Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки
Дан анализ изменения механических свойств титанового сплава Ti−6Al−4V ELI при последовательном добавлении к равноканальному угловому прессованию (РКУП) экструзии, предварительной термообработки и заключительного стабилизирующего отжига. Экспериментально показано, что комплексная термомеханическая об...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2012
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69578 |
| 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: | Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки / А.И. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.Н. Кравченко, И.В. Коротченкова, И.И. Каганова // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 103-110. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69578 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коршунов, А.И. Смоляков, А.А. Кравченко, Т.Н. Коротченкова, И.В. Каганова, И.И. 2014-10-16T19:55:17Z 2014-10-16T19:55:17Z 2012 Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки / А.И. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.Н. Кравченко, И.В. Коротченкова, И.И. Каганова // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 103-110. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.−x https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69578 Дан анализ изменения механических свойств титанового сплава Ti−6Al−4V ELI при последовательном добавлении к равноканальному угловому прессованию (РКУП) экструзии, предварительной термообработки и заключительного стабилизирующего отжига. Экспериментально показано, что комплексная термомеханическая обработка, включающая в себя все вышеперечисленные технологические операции, позволяет получить высокие прочностные характеристики с приемлемым уровнем пластических свойств. Наведено аналіз зміни механічних властивостей титанового сплаву Ti−6Al−4V ELI при послідовному додаванні до рівноканального кутового пресування (РККП) екструзії, попередньої термообробки та завершального стабілізувального відпалу. Експериментально показано, що комплексна термомеханічна обробка, яка включає всі вищеперелічені технологічні операції, дозволяє отримати високі міцнісні характеристики з прийнятним рівнем пластичних властивостей. For the Ti−6Al−4V ELI alloy, equal-channel angular pressing (ECAP), extrusion, and other technological procedures of intensive plastic deformations result into considerable growth of strength properties: its conventional yield strength goes up by 40% and its ultimate strength becomes 30% higher. At the same time, its relative elongation is halved, and its uniform elongation is reduced by 4 times. Additional thermal treatment does not have a significant effect on strength properties. Preliminary quenching and aging added to the ECAP results in a little drop in the conventional yield strength when the general growth of relative and uniform elongations is observed. And finally, a full set of thermomechanical operations including quenching, aging, ECAP, extrusion and annealing allows further upgrading in the strength properties to their maximum values and getting an increase in relative and uniform elongations if compared to thermomechanical treatment without stabilizing annealing. All examined states demonstrated anisotropy of the conventional yield strength at compression, which equals to 17% in the initial annealed state and is higher than 50% after complex thermomechanical treatment followed-up by extrusion. The growth of conventional yield strength was also observed when the sample was compressed across the axis of the bar, and its decrease, even lower than the value of the initial state, was found when the bar was compressed along its axis. Followed-up stabilizing annealing results into the rise of conventional yield strength at compression for both directions tried (along and across the bar axis) and the reduction of anisotropy down to the level of the initial state and lower. Работа выполнена в рамках проектов МНТЦ № 2398р и № 3208р. Авторы выражают благодарность сотрудникам ИФПМ (г. Уфа) Р.З. Валиеву, И.П. Семеновой и Г.И. Раабу за предоставленные материалы для исследований при выполнении вышеуказанных проектов. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки Механічні властивості титанового сплаву Ti−6Al−4V ELI після РККП і комплексної термомеханічної обробки Mechanical properties of the Ti−6Al−4V ELI titanium alloy after ECAP and complex thermomechanical treatment Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки |
| spellingShingle |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки Коршунов, А.И. Смоляков, А.А. Кравченко, Т.Н. Коротченкова, И.В. Каганова, И.И. |
| title_short |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки |
| title_full |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки |
| title_fullStr |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки |
| title_full_unstemmed |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки |
| title_sort |
механические свойства титанового сплава ti-6al-4v eli после ркуп и комплексной термомеханической обработки |
| author |
Коршунов, А.И. Смоляков, А.А. Кравченко, Т.Н. Коротченкова, И.В. Каганова, И.И. |
| author_facet |
Коршунов, А.И. Смоляков, А.А. Кравченко, Т.Н. Коротченкова, И.В. Каганова, И.И. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика и техника высоких давлений |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Механічні властивості титанового сплаву Ti−6Al−4V ELI після РККП і комплексної термомеханічної обробки Mechanical properties of the Ti−6Al−4V ELI titanium alloy after ECAP and complex thermomechanical treatment |
| description |
Дан анализ изменения механических свойств титанового сплава Ti−6Al−4V ELI при последовательном добавлении к равноканальному угловому прессованию (РКУП) экструзии, предварительной термообработки и заключительного стабилизирующего отжига. Экспериментально показано, что комплексная термомеханическая обработка, включающая в себя все вышеперечисленные технологические операции, позволяет получить высокие прочностные характеристики с приемлемым уровнем пластических свойств.
Наведено аналіз зміни механічних властивостей титанового сплаву Ti−6Al−4V ELI при послідовному додаванні до рівноканального кутового пресування (РККП) екструзії, попередньої термообробки та завершального стабілізувального відпалу. Експериментально показано, що комплексна термомеханічна обробка, яка включає всі вищеперелічені технологічні операції, дозволяє отримати високі міцнісні характеристики з прийнятним рівнем пластичних властивостей.
For the Ti−6Al−4V ELI alloy, equal-channel angular pressing (ECAP), extrusion, and other technological procedures of intensive plastic deformations result into considerable growth of strength properties: its conventional yield strength goes up by 40% and its ultimate strength becomes 30% higher. At the same time, its relative elongation is halved, and its uniform elongation is reduced by 4 times. Additional thermal treatment does not have a significant effect on strength properties. Preliminary quenching and aging added to the ECAP results in a little drop in the conventional yield strength when the general growth of relative and uniform elongations is observed. And finally, a full set of thermomechanical operations including quenching, aging, ECAP, extrusion and annealing allows further upgrading in the strength properties to their maximum values and getting an increase in relative and uniform elongations if compared to thermomechanical treatment without stabilizing annealing. All examined states demonstrated anisotropy of the conventional yield strength at compression, which equals to 17% in the initial annealed state and is higher than 50% after complex thermomechanical treatment followed-up by extrusion. The growth of conventional yield strength was also observed when the sample was compressed across the axis of the bar, and its decrease, even lower than the value of the initial state, was found when the bar was compressed along its axis. Followed-up stabilizing annealing results into the rise of conventional yield strength at compression for both directions tried (along and across the bar axis) and the reduction of anisotropy down to the level of the initial state and lower.
|
| issn |
0868-5924 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69578 |
| citation_txt |
Механические свойства титанового сплава Ti-6Al-4V ELI после РКУП и комплексной термомеханической обработки / А.И. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.Н. Кравченко, И.В. Коротченкова, И.И. Каганова // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 103-110. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT koršunovai mehaničeskiesvoistvatitanovogosplavati6al4veliposlerkupikompleksnoitermomehaničeskoiobrabotki AT smolâkovaa mehaničeskiesvoistvatitanovogosplavati6al4veliposlerkupikompleksnoitermomehaničeskoiobrabotki AT kravčenkotn mehaničeskiesvoistvatitanovogosplavati6al4veliposlerkupikompleksnoitermomehaničeskoiobrabotki AT korotčenkovaiv mehaničeskiesvoistvatitanovogosplavati6al4veliposlerkupikompleksnoitermomehaničeskoiobrabotki AT kaganovaii mehaničeskiesvoistvatitanovogosplavati6al4veliposlerkupikompleksnoitermomehaničeskoiobrabotki AT koršunovai mehaníčnívlastivostítitanovogosplavuti6al4velipíslârkkpíkompleksnoítermomehaníčnoíobrobki AT smolâkovaa mehaníčnívlastivostítitanovogosplavuti6al4velipíslârkkpíkompleksnoítermomehaníčnoíobrobki AT kravčenkotn mehaníčnívlastivostítitanovogosplavuti6al4velipíslârkkpíkompleksnoítermomehaníčnoíobrobki AT korotčenkovaiv mehaníčnívlastivostítitanovogosplavuti6al4velipíslârkkpíkompleksnoítermomehaníčnoíobrobki AT kaganovaii mehaníčnívlastivostítitanovogosplavuti6al4velipíslârkkpíkompleksnoítermomehaníčnoíobrobki AT koršunovai mechanicalpropertiesoftheti6al4velititaniumalloyafterecapandcomplexthermomechanicaltreatment AT smolâkovaa mechanicalpropertiesoftheti6al4velititaniumalloyafterecapandcomplexthermomechanicaltreatment AT kravčenkotn mechanicalpropertiesoftheti6al4velititaniumalloyafterecapandcomplexthermomechanicaltreatment AT korotčenkovaiv mechanicalpropertiesoftheti6al4velititaniumalloyafterecapandcomplexthermomechanicaltreatment AT kaganovaii mechanicalpropertiesoftheti6al4velititaniumalloyafterecapandcomplexthermomechanicaltreatment |
| first_indexed |
2025-11-26T00:06:49Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:06:49Z |
| _version_ |
1850591546834944000 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
© А.И. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.Н. Кравченко, И.В. Коротченкова, И.И. Каганова, 2012
PACS: 62.20.−x
А.И. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.Н. Кравченко, И.В. Коротченкова,
И.И. Каганова
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti−6Al−4V ELI
ПОСЛЕ РКУП И КОМПЛЕКСНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ
ФГУП «Российский федеральный ядерный центр –
Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики»
пр. Мира, 37, г. Саров, Нижегородская обл., 607190, Россия
Статья поступила в редакцию 23 сентября 2012 года
Дан анализ изменения механических свойств титанового сплава Ti−6Al−4V ELI при по-
следовательном добавлении к равноканальному угловому прессованию (РКУП) экстру-
зии, предварительной термообработки и заключительного стабилизирующего отжига.
Экспериментально показано, что комплексная термомеханическая обработка, вклю-
чающая в себя все вышеперечисленные технологические операции, позволяет получить
высокие прочностные характеристики с приемлемым уровнем пластических свойств.
Ключевые слова: титановый сплав Ti−6Al−4V ELI, равноканальное угловое прес-
сование, экструзия, термообработка, механические свойства
Введение
Титановый сплав Ti−6Al−4V ELI является аналогом титанового сплава ВТ6 и
также относится к (α + β)-титановым сплавам мартенситного класса. Однако в
отличие от ВТ6 титановый сплав Ti−6Al−4V ELI содержит значительно меньше
посторонних примесей и используется преимущественно для изготовления ме-
дицинских имплантатов. Большое практическое значение имеют высокие проч-
ностные свойства этого сплава. Одним из эффективных способов их повышения
является формирование в сплаве наноструктуры методами интенсивной пласти-
ческой деформации, например РКУП. Как правило, в этом случае наблюдается
значительная потеря характеристик пластичности. Добавление к интенсивной
пластической деформации традиционных методов термомеханической обработ-
ки может позволить получить наряду с высокими прочностными характеристи-
ками приемлемые значения пластических свойств.
Материал для исследований
Для исследований были изготовлены прутки ∅20 mm в соответствии с
требованиями ASTMF136 методом горячей прокатки. Поставленные прутки
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
104
были термообработаны при 700°С в течение 1 h с последующим охлаждением
на воздухе. Структура сплава Ti−6Al−4V ELI в исходном отожженном со-
стоянии представляет собой смешанную глобулярно-пластинчатую структуру
с размером глобулярных зерен α-фазы в поперечном сечении 5−8 μm, в про-
дольном – 8−20 μm. Соотношение α- и β-фаз в сплаве составляет 90 и 10%
соответственно [1].
Равноканальное угловое прессование
Исследовали две заготовки после РКУП, выполненного на штампе с диа-
метрами каналов 20 mm, по следующим режимам:
1) 4 прохода по маршруту ВС, угол пересечения каналов 120°, температу-
ра прессования Т = 600°С;
2) 8 проходов по маршруту ВС, угол пересечения каналов 120°, Т = 700°С.
Механические свойства определяли на стандартных образцах ∅3 mm при
комнатной температуре и скорости деформации 10−3 s−1. Полученные значе-
ния приведены в табл. 1. Там же для сравнения представлены результаты
для титанового сплава Ti−6Al−4V ELI в исходном отожженном состоянии.
Полученные значения механических свойств после РКУП показывают зна-
чительный рост характеристик прочности и падения пластичности. Обраща-
ет на себя внимание тот факт, что прессование при более низкой температу-
ре с меньшим количеством циклов обеспечивает примерно те же значения
механических свойств, что и прессование при температуре на 100°С выше и
при количестве циклов больше в два раза.
Таблица 1
Механические свойства при растяжении титанового сплава Ti−6Al−4V ELI в
исходном состоянии и после РКУП
σ0.2 σВ δ5 ψ δUNСостояние материала
N/mm2 %
Исходное отожженное 935 1020 16.7 45.4 7.6
РКУП (4-ВС, α = 120°, Т = 600°С) 1180 1210 11.0 53.0 2.1
РКУП (8-ВС, α = 120°, Т = 700°С) 1160 1180 9.8 48.0 2.1
РКУП с дополнительной экструзией
Следующим шагом в повышении прочностных характеристик является
экструзия после РКУП. Для исследований был взят пруток титанового
сплава Ti−6Al−4V ELI, подвергнутый комплексной обработке по такому
режиму:
1) 8 проходов РКУП по маршруту ВС, α = 135°, Т = 700°С;
2) 4 прохода РКУП по маршруту ВС, α = 135°, Т = 600°С;
3) экструзия с ∅19.2 mm до ∅13.5 mm, в том числе: 1 цикл при Т = 600°С
и 2 цикла при Т = 20°С.
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
105
Полученные результаты приведены в табл. 2 в сравнении со свойствами
сплава после РКУП. Как видно, экструзия после РКУП привела к сущест-
венному (более чем на 10%) увеличению прочностных характеристик, при
этом параметры пластичности понизились.
Таблица 2
Механические свойства при растяжении титанового сплава Ti–6Al–4V ELI
после РКУП и экструзии
σ0.2 σВ δ5 ψ δUNСостояние материала
N/mm2 %
РКУП (8-ВС, α = 120°, Т = 700°С) 1160 1180 9.8 48.0 2.1
РКУП и экструзия 1310 1330 8.5 38.5 1.8
Предварительная термообработка и стабилизирующий отжиг
Как показали недавние исследования [2], предварительная подготовка
структуры сплава Ti−6Al−4V ELI оказывает положительное влияние на ме-
ханическое поведение сплава после интенсивной пластической деформации.
Термическая обработка заготовок (закалка и последующее старение) приво-
дит к формированию тонкопластинчатой структуры с объемной долей пер-
вичных α-зерен, в несколько раз меньшей по сравнению с состоянием по-
ставки. После интенсивной пластической деформации термообработанных
заготовок, очевидно за счет повышения дисперсности и однородности фор-
мирующейся ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры, отмечается увеличе-
ние прочностных характеристик и некоторый рост пластичности. Стабили-
зирующий заключительный отжиг позволяет снять оставшиеся микрона-
пряжения, что способствует улучшению механических свойств.
Для исследований были взяты прутки ∅14.2 × 120 mm, подвергнутые
комплексной термомеханической обработке по следующему режиму:
1) выдержка при 950°С в течение 40 min с последующей закалкой в воду;
2) старение при 675°С в течение 4 h;
3) 4 прохода РКУП по маршруту ВС, α = 120°, Т = 600°С;
4) экструзия с ∅19.2 mm до ∅14.2 mm, в том числе: 3 цикла при Т =
= 300°С и 1 цикл при Т = 20°С.
Микроструктура материала после комплексной термомеханической обра-
ботки характеризуется значительной разориентировкой границ фрагментов
α-фазы со средним размером ∼ 300 nm. При этом области с УМЗ-структурой
составляют до 90% основы материала. В продольном сечении структурные
элементы вытянуты вдоль направления деформации. Соотношение α- и β-фаз в
сплаве изменилось и составило 95 и 5% соответственно за счет частичного рас-
творения и распада β-фазы в процессе интенсивной пластической деформации.
Часть заготовок после комплексной термомеханической обработки бы-
ла подвергнута стабилизирующему отжигу при 500°С в течение 2 h. Ме-
ханические свойства для этих двух состояний приведены в табл. 3.
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
106
Таблица 3
Механические свойства при растяжении титанового сплава Ti−6Al−4V ELI
после комплексной термомеханической обработки и последующего отжига
σ0.2 σВ δ5 ψ δUNСостояние материала
N/mm2 %
Комплексная термомеханическая
обработка 1240 1330 10.7 47.2 3.0
Комплексная термомеханическая
обработка и последующий отжиг 1320 1370 11.6 43.8 4.0
Сравнивая полученные результаты со свойствами после РКУП и экстру-
зии, необходимо отметить, что введение предварительной термообработки и
стабилизирующего отжига хотя и не привело к существенному изменению
прочностных характеристик, но при этом позволило значимо увеличить ос-
новные пластические характеристики (δ5 и δUN).
Эволюция механических свойств
Полная динамика изменения механических характеристик титанового
сплава Ti−6Al−4V ELI в процессе добавления технологических операций
приведена на рис. 1, 2. Для титанового сплава Ti−6Al−4V ELI РКУП и экс-
трузия, технологические операции, реализующие интенсивные пластические
деформации, приводят к значительному росту прочностных характеристик:
условного предела текучести на 40% и предела прочности на 30%. В то же
время относительное удлинение падает в 2 раза, а равномерное удлинение −
в 4 раза. Введение дополнительных термообработок не оказывает сущест-
венного влияния на прочностные характеристики. Добавление к РКУП и
экструзии только закалки и старения приводит даже к небольшому падению
условного предела текучести на общем фоне роста относительного и равно-
мерного удлинений. И, наконец, полный набор термомеханических опера-
ций, включающий закалку, старение, РКУП, экструзию и отжиг позволяет
еще немного повысить прочностные характеристики, получив при этом их
максимальные значения, а также увеличить относительное и равномерное
удлинение в сравнении с термомеханической обработкой без стабилизи-
рующего отжига.
В итоге увеличение условного предела текучести составило 40%, предела
прочности − 35%, при этом уменьшение относительного удлинения состави-
ло 40%, а равномерного удлинения − примерно 50%. Относительное суже-
ние осталось практически на том же уровне. Основной результат введения
дополнительных термообработок заключается в улучшении равномерного
удлинения. Так, без дополнительных термообработок равномерное удлине-
ние падает относительно исходного отожженного состояния в 4 раза, с до-
полнительными термообработками − только в 2 раза.
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
107
а б
в г
Рис. 1. Механические свойства титанового сплава Ti−6Al−4V ELI (a – условный
предел текучести, б – предел прочности, в – относительное удлинение, г – равно-
мерное удлинение) для разных состояний: 1 – исходное отожженное состояние, 2 –
РКУП, 3 – РКУП и экструзия, 4 – комплексная термомеханическая обработка, 5 –
комплексная термомеханическая обработка и стабилизирующий отжиг
Анизотропия при сжатии
Известно, что после РКУП материал приобретает значительную анизо-
тропию механических свойств, в частности условного предела текучести
при сжатии и микротвердости [3,4]. Приняв априори осевую симметрию ме-
ханических свойств, исследования титанового сплава Ti−6Al−4V ELI на
сжатие проводили на образцах, вырезанных вдоль и поперек оси прутка.
Рис. 2. Условные диаграммы деформи-
рования титанового сплава Ti−6Al−4V
ELI для разных состояний: 1 – исходное
отожженное состояние, 2 – РКУП; 3 –
РКУП и экструзия, 4 – комплексная
термомеханическая обработка, 5 – ком-
плексная термомеханическая обработка
и стабилизирующий отжиг
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
108
Изучали образцы ∅5 × 7.5 mm при комнатной температуре и скорости де-
формации 10−3 s−1. Для исследования был взят материал в исходном ото-
жженном состоянии, после комплексной термомеханической обработки,
включающей закалку, старение, РКУП и экструзию, а также после ком-
плексной термомеханической обработки и стабилизирующего отжига.
Значения условного предела текучести при сжатии для разных исследован-
ных состояний приведены на рис. 3, а соответствующие им диаграммы сжа-
тия − на рис. 4. Во всех состояниях наблюдается анизотропия, равная ∼ 17%
в исходном отожженном состоянии и достигающая более 50% после ком-
плексной термомеханической обработки, заканчивающейся экструзией. При
этом происходят рост условного предела текучести при сжатии поперек оси
прутка и падение (даже ниже исходного состояния) вдоль оси прутка. Это
связано с проявлением эффекта Баушингера, обусловленного возникновени-
ем при экструзии растягивающих напряжений вдоль оси заготовки [5,6]. По-
следующий стабилизирующий отжиг приводит к росту условного предела
текучести при сжатии для обоих направлений (вдоль и поперек оси прутка)
и снижению анизотропии до уровня даже чуть ниже исходного состояния.
Рис. 3. Условный предел текучести при сжатии титанового сплава Ti−6Al−4V ELI
вдоль (□) и поперек (■) оси прутка для разных состояний: 1 – исходное отожженное
состояние, 2 – комплексная термомеханическая обработка, 3 – комплексная термо-
механическая обработка и стабилизирующий отжиг
Рис. 4. Условные диаграммы сжатия титанового сплава Ti−6Al−4V ELI для разных
состояний: 1 – исходное отожженное состояние, 2 – комплексная термомеханиче-
ская обработка, 3 – комплексная термомеханическая обработка и стабилизирующий
отжиг; сплошная кривая – вдоль оси прутка, штриховая – поперек оси
Заключение
Для титанового сплава Ti−6Al−4V ELI комплексная термомеханическая
обработка, включающая в себя закалку, старение, РКУП, экструзию и за-
ключительный стабилизирующий отжиг позволяет получить максимальные
значения условного предела текучести при растяжении и предела прочности
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
109
с приемлемым уровнем пластических свойств. Важную роль в формирова-
нии механических свойств играет заключительный стабилизирующий от-
жиг. Применение заключительного отжига позволило после комплексной
термомеханической обработки, заканчивающейся экструзией, повысить в
два раза равномерное удлинение и снизить в три раза анизотропию условно-
го предела текучести при сжатии.
Работа выполнена в рамках проектов МНТЦ № 2398р и № 3208р. Авторы
выражают благодарность сотрудникам ИФПМ (г. Уфа) Р.З. Валиеву,
И.П. Семеновой и Г.И. Раабу за предоставленные материалы для исследова-
ний при выполнении вышеуказанных проектов.
1. I.P. Semenova, L.R. Saitova, G.I. Raab, A.I. Korshunov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe, R.Z. Valiev,
Mater. Sci. Forum 503−504, 757 (2006).
2. И.П. Семенова, Автореф. дис. … д-ра техн. наук, Институт физики перспектив-
ных материалов при Уфимском государственном авиационном техническом
университете, Уфа (2011).
3. A. Korshunov, T. Kravchenko, L. Polyakov, A. Smolyakov, I. Vedernikova, A. Morozov,
Mater. Sci. Eng. A493, 160 (2008).
4. A. Korshunov, I. Kaganova, L. Polyako, T. Kravchenko, Mater. Sci. Forum 584−586,
487 (2008).
5. Я.Б. Фридман, Механические свойства металлов, Ч. 1. Деформация и разруше-
ние, Машиностроение, Москва (1974).
6. В.В. Столяров, Заводская лаборатория. Диагностика материалов 72, № 9, 45
(2006).
O.І. Коршунов, А.А. Смоляков, Т.М. Кравченко, І.В. Коротченкова, І.І. Каганова
МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТИТАНОВОГО СПЛАВУ Ti−6Al−4V ELI
ПІСЛЯ РККП І КОМПЛЕКСНОЇ ТЕРМОМЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ
Наведено аналіз зміни механічних властивостей титанового сплаву Ti−6Al−4V ELI
при послідовному додаванні до рівноканального кутового пресування (РККП) екст-
рузії, попередньої термообробки та завершального стабілізувального відпалу. Ек-
спериментально показано, що комплексна термомеханічна обробка, яка включає всі
вищеперелічені технологічні операції, дозволяє отримати високі міцнісні характе-
ристики з прийнятним рівнем пластичних властивостей.
Ключові слова: титановий сплав Ti−6Al−4V ELI, рівноканальне кутове пресуван-
ня, екструзія, термообробка, механічні властивості
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
110
A.I. Korshunov, A.A. Smoliakov, T.N. Kravchenko, I.V. Korotchenkova, I.I. Kaganova
MECHANICAL PROPERTIES OF THE Ti−6Al−4V ELI TITANIUM ALLOY
AFTER ECAP AND COMPLEX THERMOMECHANICAL TREATMENT
For the Ti−6Al−4V ELI alloy, equal-channel angular pressing (ECAP), extrusion, and
other technological procedures of intensive plastic deformations result into considerable
growth of strength properties: its conventional yield strength goes up by 40% and its ul-
timate strength becomes 30% higher. At the same time, its relative elongation is halved,
and its uniform elongation is reduced by 4 times. Additional thermal treatment does not
have a significant effect on strength properties. Preliminary quenching and aging added to
the ECAP results in a little drop in the conventional yield strength when the general
growth of relative and uniform elongations is observed. And finally, a full set of ther-
momechanical operations including quenching, aging, ECAP, extrusion and annealing
allows further upgrading in the strength properties to their maximum values and getting
an increase in relative and uniform elongations if compared to thermomechanical treat-
ment without stabilizing annealing.
All examined states demonstrated anisotropy of the conventional yield strength at
compression, which equals to 17% in the initial annealed state and is higher than 50%
after complex thermomechanical treatment followed-up by extrusion. The growth of con-
ventional yield strength was also observed when the sample was compressed across the
axis of the bar, and its decrease, even lower than the value of the initial state, was found
when the bar was compressed along its axis. Followed-up stabilizing annealing results
into the rise of conventional yield strength at compression for both directions tried (along
and across the bar axis) and the reduction of anisotropy down to the level of the initial
state and lower.
Keywords: Ti−6Al−4V ELI titanium alloy, equal-channel angular pressing, extrusion,
thermal treatment, mechanical properties
Fig. 1. Mechanical properties of the Ti−6Al−4V ELI titanium alloy (a – conventional
yield strength; б – ultimate strength, в – relative elongation; г – uniform elongation) in
different states: 1 – the initial annealed state, 2 – ECAP, 3 – ECAP and extrusion, 4 –
complex thermomechanical treatment, 5 – complex thermomechanical treatment and sta-
bilizing annealing
Fig. 2. Conventional deformation diagrams for the Ti−6Al−4V ELI titanium alloy in dif-
ferent states: 1 – the initial annealed state, 2 – ECAP, 3 – ECAP and extrusion, 4 – com-
plex thermomechanical treatment, 5 – complex thermomechanical treatment and stabi-
lizing annealing
Fig. 3. Conventional yield strength at compression of the Ti−6Al−4V ELI titanium alloy
along (□) and across (■) the axis of the bar in different states: 1 – the initial annealed
state, 2 – complex thermomechanical treatment, 3 – complex thermomechanical treatment
and stabilizing annealing
Fig. 4. Conventional compression diagrams for the Ti-6Al-4V ELI titanium alloy in dif-
ferent states: 1 – the initial annealed state, 2 – complex thermomechanical treatment, 3 –
complex thermomechanical treatment and stabilizing annealing; solid line – along and
dashed line – across the axis of the bar
|