Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией
Представлены результаты исследований влияния комбинированных режимов термомеханической обработки (ТМО) на микроструктуру и механические свойства полуфабрикатов из технически чистого титана. Комбинированный технологический процесс включал в себя равноканальное угловое прессование (РКУП) и ТМО. Исполь...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70114 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией / И.П. Семенова, В.В. Латыш, Г.Х. Садикова, Р.З. Валиев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859993269403910144 |
|---|---|
| author | Семенова, И.П. Латыш, В.В. Садикова, Г.Х. Валиев, Р.З. |
| author_facet | Семенова, И.П. Латыш, В.В. Садикова, Г.Х. Валиев, Р.З. |
| citation_txt | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией / И.П. Семенова, В.В. Латыш, Г.Х. Садикова, Р.З. Валиев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Представлены результаты исследований влияния комбинированных режимов термомеханической обработки (ТМО) на микроструктуру и механические свойства полуфабрикатов из технически чистого титана. Комбинированный технологический процесс включал в себя равноканальное угловое прессование (РКУП) и ТМО. Использование данной схемы деформации позволило получить ультрамелкозернистые (УМЗ) заготовки из технически чистого титана Grade 2 диаметром 6.5 mm и длиной до 1000 mm. Изучены особенности формирования УМЗ-структуры в заготовках, эволюция механических свойств на различных этапах технологического процесса. Установлено, что формирование однородной УМЗ-структуры в полуфабрикате из технически чистого титана с размером зерен α-фазы около 70 nm позволяет повысить прочностные характеристики в 2.5 раза по сравнению с исходным отожженным состоянием. Пластичность при этом составила 12%.
Recent studies of the effect of processing routes on microstructure and mechanical properties of long-sized rods out of nanostructured Ti are reported. The developed processing consisted of equal-channel angular pressing (ECAP) and thermomechanical treatment (TMT), it enabled to process ultra-fine grained (UFG) rods out of Ti of commercial purity Grade 2 6.5 mm in diameter and more than 1000 mm long. The paper presents the features of UFG structure in processed rods and evolution of mechanical properties at various stages of the technological process. It was established that the formation of homogeneous UFG structure in the rods out of CP Ti with α-phase grain size about 70 nm allowed a 2.5 times increase of the ultimate strength in comparison with the initial annealed state. Ductility of the rods constituted more than 12%.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:33:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
81
PACS: 81.40.−z
И.П. Семенова1, В.В. Латыш2, Г.Х. Садикова1, Р.З. Валиев1
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ТИТАНОВЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ
1Институт физики перспективных материалов,
Уфимский государственный авиационный технический университет
ул. К. Маркса, 12, г. Уфа, 450000, Россия
2Научно-конструкторское технологическое бюро «Искра»
ул. Пушкина, 81, г. Уфа, 450000, Россия
Представлены результаты исследований влияния комбинированных режимов тер-
момеханической обработки (ТМО) на микроструктуру и механические свойства
полуфабрикатов из технически чистого титана. Комбинированный технологиче-
ский процесс включал в себя равноканальное угловое прессование (РКУП) и ТМО.
Использование данной схемы деформации позволило получить ультрамелкозерни-
стые (УМЗ) заготовки из технически чистого титана Grade 2 диаметром 6.5 mm
и длиной до 1000 mm. Изучены особенности формирования УМЗ-структуры в за-
готовках, эволюция механических свойств на различных этапах технологического
процесса. Установлено, что формирование однородной УМЗ-структуры в полу-
фабрикате из технически чистого титана с размером зерен α-фазы около 70 nm
позволяет повысить прочностные характеристики в 2.5 раза по сравнению с ис-
ходным отожженным состоянием. Пластичность при этом составила 12%.
Введение
К настоящему времени исследователями доказано, что измельчение зерна
в металлах и сплавах и создание в них специальной УМЗ-структуры позво-
ляют значительно улучшить их физико-механические свойства, такие как
прочность, сопротивление усталости, сверхпластичность [1]. Проведенные
ранее исследования [2−4] показали возможность формирования УМЗ-
структуры в объемных заготовках из технически чистого титана, используя
РКУП, сохраняющее без изменения геометрические размеры заготовки. Од-
нако изготовление высокопрочных полуфабрикатов заданных размеров с
УМЗ-структурой в промышленных условиях представляет собой самостоя-
тельную проблему. С одной стороны, это решение задач, связанных с трудо-
емкостью, производительностью технологического процесса, с уменьшени-
ем коэффициента использования металла и др. С другой стороны, это фор-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
82
мирование в заготовках по всей длине однородной УМЗ-структуры и ста-
бильно высоких механических свойств.
В данной работе рассмотрен материаловедческий аспект процесса полу-
чения высокопрочных полуфабрикатов из чистого титана длиной более 1 m.
В его основе лежит РКУП, в результате которого формируется УМЗ-
состояние в исходной заготовке. Последующие стадии ТМО являются в ос-
новном формообразующими операциями, в процессе которых деформаци-
онное воздействие также оказывает заметную роль в структурообразовании
полуфабриката и его свойств. Цель данной работы − систематические иссле-
дования эволюции микроструктуры и механических свойств титана на каж-
дой стадии изготовления полуфабриката.
Материалы и методы исследования
Для проведения исследований были использованы горячекатаные прутки
диаметром 40 mm из технически чистого титана Grade 2 (Ti − основа, С –
0.07%, О2 – 0.25%, Fe – 0.3%, N – 0.05%) производства США. Структура
прутков Grade 2 представляет собой глобулярную структуру с размером зер-
на α-фазы и в поперечном, и в продольном сечении 25−30 µm.
Заготовки подвергали РКУП по режиму: Т = 450°C, угол 90°, маршрут Вс,
4 прохода [3]. Последующие ТМО проводили в несколько стадий с общей
накопленной деформацией около 80%. Вид заготовок на промежуточных
стадиях представлен на рис. 1.
Исследования микроструктуры промежуточных заготовок на стадиях
технологического процесса проводили методами оптической металлографии
и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Механические испы-
тания на растяжение выполнены при комнатной температуре на машине
Instron со скоростью нагружения 1 mm/min на стандартных образцах с диа-
метром рабочей части 5 mm.
Результаты исследования и их обсуждение
Экспериментальные результаты исследования эволюции структуры в за-
готовке методом ПЭМ представлены на рис. 2. Установлено, что после 4
проходов РКУП как в продольном, так и в поперечном сечениях формирует-
ся равноосная УМЗ-структура с размером зерен 0.3−0.7 µm (рис. 2, I). Не-
значительное размытие рефлексов свидетельствует о достаточно низком
уровне внутренних напряжений. Большое количество четких рефлексов по
кольцам электронограммы говорит о том, что большинство зерен в структу-
ре имеют высокоугловые границы.
Рис. 1. Заготовки из титана Grade 2
на различных стадиях изготовления
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
83
I
а б
II
а б
III
а б
Рис. 2. Микроструктура титана Grade 2 после: I − РКУП, 4 прохода; II − РКУП, 4
прохода + ТМО (ε = 60%); III − РКУП, 4 прохода + ТМО (ε = 80%); а − поперечное
сечение, б − продольное; ПЭМ
На первых стадиях ТМО происходило дополнительное измельчение и
формирование в сплаве зеренно-субзеренной структуры. Размер отдельных
зерен достигал 150 nm. Анализ электронограмм показал, что в структуре
присутствуют как высоко-, так и малоугловые границы, азимутальное раз-
мытие точечных рефлексов указывает на увеличение внутренних напряже-
ний (рис. 2, II).
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
84
После конечной операции ТМО в поперечном сечении заготовки струк-
тура становится однородной и равноосной, в продольном − сохраняется ее
вытянутость в направлении деформации (рис. 2, III). При этом видно, что
происходит дальнейшее измельчение зеренно-субзеренной структуры. В
продольном сечении заготовки зерна с явно выраженной субструктурой
сильно вытянуты вдоль направления деформации, а в поперечном – имеют
равноосную форму со средним размером около 100 nm. Дифракционная кар-
тина характерна для УМЗ-состояния с преимущественно высокоугловыми
границами. Плотность дислокаций очень высокая и по ПЭМ-изображениям
структуры подсчитать ее величину не представилось возможным.
Из таблицы видно, что формирование структуры с размером зерна 0.5−0.7 µm
на стадии интенсивной деформации РКУП дает заметное упрочнение спла-
ва. Последующая операция ТМО с суммарной накопленной деформацией до
60% за счет дополнительного измельчения структуры до размера зерен 150 nm
и накопления дефектов кристаллического строения позволила повысить
прочность до 1030 MPa, что уже в 2.5 раза выше прочности сплава в состоя-
нии поставки. При этом наблюдалось снижение пластичности до 12%. Уве-
личение накопленной деформации до 80% за счет создания высокой плотно-
сти дислокаций в структуре и формирования металлографической текстуры
способствовало повышению предела текучести по сравнению с отожженным
состоянием почти в 3 раза. Величина сужения ψ немного уменьшилась, что
обусловлено более высокой локализацией деформации в УМЗ-образцах при
растяжении при комнатной температуре.
Таблица
Механические свойства заготовок из титана на различных стадиях
деформационно-термической обработки
Состояние σв, MPa σ0.2, MPa δ, % ψ, %
Исходное 440 370 38 60
РКУП, 4 прохода 630 545 22 51
РКУП, 4 прохода + ТМО (ε = 60%) 1030 845 12 51
РКУП, 4 прохода + ТМО (ε = 80%) 1150 1100 11 56
Исследование механических свойств по длине полуфабриката проводили
на стандартных образцах, вырезанных по длине заготовки. Разброс значений
пределов прочности и текучести образцов составляет в среднем 5%, что сви-
детельствует о формировании УМЗ-структуры, однородной по длине заго-
товки.
Заключение
Таким образом, результаты исследования эволюции микроструктуры и
механических свойств длинномерных заготовок на разных стадиях их изго-
товления показали возможность получения высокопрочного состояния в
длинномерных титановых полуфабрикатах, используя интенсивную пласти-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
85
ческую деформацию. Основная роль в технологической схеме обработки
принадлежит РКУП, в результате которого упрочнение достигается за счет
интенсивного измельчения структуры. Сохранение достаточной пластично-
сти УМЗ-титана после РКУП позволяет провести формообразующие опера-
ции ТМО, которые способствуют дополнительному измельчению зеренной
структуры заготовки и формированию высокой плотности дислокаций. В
итоге в полуфабрикате из технически чистого титана длиной до 1 m обеспе-
чивается формирование однородной УМЗ-структуры с размером зерна около
70 nm, что приводит к повышению прочностных свойств сплава в 2.5 раза по
сравнению с отожженным состоянием и к сохранению хорошей пластично-
сти до 11%.
1. R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.A. Alexandrov, Prog. Mater. Sci. 45, 103 (2000).
2. Y. Iwahashi, Z. Horita, M. Nemoto, T.G. Langdon, Acta Mater. 46, 3317 (1998).
3. V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I. Alexandrov, T.C. Lowe, R.Z. Valiev, Mater. Sci. Eng.
A303, 82 (2001).
4. V.V. Stolyarov, Y.T. Zhu, I. Alexandrov, T.C. Lowe, R.Z. Valiev, MRS A343, 43
(2003).
I.P. Semenova, V.V. Latysh, G.H. Sadikova, R.Z. Valiev
MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES
OF LONG-SIZED Ti RODS WITH ULTRA-FINE GRAINED STRUCTURE
Recent studies of the effect of processing routes on microstructure and mechanical prop-
erties of long-sized rods out of nanostructured Ti are reported. The developed processing
consisted of equal-channel angular pressing (ECAP) and thermomechanical treatment
(TMT), it enabled to process ultra-fine grained (UFG) rods out of Ti of commercial purity
Grade 2 6.5 mm in diameter and more than 1000 mm long. The paper presents the fea-
tures of UFG structure in processed rods and evolution of mechanical properties at vari-
ous stages of the technological process. It was established that the formation of homoge-
neous UFG structure in the rods out of CP Ti with α-phase grain size about 70 nm al-
lowed a 2.5 times increase of the ultimate strength in comparison with the initial annealed
state. Ductility of the rods constituted more than 12%.
Fig. 1. Billets out of Ti Grade 2 at various stages of their fabrication
Fig. 2. Microstructure of Ti Grade 2 after: I − ECAP, 4 passes; II − ECAP, 4 passes + TMT
(ε = 60%); III − ECAP, 4 passes + TMT (ε = 80%); а − cross section, б − longitudinal;
TEM
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70114 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:33:06Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Семенова, И.П. Латыш, В.В. Садикова, Г.Х. Валиев, Р.З. 2014-10-28T19:42:19Z 2014-10-28T19:42:19Z 2005 Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией / И.П. Семенова, В.В. Латыш, Г.Х. Садикова, Р.З. Валиев // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 81-85. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70114 Представлены результаты исследований влияния комбинированных режимов термомеханической обработки (ТМО) на микроструктуру и механические свойства полуфабрикатов из технически чистого титана. Комбинированный технологический процесс включал в себя равноканальное угловое прессование (РКУП) и ТМО. Использование данной схемы деформации позволило получить ультрамелкозернистые (УМЗ) заготовки из технически чистого титана Grade 2 диаметром 6.5 mm и длиной до 1000 mm. Изучены особенности формирования УМЗ-структуры в заготовках, эволюция механических свойств на различных этапах технологического процесса. Установлено, что формирование однородной УМЗ-структуры в полуфабрикате из технически чистого титана с размером зерен α-фазы около 70 nm позволяет повысить прочностные характеристики в 2.5 раза по сравнению с исходным отожженным состоянием. Пластичность при этом составила 12%. Recent studies of the effect of processing routes on microstructure and mechanical properties of long-sized rods out of nanostructured Ti are reported. The developed processing consisted of equal-channel angular pressing (ECAP) and thermomechanical treatment (TMT), it enabled to process ultra-fine grained (UFG) rods out of Ti of commercial purity Grade 2 6.5 mm in diameter and more than 1000 mm long. The paper presents the features of UFG structure in processed rods and evolution of mechanical properties at various stages of the technological process. It was established that the formation of homogeneous UFG structure in the rods out of CP Ti with α-phase grain size about 70 nm allowed a 2.5 times increase of the ultimate strength in comparison with the initial annealed state. Ductility of the rods constituted more than 12%. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией Структура і механічні властивості титанових довговимірних напівфабрикатів, отриманих інтенсивною пластичною деформацією Microstructure and mechanical properties of long-sized Ti rods with ultra-fine grained structure Article published earlier |
| spellingShingle | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией Семенова, И.П. Латыш, В.В. Садикова, Г.Х. Валиев, Р.З. |
| title | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| title_alt | Структура і механічні властивості титанових довговимірних напівфабрикатів, отриманих інтенсивною пластичною деформацією Microstructure and mechanical properties of long-sized Ti rods with ultra-fine grained structure |
| title_full | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| title_fullStr | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| title_full_unstemmed | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| title_short | Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| title_sort | структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70114 |
| work_keys_str_mv | AT semenovaip strukturaimehaničeskiesvoistvatitanovyhdlinnomernyhpolufabrikatovpolučennyhintensivnoiplastičeskoideformaciei AT latyšvv strukturaimehaničeskiesvoistvatitanovyhdlinnomernyhpolufabrikatovpolučennyhintensivnoiplastičeskoideformaciei AT sadikovagh strukturaimehaničeskiesvoistvatitanovyhdlinnomernyhpolufabrikatovpolučennyhintensivnoiplastičeskoideformaciei AT valievrz strukturaimehaničeskiesvoistvatitanovyhdlinnomernyhpolufabrikatovpolučennyhintensivnoiplastičeskoideformaciei AT semenovaip strukturaímehaníčnívlastivostítitanovihdovgovimírnihnapívfabrikatívotrimanihíntensivnoûplastičnoûdeformacíêû AT latyšvv strukturaímehaníčnívlastivostítitanovihdovgovimírnihnapívfabrikatívotrimanihíntensivnoûplastičnoûdeformacíêû AT sadikovagh strukturaímehaníčnívlastivostítitanovihdovgovimírnihnapívfabrikatívotrimanihíntensivnoûplastičnoûdeformacíêû AT valievrz strukturaímehaníčnívlastivostítitanovihdovgovimírnihnapívfabrikatívotrimanihíntensivnoûplastičnoûdeformacíêû AT semenovaip microstructureandmechanicalpropertiesoflongsizedtirodswithultrafinegrainedstructure AT latyšvv microstructureandmechanicalpropertiesoflongsizedtirodswithultrafinegrainedstructure AT sadikovagh microstructureandmechanicalpropertiesoflongsizedtirodswithultrafinegrainedstructure AT valievrz microstructureandmechanicalpropertiesoflongsizedtirodswithultrafinegrainedstructure |