, Н.М. Шкатуляк1, П.А. Брюханов1, Я.Е. Бейгельзимер2
ТЕКСТУРА ТИТАНА ПОСЛЕ ВИНТОВОЙ ЭКСТРУЗИИ
1Южно-украинский национальный педагогический университет им. К.Д. Ушинского
ул. Старопортофранковская, 26, г. Одесса, 65020, Украина
2Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Исследована кристаллографическая текстура сплава титана ВТ1-0 после винто-
вой экструзии (ВЭ). Показано, что формирование текстуры в процессе ВЭ может
быть обусловлено не только действием базисной, призматической, пирамидальной
систем скольжения и двойникования сжатия, но и вихревым движением фрагмен-
тов измельчающихся зерен, подобным турбулентному течению жидкости.
Ключевые слова: текстура, титан, винтовая экструзия, интенсивная пластическая
деформация
В настоящее время наблюдается быстро возрастающий интерес к получе-
нию так называемых объемных ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов,
получаемых посредством приложения интенсивных пластических деформа-
ций (ИПД) [1]. Структурные элементы таких материалов имеют размеры 10–
100 nm (нано-) и 100–1000 nm (субмикро-), что сопоставимо с характеристи-
ческой длиной различных физических явлений (размером петли Франка–Ри-
да для скольжения дислокаций, длиной свободного пробега электронов для
электрокинетических явлений, размером домена для магнитных явлений и
т.д.) [2]. Вследствие этого сильнодеформированные металлы приобретают
качественно новые свойства, многие из которых представляют практический
интерес. В частности, они обладают аномально-высокой пластичностью в
сочетании с большой прочностью [1]. Имеются результаты, указывающие на
возможность получения сверхпластичности некоторых металлов при комнат-
ных температурах. В сильнодеформированном состоянии значительно изме-
няются и фундаментальные характеристики металлов, такие как упругие мо-
дули, температуры Кюри и Дебая, намагниченность насыщения и др. [2–5].
В настоящее время доступны многочисленные методы обработки ИПД. Ос-
новные из них, уже применяемые для производства объемных УМЗ-
материалов, – это кручение под высоким давлением, винтовая экструзия, все-
сторонняя ковка, равноканальное угловое прессование (РКУП), накапливаю-
щееся соединение прокаткой, циклическая экструзия и сжатие, повторяющееся
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
104
гофрирование и выпрямление. Эти различные процессы обрисованы в общих
чертах в [2], а некоторые структурные аспекты и уникальные свойства объем-
ных УМЗ-материалов и перспективы их применения представлены в [1].
Известно, что одним из главных структурных состояний кристаллических
тел является кристаллографическая текстура, которая может быть причиной
брака в изделиях [6] и служить значительным резервом улучшения их экс-
плуатационных качеств [6]. Структуру объемных УМЗ-материалов после
ИПД изучают практически в каждой из указанных работ. Вместе с тем ис-
следованию развития текстуры в процессе ИПД посвящено значительно
меньше работ [7–9]. Экспериментальные результаты о текстуре материалов
после ВЭ практически отсутствуют, хотя это весьма перспективный метод
получения объемных УМЗ-материалов. Эти данные и их анализ могли бы
способствовать лучшему пониманию процессов текстурообразования при ВЭ.
Цель данной работы заключается в исследовании текстуры сплава титана
ВТ1-0 после ВЭ.
Материал и методика эксперимента
Исходным материалом послужила цилиндрическая заготовка сплава ти-
тана ВТ1-0 с гексагональной плотноупакованной решеткой после горячей
прокатки. Заготовку сплава помещали в матрицу с винтовым каналом (с па-
раметрами: βmax = 60°, h = 50 mm), сечение которого, ортогональное оси
прессования, постоянно вдоль этой оси. Угол наклона γ винтовой линии к
оси прессования изменяется по высоте h матрицы, причем на ее начальном и
конечном участках он равен нулю. Указанные особенности геометрии кана-
ла приводят к тому, что при выдавливании через него форма заготовки не
изменяется. Это позволяет осуществлять ее многократное прессование с це-
лью накопления больших деформаций (рис. 1). Винтовую экструзию осуще-
ствляли в установке для теплой механической экструзии. Установка была
смонтирована на прессе 250 t.
Подробное описание установки при-
ведено в монографии [2]. Обработку
вышеуказанного материала проводили
при таких параметрах: температура на-
грева контейнера и матрицы 623 K;
скорость деформирования 3 mm/s; ско-
рость деформации 0.2–1 s–1; давление
ВЭ 220 MPa. Размеры заготовки: сече-
ние 18 × 28 mm, длина 100 mm. Было
проведено 4 прохода.
Кристаллографическую текстуру
металла исследовали рентгеновским
методом с построением обратных по-
люсных фигур (ОПФ) [10,11]. Из ис-
Рис. 1. Схема обработки винтовой
экструзией
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
105
ходных и экструдированных материалов вырезали образцы для текстурных
исследований перпендикулярно оси экструзии. Вырезанные полоски химиче-
ски полировали на глубину 0.2 mm для снятия искажений, внесенных механи-
ческой обработкой при вырезке. На дифрактометре ДРОН-3 проводили скани-
рование по углам θ–2θ в Kα-излучении молибдена. Записывали дифракто-
граммы 15 линий исходного, экструдированного, а также образца без тексту-
ры, который приготовили из мелких опилок исследуемого материала после
2-часового вакуумного отжига при температуре 450°С. Определяли интеграль-
ные интенсивности вышеуказанных дифракционных линий образцов и эталона,
по соответствующей методике находили полюсные плотности ОПФ [10,11].
Результаты и обсуждение
Структура сплава в исходном состоянии характеризовалась крупными
зернами, размер которых составил приблизительно 1–2 mm (рис. 2,а). После
ВЭ зерна значительно измельчились (~ 100 nm), видны вихреобразные сле-
ды деформации (рис. 2,б).
а б
Рис. 2. Структура ВТ1-0 в исходном состоянии (а) и после 4 проходов ВЭ (б). Уве-
личение ×600, при фотографировании увеличено в 2 раза
Экспериментальные ОПФ представлены на рис. 3. Из рис. 3,а видно, что
перед началом обработки при помощи ВЭ с осью образца совпадали оси
кристаллитов, которые расположены в широкой области повышенной по-
люсной плотности, ограниченной основными ориентировками 2021 3.59 ,
1122 2.75 , 2023 1.84 , 1011 1.13 , а также около 1120 1.57 (рядом с
ориентацией указана соответствующая полюсная плотность на ОПФ). После
ВЭ кристаллографическая ориентация кристаллитов сплава существенно
изменилась (рис. 3,б). Повышенная полюсная плотность занимает веерооб-
разные области вблизи ориентаций 2021 1.18 , 2131 1.34 , 1120 1.11,
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
106
2130 1.29 , а также вблизи 2023 1.23 , 1124 1.13 , 1014 1.25 ,
1013 0.96 , 1012 0.83 . Видно, что в целом распределение полюсной
плотности стало более равномерным.
а б
Рис. 3. Экспериментальные ОПФ сплава ВТ1-0: а – исходный образец, б – после
ВЭ (перпендикулярно оси экструзии)
Аналогичные ориентации кри-
сталлов были обнаружены авторами
[7] при РКУП, когда заготовка пово-
рачивается на 90° (выполненном
вплоть до 4-го прохода при темпера-
туре 723 K). С помощью компьютер-
ного моделирования было показано,
что текстурообразование в Ti может
быть объяснено активизацией базис-
ных { }0001 1120 , призматических
{ }1010 1210 , пирамидальных пер-
вого рода { }1011 1123 систем сколь-
жения (рис. 4) и двойникования сжа-
тия { }2 1 12 2113 .
Рис. 4. Основные системы скольжения
титана
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
107
При этом увеличение числа проходов может приводить к усилению вкла-
да базисных и призматических систем скольжения, а также к незначитель-
ному ослаблению вклада пирамидальных систем скольжения (первого рода).
В то же время в работе [8] показано, что при РКУП Ti развивается акси-
альная текстура, которая может быть описана ориентациями типа {101}〈hkl〉,
не обнаруженными в [7].
Схемы деформации при РКУП и ВЭ, очевидно, отличаются. Однако воз-
никновение аналогичных ориентаций кристаллов при ВЭ и РКУП свиде-
тельствует, по нашему мнению, о проявлении аналогичных механизмов пла-
стической деформации при указанных выше способах пластической обра-
ботки металла. Вместе с тем наблюдающийся веерообразный (рис. 2,б) раз-
брос исходных ориентаций кристаллов после ВЭ (рис. 3,б) наводит на мысль
о том, что при формировании кристаллографических ориентаций в процессе
ВЭ значительную роль играет некристаллографический механизм деформа-
ции, вызванный вихревым движением фрагментов измельчающихся зерен, в
определенной степени подобный турбулентному течению жидкости [12].
Выводы
1. Текстура цилиндрической заготовки титана перед ВЭ характеризуется
расположением параллельно ее осей ориентаций, лежащих в области повы-
шенной полюсной плотности, ограниченной основными ориентировками
2021 3.59 , 1122 2.75 , 2023 1.84 , 1011 1.13 , а также около
1120 1.57 .
2. После ВЭ распределение полюсной плотности более равномерное.
Кристаллографическая ориентация кристаллитов занимает веерообраз-
ные области вблизи ориентаций 2021 1.18 , 2131 1.34 , 1120 1.11,
2130 1.29 , а также вблизи 2023 1.23 , 1124 1.13 , 1014 1.25 ,
10 13 0.96 , 10 12 0.83 .
3. Текстурообразование в процессе ВЭ в Ti может быть обусловлено не
только действием базисных { }0001 1 120 , призматических { }10 10 1210 ,
пирамидальных первого рода { }1011 1 123 систем скольжения и двойни-
кования сжатия { }2112 2113 , но и вихревым движением фрагментов из-
мельчающихся зерен, в определенной степени подобным турбулентному те-
чению жидкости.
1. R.Z. Valiev, Yu. Estrin, Z. Horita, T.G. Langdon, M.J. Zehetbauer, and Yu.T. Zhu,
JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society 58, No. 4, 33 (2006).
2. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, Д.В. Орлов, С.Г. Сынков, Винтовая экструзия –
процесс накопления деформации, ТЕАН, Донецк (2003).
3. R.Z. Valiev, A.V. Korznikov, R.R. Mulyukov, Mater. Sci. Eng. A168, 141 (1993).
Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 2
108
4. X. Sauvage, A. Chbihi, X. Quelennec, J. Phys.: Conference Series 240, 012003 (2010).
5. Ya.Y. Beygelzimer, D.V. Orlov, Defect and Diffusion Forum 208–209, 311 (2002).
6. Р. Хоникомб, Пластическая деформация металлов, Изд-во иностр. лит., Москва
(1962).
7. И.В. Александров, В.Д. Ситдиков, Я.Т. Бонарски, Вестник УГАТУ 12, № 2, 76
(2009).
8. I. Alexandrov, J. Bonarski, L. Tarkowski, V. Sitdicov, Archives of metallurgy and
materials 53, No. 1, 237 (2008).
9. M. Salari, J. Kazemi, NANOCON 2010, 12–14 Oct. 2010, Olomouz, Czech Repub-
lic, EU.
10. М.М. Бородкина, Э.Н. Спектор, Рентгенографический анализ текстуры в ме-
таллах и сплавах, Металлургия, Москва (1982).
11. С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков, Рентгенографический и электрон-
но-оптический анализ, Металлургия, Москва.
12. Я.Е. Бейгельзимер, ФТВД 18, № 4, 77 (2008).
В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Ю. Бейгельзімер
ТЕКСТУРА ТИТАНУ ПІСЛЯ ГВИНТОВОЇ ЕКСТРУЗІЇ
Досліджено кристалографічну текстуру сплаву титана ВТ1-0 після гвинтової екст-
рузії (ГЕ). Показано, що формування текстури в процесі ГЕ може бути обумовлено
не тільки дією базисного, призматичного, пірамідального ковзання і двійникування,
але й вихровим рухом фрагментів зерен, що подрібнюються, подібним до турбу-
лентної течії рідини.
Ключові слова: текстура, титан, гвинтова екструзія, інтенсивна пластична дефор-
мація
V.V. Usov, N.M. Shkatulyak, P.A. Bryukhanov, Ya.Ye. Beygelzimer
TITANIUM TEXTURE FORMED BY TWIST EXTRUSION
Crystallographic texture of titanium alloy VT1-0 is explored after the twist extrusion
(TE). It is shown that forming of the texture in the process of TE can be caused not only
by the action of the basal, prismatic, pyramidal sliding and twinning but also by swirling
motion of fragments of granulated grains (similar to the turbulent flow of liquid).
Keywords: texture, titanium, twist extrusion, severe plastic deformation
Fig. 1. Scheme of twist extrusion
Fig. 2. The structure of the VT1-0 in the initial state (a) and after TE (4 passes) (б). Mag-
nification ×600, with photographs increased 2-fold
Fig. 3. Experimental inverse pole figures of VT1-0: a – initial sample, б – after the twist
extrusion (perpendicular to the axis of extrusion)
Fig. 4. The main slip systems of titanium
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69437 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:52:58Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Усов, В.В. Шкатуляк, Н.М. Брюханов, П.А. Бейгельзимер, Я.Е. 2014-10-13T19:56:37Z 2014-10-13T19:56:37Z 2011 Текстура титана после винтовой экструзии / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Е. Бейгельзимер // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 2. — С. 103-108. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 61.50.–f, 81.40.Vw https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69437 Исследована кристаллографическая текстура сплава титана ВТ1-0 после винтовой экструзии (ВЭ). Показано, что формирование текстуры в процессе ВЭ может быть обусловлено не только действием базисной, призматической, пирамидальной систем скольжения и двойникования сжатия, но и вихревым движением фрагментов измельчающихся зерен, подобным турбулентному течению жидкости. Досліджено кристалографічну текстуру сплаву титана ВТ1-0 після гвинтової екструзії (ГЕ). Показано, що формування текстури в процесі ГЕ може бути обумовлено не тільки дією базисного, призматичного, пірамідального ковзання і двійникування, але й вихровим рухом фрагментів зерен, що подрібнюються, подібним до турбулентної течії рідини. Crystallographic texture of titanium alloy VT1-0 is explored after the twist extrusion (TE). It is shown that forming of the texture in the process of TE can be caused not only by the action of the basal, prismatic, pyramidal sliding and twinning but also by swirling motion of fragments of granulated grains (similar to the turbulent flow of liquid). ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Текстура титана после винтовой экструзии Текстура титану після гвинтової екструзії Titanium texture formed by twist extrusion Article published earlier |
| spellingShingle | Текстура титана после винтовой экструзии Усов, В.В. Шкатуляк, Н.М. Брюханов, П.А. Бейгельзимер, Я.Е. |
| title | Текстура титана после винтовой экструзии |
| title_alt | Текстура титану після гвинтової екструзії Titanium texture formed by twist extrusion |
| title_full | Текстура титана после винтовой экструзии |
| title_fullStr | Текстура титана после винтовой экструзии |
| title_full_unstemmed | Текстура титана после винтовой экструзии |
| title_short | Текстура титана после винтовой экструзии |
| title_sort | текстура титана после винтовой экструзии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69437 |
| work_keys_str_mv | AT usovvv teksturatitanaposlevintovoiékstruzii AT škatulâknm teksturatitanaposlevintovoiékstruzii AT brûhanovpa teksturatitanaposlevintovoiékstruzii AT beigelʹzimerâe teksturatitanaposlevintovoiékstruzii AT usovvv teksturatitanupíslâgvintovoíekstruzíí AT škatulâknm teksturatitanupíslâgvintovoíekstruzíí AT brûhanovpa teksturatitanupíslâgvintovoíekstruzíí AT beigelʹzimerâe teksturatitanupíslâgvintovoíekstruzíí AT usovvv titaniumtextureformedbytwistextrusion AT škatulâknm titaniumtextureformedbytwistextrusion AT brûhanovpa titaniumtextureformedbytwistextrusion AT beigelʹzimerâe titaniumtextureformedbytwistextrusion |