Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением
Исследованы микроструктура и свойства образцов Ti₄₉.₄Ni₅₀.₆ диаметром 20 mm, подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при температурах 20, 300 и 400°C. В результате ИПДК c числом оборотов n = 5 при 20°C в образцах формируется аморфно-нанокристаллическая структура, ИПДК при 3...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2008 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2008
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70468 |
| 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: | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением / Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 143-146. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859634208455000064 |
|---|---|
| author | Гундеров, Д.В. Лукьянов, А.В. Прокофьев, Е.А. |
| author_facet | Гундеров, Д.В. Лукьянов, А.В. Прокофьев, Е.А. |
| citation_txt | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением / Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 143-146. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследованы микроструктура и свойства образцов Ti₄₉.₄Ni₅₀.₆ диаметром 20 mm, подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при температурах 20, 300 и 400°C. В результате ИПДК c числом оборотов n = 5 при 20°C в образцах формируется аморфно-нанокристаллическая структура, ИПДК при 300 и 400°C приводит к формированию нанокристаллической (НК) структуры с размером зерен dg около 80 и 100 nm соответственно. Прочность образцов после ИПДК при 20 и 300°C достигает 2000 и 1800 MPa соответственно.
Microstructure and properties of Ti₄₉.₄Ni₅₀.₆ samples Ø 20 mm subjected to high pressure torsion (HPT) at temperature 20, 300 and 400ºС have been investigated. Amorphous nanocrystalline structure is formed in the samples as a result of HPT with rotation number n = 5 at 20ºС. HPT at 300 and 400ºС leads to nanocrystalline (NC) structure formation with a grain size dg of about 80 and 100 nm, correspondingly. Strength of the samples after HPT at 20 and 300°С achieves 2000 and 1800 MPa, correspondingly.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:13:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
143
PACS: 62.20.Fe, 62.20.–x
Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВА TiNi
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТЕПЛОЙ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ
ДЕФОРМАЦИИ КРУЧЕНИЕМ
Уфимский государственный авиационный технический университет
ул. К. Маркса, 12, г. Уфа, 450000, Россия
E-mail: dimagun@mail.ru
Исследованы микроструктура и свойства образцов Ti49.4Ni50.6 диаметром 20 mm,
подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при
температурах 20, 300 и 400°C. В результате ИПДК c числом оборотов n = 5 при
20°C в образцах формируется аморфно-нанокристаллическая структура, ИПДК
при 300 и 400°C приводит к формированию нанокристаллической (НК) структу-
ры с размером зерен dg около 80 и 100 nm соответственно. Прочность образцов
после ИПДК при 20 и 300°C достигает 2000 и 1800 MPa соответственно.
Сплавы Ti–Ni широко используются в технике и медицине как материалы
с эффектом памяти формы (ЭПФ) [1]. Новые возможности в регулировании
физико-механических свойств металлов и сплавов открывает создание в них
НК-состояния методами интенсивной пластической деформации (ИПД) [2].
Известным методом последней является ИПДК, которая позволяет достигать
наиболее высоких степеней деформации и наиболее сильно измельчать
структуру материалов [2]. При воздействии ИПДК сплавы TiNi аморфизи-
руются, а их последующими отжигами можно сформировать НК-структуры
[3–5]. Однако использованные в работах [3–5] традиционные режимы ИПДК
позволяли получать лишь малые дисковые образцы диаметром 5–10 mm и
толщиной около 0.1–0.15 mm, что затрудняло исследование их механиче-
ских свойств и ЭПФ. В работе [6] сплав TiNi подвергнут ИПДК при комнат-
ной температуре с использованием более мощной установки «СКРУДЖ-
200» и специальной методики, что позволило получить образцы относитель-
но большого размера – ∅ 20 mm и толщиной до 1 mm [18]. В данной работе
к сплавам Ti–Ni впервые применена новая установка и методика ИПДК «в
канавке» при температурах 300 и 400ºС.
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
144
Исходным материалом служил сплав Ti49.4Ni50.6 (поставка Intrinsic De-
vices Inc., США) с температурой мартенситного превращения Ms 15°C. По-
сле гомогенизации и закалки от 800°C сплав был подвергнут ИПДК на уста-
новке «СКРУДЖ-200» в бойках с канавкой диаметром 20 mm под давлением
P = 6 GPa при температуре бойков 20, 300 и 400ºС.
В результате ИПДК с числом оборотов n = 5 при 20ºC (ИПДК 20ºC) в об-
разцах формируется аморфно-нанокристаллическая структура (рис. 1,а).
Средний размер сохранившихся зерен по темнопольному изображению dg в
краевой части образца-диска составил около 30 nm.
а б
в
Вследствие ИПДК при температуре 300°C (ИПДК 300ºС) в краевой части
образца формируется НК-структура с dg ≈ 80 nm (рис. 1,б). Границы зерен
искривлены. Зерна имеют вытянутый характер, содержат высокую плот-
ность дислокаций. Аморфная фаза в структуре отсутствует, поскольку ин-
тенсификация релаксационных процессов при повышении температуры де-
формации подавляет аморфизацию. В результате ИПДК при температуре
400ºC (ИПДК 400ºC) в краевой части образца формируется структура с dg ≈
≈ 100 nm (рис. 1,в). Распределение зерен по размеру близко к распределению
Гаусса. Хотя некоторые зерна имеют размер более 200 nm, их доля незначи-
тельна. Отметим, что достигнутый при ИПДК 400ºC средний размер зерна
500 nm500 nm
Рис. 1. ПЭМ-изображения микро-
структур сплава Ti49.4Ni50.6 после
ИПДК: а – 20ºC, б – 300°C, в – 400°C
(край образца)
500 nm
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
145
100 nm заметно меньше, чем достигаемый при РКУП при аналогичной тем-
пературе деформации (≈ 300 nm) [3]. В целом зеренная структура после
ИПДК 400ºC является более выраженной, границы зерен – более четкими, а
вытянутость зерен – заметно меньше, чем в случае ИПДК 300ºC. Микро-
структуру образцов ИПДК 300°C и ИПДК 400°C интересно сравнить с мик-
роструктурой, сформированной статическим отжигом при тех же темпера-
турах аморфизированных образцов ИПДК 20°C. По данным ПЭМ, часовой
отжиг при температуре 300ºC образца ИПДК 20ºC не приводит к полной
кристаллизации аморфной фазы, размер зерна остается около 30 nm. Отжиг
при 400°C в течение 20 min приводит к кристаллизации аморфной фазы и к
формированию НК-структуры со средним размером зерен В2-фазы около 20 nm.
Оценка по темному и светлому полю свидетельствует о том, что такой от-
жиг приводит даже к небольшому уменьшению среднего размера зерен по
сравнению с состоянием непосредственно после ИПДК 20°С. Вероятно, это
связано с появлением новых мелких зерен размером менее 10 nm в результа-
те кристаллизации аморфа. Отметим, что размер зерна аморфизированных
образцов ИПДК 20ºC после статического отжига 400ºC 20 min в пять раз
меньше, чем dg после ИПДК 400ºС.
Механические испытания на растяжение показали (рис. 2), что формирова-
ние аморфизированной микроструктуры в результате ИПДК 20°C приводит
к увеличению предела прочности σв и предела текучести σт более 2000 MPa
(с исходных 1050 и 560 MPa соответственно) при пластичности 10% (при
исходной δ = 80%). На кривой течения образца ИПДК 20°C отсутствует
площадка фазовой псевдотекучести. После отжига данного состояния при
400ºC в течение 20 min и формирования НК-структуры с dg = 30 nm общая
пластичность повысилась до 16% при
прочности около 2000 MPa (рис. 2, кри-
вая 4), а на кривой течения появилась
площадка фазовой псевдотекучести
(рис. 2, кривая 4). Предел прочности об-
разцов ИПДК 300°C достигает 1800 MPa,
σт – 1660 MPa при пластичности 15%
(рис. 2, кривая 2). У образца ИПДК 400ºC
σв и σт составляют 1400 и 1200 MPa (рис.
2, кривая 3), а на кривой растяжения на-
блюдается выраженная площадка фазо-
вой псевдотекучести при напряжении
σm ≈ 200 MPa. Общая пластичность со-
ставила 20%. Таким образом, прочность
образцов ИПДК 300°C заметно выше, чем
σв образцов ИПДК 400ºC (1400 MPa),
хотя по первым оценкам dg данных со-
стояний близки (80 и 100 nm соответст-
Рис. 2. Кривые напряжение–дефор-
мация при растяжении сплава
Ti49.4Ni50.6, подвергнутого ИПДК с
числом оборотов n = 5, 6 GPa в ка-
навке: 1 – при комнатной темпера-
туре, 2 – при температуре 300°C, 3 –
при 400°C, 4 – ИПДК 20ºC и отжиг
400ºC, 20 min, 5 – ИПДК 400°C и
отжиг 400°C, 20 min
Физика и техника высоких давлений 2008, том 18, № 4
146
венно). По-видимому, заметная разница в прочности и пределе текучести
этих состояний может объясняться большей плотностью дислокаций в зер-
нах и их границах в состоянии ИПДК 300°С.
1. В.Н. Журавлев, В.Г. Пушин, Сплавы с термомеханической памятью и их приме-
нение в медицине, УрО РАН, Екатеринбург (2000).
2. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин-
тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000).
3. Е.В. Татьянин, Н.Ф. Боровиков, В.Г. Курдюмов, В.Л. Инденбом, ФТТ 39, № 7
(1997).
4. V.G. Pushin, V.V. Stolyarov, R.Z. Valiev, N.I. Kourov, N.N. Kuranova, E.A. Prokofiev,
L.I. Yurchenko, Phys. Met. Metallography 94, S54 (2002).
5. S.D. Prokoshkin, I.Yu. Khmelevskaya, S.V. Dobatkin, I.B. Trubitsyna, E.V. Tatyanin,
V.V. Stolyarov, E.A. Prokofiev, Acta Materialia 53, 2703 (2005).
6. А.В. Лукьянов, Д.В. Гундеров, Е.А. Прокофьев, В.Г. Пушин, А.Н. Уксусников,
Сборник материалов III Международной школы «Физическое материаловеде-
ние», «Наноматериалы технического и медицинского назначения», Тольятти
(2007).
D.V. Gunderov, A.V. Lukyanov, E.A. Prokofiev
FORMATION OF TiNi STRUCTURE AND PROPERTIES BY WARM
HIGH-PRESSURE TORSION
Microstructure and properties of Ti49.4Ni50.6 samples Ø 20 mm subjected to high pressure
torsion (HPT) at temperature 20, 300 and 400ºС have been investigated. Amorphous na-
nocrystalline structure is formed in the samples as a result of HPT with rotation number
n = 5 at 20ºС. HPT at 300 and 400ºС leads to nanocrystalline (NC) structure formation
with a grain size dg of about 80 and 100 nm, correspondingly. Strength of the samples
after HPT at 20 and 300°С achieves 2000 and 1800 MPa, correspondingly.
Fig. 1. TEM patterns of the microstructure of Ti49.4Ni50.6 alloy after HPT: а – 20°С, б –
300°С, в – 400°С (the edge of the sample)
Fig. 2. Stress-strain curves of the Ti49.4Ni50.6 alloy subjected to HPT (n = 5 rotations,
6 GPа in the groove) during tensile tests: 1 – at room temperature, 2 – at 300°С, 3 – at 400°С,
4 – HPT at 20ºС and annealing at 400ºС, 20 min, 5 – HPT at 400°С and annealing at
400°C, 20 min
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70468 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:13:53Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гундеров, Д.В. Лукьянов, А.В. Прокофьев, Е.А. 2014-11-06T18:34:44Z 2014-11-06T18:34:44Z 2008 Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением / Д.В. Гундеров, А.В. Лукьянов, Е.А. Прокофьев // Физика и техника высоких давлений. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 143-146. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 62.20.Fe, 62.20.–x https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70468 Исследованы микроструктура и свойства образцов Ti₄₉.₄Ni₅₀.₆ диаметром 20 mm, подвергнутых интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) при температурах 20, 300 и 400°C. В результате ИПДК c числом оборотов n = 5 при 20°C в образцах формируется аморфно-нанокристаллическая структура, ИПДК при 300 и 400°C приводит к формированию нанокристаллической (НК) структуры с размером зерен dg около 80 и 100 nm соответственно. Прочность образцов после ИПДК при 20 и 300°C достигает 2000 и 1800 MPa соответственно. Microstructure and properties of Ti₄₉.₄Ni₅₀.₆ samples Ø 20 mm subjected to high pressure torsion (HPT) at temperature 20, 300 and 400ºС have been investigated. Amorphous nanocrystalline structure is formed in the samples as a result of HPT with rotation number n = 5 at 20ºС. HPT at 300 and 400ºС leads to nanocrystalline (NC) structure formation with a grain size dg of about 80 and 100 nm, correspondingly. Strength of the samples after HPT at 20 and 300°С achieves 2000 and 1800 MPa, correspondingly. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением Формування структури й властивостей сплаву TiNi при впливі теплої інтенсивної пластичної деформації крутінням Formation of TiNi structure and properties by warm high-pressure torsion Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением Гундеров, Д.В. Лукьянов, А.В. Прокофьев, Е.А. |
| title | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| title_alt | Формування структури й властивостей сплаву TiNi при впливі теплої інтенсивної пластичної деформації крутінням Formation of TiNi structure and properties by warm high-pressure torsion |
| title_full | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| title_fullStr | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| title_full_unstemmed | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| title_short | Формирование структуры и свойств сплава TiNi при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| title_sort | формирование структуры и свойств сплава tini при воздействии теплой интенсивной пластической деформации кручением |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70468 |
| work_keys_str_mv | AT gunderovdv formirovaniestrukturyisvoistvsplavatiniprivozdeistviiteploiintensivnoiplastičeskoideformaciikručeniem AT lukʹânovav formirovaniestrukturyisvoistvsplavatiniprivozdeistviiteploiintensivnoiplastičeskoideformaciikručeniem AT prokofʹevea formirovaniestrukturyisvoistvsplavatiniprivozdeistviiteploiintensivnoiplastičeskoideformaciikručeniem AT gunderovdv formuvannâstrukturiivlastivosteisplavutiniprivplivíteploííntensivnoíplastičnoídeformacííkrutínnâm AT lukʹânovav formuvannâstrukturiivlastivosteisplavutiniprivplivíteploííntensivnoíplastičnoídeformacííkrutínnâm AT prokofʹevea formuvannâstrukturiivlastivosteisplavutiniprivplivíteploííntensivnoíplastičnoídeformacííkrutínnâm AT gunderovdv formationoftinistructureandpropertiesbywarmhighpressuretorsion AT lukʹânovav formationoftinistructureandpropertiesbywarmhighpressuretorsion AT prokofʹevea formationoftinistructureandpropertiesbywarmhighpressuretorsion |