Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К
Исследовано влияние деформации на 25% в условиях всестороннего сжатия с давлениями 22 и 16,5 кбар при 77 К и 12 и 8 кбар при 300 К в результате применения квазигидроэкструзии с противодавлением (КГЭП) и без противодавления (КГЭ) на физико-механические характеристики в области 77…800 К титана марки...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79938 |
| 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: | Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К / Л.А. Чиркина, М.Б. Лазарева, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, П.А. Хаймович, В.С. Оковит // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 115-119. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79938 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чиркина, Л.А. Лазарева, М.Б. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Хаймович, П.А Оковит, В.С. 2015-04-09T08:22:05Z 2015-04-09T08:22:05Z 2014 Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К / Л.А. Чиркина, М.Б. Лазарева, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, П.А. Хаймович, В.С. Оковит // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 115-119. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1562-6016 РАСS: 62.20.Fe https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79938 Исследовано влияние деформации на 25% в условиях всестороннего сжатия с давлениями 22 и 16,5 кбар при 77 К и 12 и 8 кбар при 300 К в результате применения квазигидроэкструзии с противодавлением (КГЭП) и без противодавления (КГЭ) на физико-механические характеристики в области 77…800 К титана марки ВТ1-0. Двухстадийный характер температурной зависимости механических свойств титана в исходном состоянии – температурно-зависимый в области 77…600 К и атермический в области 600…800 К – после деформации КГЭ и КГЭП меняется на одностадийный, температурно-зависимый характер во всей области температур. Показано, что деформация в условиях всестороннего сжатия приводит к повышению прочности титана в области 77…800 К и к уменьшению энергии дефекта упаковки титана, что помимо увеличения плотности деформационных дефектов является дополнительным фактором упрочнения. Установлено, что повышение давления в условиях всестороннего сжатия приводит к меньшему упрочнению и меньшему на- коплению деформационных дефектов, что связывается с активизацией возвратных процессов. Досліджено вплив деформації на 25% в умовах всебічного стиснення з тисками 22 і 16,5 кбар при 77 К та 12 і 8 кбар при 300 К в результаті застосування квазігідроекструзіі з протитиском (КГЕП) і без протитиску (КГЕ) на фізико-механічні характеристики в області 77…800 К титану марки ВТ1-0. Двостадійний характер температурної залежності механічних властивостей титану в початковому стані – температурно-залежний в області 77…600 К і атермічний в області 600…800 К – після деформації КГЕ і КГЕП змінюється на одностадійний, температурно-залежний характер у всій області температур. Показано, що деформація в умовах всебічного стиснення призводить до підвищення міцності титану в області 77…800 К і до зменшення енергії дефекту пакування титану, що крім збільшення щільності деформаційних дефектів є додатковим чинником зміцнення. Встановлено, що підвищення тиску в умовах всебічного стиснення призводить до меншого зміц- нення і меншого накопичення деформаційних дефектів, що зв'язується з активізацією зворотних процесів. Influence of deformation at 25% under uniform compression at pressure of 22 and 16.5 kbar at 77 К and 12 and 8 kbar at 300 K by using quasihydroextrusion with counterpressure (QHEC) and without counterpressure (QHE) on physical-mechanical properties of titanium VT1-0 in the range of 77…800 K was investigated. It was shown, that two-stage character of dependence mechanical properties versus temperature in initial state (temperature-dependent in the range of 77…600 K and athermal in the range of 600…800 K) after deformation QHE and QHEP changed to one-stage and temperature-dependent character in the entire temperature range. It was shown that deformation under uniform pressure result in increase of strength in the range of 77…800 K and decrease the stacking fault energy of titanium. That is an addition factor of hardening besides increasing the density of deformation defects. It was found that uniform compression realized under higher pressures leads to less hardening and less accumulation of deformation defects. This associated with activation of recovery processes. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К Вплив тиску і температури при деформації в умовах всебічного стискання на фізико-механічні властивості титану в області 77…800 К Effects of pressure and temperature at deformation in conditions of uniform compression on physical-mechanical properties of titanium in the range of 77…800 K Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К |
| spellingShingle |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К Чиркина, Л.А. Лазарева, М.Б. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Хаймович, П.А Оковит, В.С. Физика и технология конструкционных материалов |
| title_short |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К |
| title_full |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К |
| title_fullStr |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К |
| title_full_unstemmed |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К |
| title_sort |
влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 к |
| author |
Чиркина, Л.А. Лазарева, М.Б. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Хаймович, П.А Оковит, В.С. |
| author_facet |
Чиркина, Л.А. Лазарева, М.Б. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Хаймович, П.А Оковит, В.С. |
| topic |
Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet |
Физика и технология конструкционных материалов |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив тиску і температури при деформації в умовах всебічного стискання на фізико-механічні властивості титану в області 77…800 К Effects of pressure and temperature at deformation in conditions of uniform compression on physical-mechanical properties of titanium in the range of 77…800 K |
| description |
Исследовано влияние деформации на 25% в условиях всестороннего сжатия с давлениями 22 и 16,5 кбар
при 77 К и 12 и 8 кбар при 300 К в результате применения квазигидроэкструзии с противодавлением (КГЭП)
и без противодавления (КГЭ) на физико-механические характеристики в области 77…800 К титана марки
ВТ1-0. Двухстадийный характер температурной зависимости механических свойств титана в исходном состоянии – температурно-зависимый в области 77…600 К и атермический в области 600…800 К – после деформации КГЭ и КГЭП меняется на одностадийный, температурно-зависимый характер во всей области
температур. Показано, что деформация в условиях всестороннего сжатия приводит к повышению прочности
титана в области 77…800 К и к уменьшению энергии дефекта упаковки титана, что помимо увеличения
плотности деформационных дефектов является дополнительным фактором упрочнения. Установлено, что
повышение давления в условиях всестороннего сжатия приводит к меньшему упрочнению и меньшему на-
коплению деформационных дефектов, что связывается с активизацией возвратных процессов.
Досліджено вплив деформації на 25% в умовах всебічного стиснення з тисками 22 і 16,5 кбар при 77 К та
12 і 8 кбар при 300 К в результаті застосування квазігідроекструзіі з протитиском (КГЕП) і без протитиску
(КГЕ) на фізико-механічні характеристики в області 77…800 К титану марки ВТ1-0. Двостадійний характер
температурної залежності механічних властивостей титану в початковому стані – температурно-залежний в
області 77…600 К і атермічний в області 600…800 К – після деформації КГЕ і КГЕП змінюється на одностадійний, температурно-залежний характер у всій області температур. Показано, що деформація в умовах всебічного стиснення призводить до підвищення міцності титану в області 77…800 К і до зменшення енергії
дефекту пакування титану, що крім збільшення щільності деформаційних дефектів є додатковим чинником
зміцнення. Встановлено, що підвищення тиску в умовах всебічного стиснення призводить до меншого зміц-
нення і меншого накопичення деформаційних дефектів, що зв'язується з активізацією зворотних процесів.
Influence of deformation at 25% under uniform compression at pressure of 22 and 16.5 kbar at 77 К and 12 and
8 kbar at 300 K by using quasihydroextrusion with counterpressure (QHEC) and without counterpressure (QHE) on
physical-mechanical properties of titanium VT1-0 in the range of 77…800 K was investigated. It was shown, that
two-stage character of dependence mechanical properties versus temperature in initial state (temperature-dependent
in the range of 77…600 K and athermal in the range of 600…800 K) after deformation QHE and QHEP changed to
one-stage and temperature-dependent character in the entire temperature range. It was shown that deformation under
uniform pressure result in increase of strength in the range of 77…800 K and decrease the stacking fault energy of
titanium. That is an addition factor of hardening besides increasing the density of deformation defects. It was found
that uniform compression realized under higher pressures leads to less hardening and less accumulation of deformation
defects. This associated with activation of recovery processes.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79938 |
| citation_txt |
Влияние давления и температуры при деформации в условиях всестороннего сжатия на физико- механические свойства титана в области 77…800 К / Л.А. Чиркина, М.Б. Лазарева, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, П.А. Хаймович, В.С. Оковит // Вопросы атомной науки и техники. — 2014. — № 1. — С. 115-119. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT čirkinala vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT lazarevamb vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT sokolenkovi vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT kalinovskiivv vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT haimovičpa vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT okovitvs vliâniedavleniâitemperaturyprideformaciivusloviâhvsestoronnegosžatiânafizikomehaničeskiesvoistvatitanavoblasti77800k AT čirkinala vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT lazarevamb vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT sokolenkovi vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT kalinovskiivv vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT haimovičpa vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT okovitvs vplivtiskuítemperaturiprideformacíívumovahvsebíčnogostiskannânafízikomehaníčnívlastivostítitanuvoblastí77800k AT čirkinala effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k AT lazarevamb effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k AT sokolenkovi effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k AT kalinovskiivv effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k AT haimovičpa effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k AT okovitvs effectsofpressureandtemperatureatdeformationinconditionsofuniformcompressiononphysicalmechanicalpropertiesoftitaniumintherangeof77800k |
| first_indexed |
2025-11-27T04:07:40Z |
| last_indexed |
2025-11-27T04:07:40Z |
| _version_ |
1850795672333189120 |
| fulltext |
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 115
ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ
В УСЛОВИЯХ ВСЕСТОРОННЕГО СЖАТИЯ НА ФИЗИКО-
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТИТАНА В ОБЛАСТИ 77…800 К
Л.А. Чиркина, М.Б. Лазарева, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский,
П.А. Хаймович, В.С. Оковит
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ,
Харьков, Украина
E-mail: mlazareva@kipt.kharkov.ua
Исследовано влияние деформации на 25% в условиях всестороннего сжатия с давлениями 22 и 16,5 кбар
при 77 К и 12 и 8 кбар при 300 К в результате применения квазигидроэкструзии с противодавлением (КГЭП)
и без противодавления (КГЭ) на физико-механические характеристики в области 77…800 К титана марки
ВТ1-0. Двухстадийный характер температурной зависимости механических свойств титана в исходном со-
стоянии – температурно-зависимый в области 77…600 К и атермический в области 600…800 К – после де-
формации КГЭ и КГЭП меняется на одностадийный, температурно-зависимый характер во всей области
температур. Показано, что деформация в условиях всестороннего сжатия приводит к повышению прочности
титана в области 77…800 К и к уменьшению энергии дефекта упаковки титана, что помимо увеличения
плотности деформационных дефектов является дополнительным фактором упрочнения. Установлено, что
повышение давления в условиях всестороннего сжатия приводит к меньшему упрочнению и меньшему на-
коплению деформационных дефектов, что связывается с активизацией возвратных процессов.
РАСS: 62.20.Fe
ВВЕДЕНИЕ
Титан и его сплавы находят широкое примене-
ние как перспективные конструкционные материалы
в аэрокосмической технике, химическом машиност-
роении, медицине и ядерной энергетике [1].
Для повышения физико-механических характе-
ристик титана в широкой области температур в на-
стоящее время широко используются различные
методы интенсивной пластической деформации
(ИПД), обеспечивающие получение необходимого
комплекса свойств за счёт существенного дисперги-
рования структуры, изменения плотности и конфи-
гурации линейных и точечных дефектов и других
структурных перестроек. В настоящее время для
получения металлов и сплавов с повышенными фи-
зико-механическими характеристиками наиболее
распространенными методами ИПД являются рав-
ноканальное угловое прессование (РКУП), экстру-
зия с кручением и др. [2, 3].
Важной особенностью титана является возмож-
ность реализовать пластическое деформирование на
высокие степени без нарушения сплошности мате-
риала в широкой области температур, включая низ-
кие. Это возможно за счёт активного развития как
скольжения, так и двойникования. Кроме того,
двойникование является одним из способов измель-
чения структуры титана [4-6].
Одним из перспективных современных методов
получения материалов с особыми свойствами явля-
ется КГЭ при криогенных температурах [7], позво-
ляющая в определенных условиях получить более
мелкодисперсную структуру, чем в результате
РКУП [8]. Деформацию КГЭ можно осуществлять
при различных температурах и рабочих давлениях.
Целью настоящей работы является изучение
влияния уровня давления и температуры при КГЭ на
физико-механические свойства титана ВТ1-0 в об-
ласти 77…800 К.
ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА
ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве исследуемого материала использовал-
ся технически чистый титан марки ВТ1-0. Физико-
механические свойства титана определялись в ис-
ходном состоянии (состоянии поставки) и после
КГЭ при 77 и 300 К на 25%, осуществляющейся в
условиях всестороннего сжатия с давлением 22,0 и
16,5 кбар при 77 К и 12,0 и 8,0 кбар при 300 К. Уве-
личение давления при всестороннем сжатии дости-
галось путем приложения противодавления в про-
цессе КГЭ [9]. Противодавление составляло 5,5 кбар
при 77 К и 4 кбар при 300 К. Приложение противо-
давления позволяет проводить деформирование ма-
териала при более высоком уровне сил всесторонне-
го сжатия по сравнению с обычным КГЭ, снизить
вероятность нарушения сплошности материала в
очаге деформации и формировать более однород-
ную по объему структуру.
Экструдаты титана представляли собой стержни
диаметром 3,8 мм и длиной 28 мм. Образцы для ис-
следований вырезались из экструдата на электроис-
кровом станке.
Механические характеристики образцов титана
определялись в области 77…800 К в условиях ак-
тивного растяжения со скоростью 1·10-3 с-1. Микро-
твердость измерялась на микротвердомере ПМТ-3
при нагрузке 1 H.
Контроль микроструктуры осуществлялся с по-
мощью цифровой камеры, установленной на микро-
твердомере ПМТ-3. Микроструктура образцов вы-
являлась в результате электролитического травле-
ния в растворе H2SO4 + HNO3 + HF + H2O (в равных
объемах) при напряжении постоянного тока 20 В.
Относительное удельное электросопротивление
(ρ77/ρ300) образцов измерялось при 77 и 300 К потен-
циометрическим методом.
116 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89)
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Механические свойства. Изучение микрострук-
туры показало, что материал в состоянии поставки
представляет собой поликристалл с равноосными
зёрнами с большим разбросом по размерам (от 7 до
75 мкм).
На рис.1 приведены температурные зависимости
предела пропорциональности σпц (см. рис. 1,а), ус-
ловного предела текучести σ0.2 (см. рис. 1,б) и пре-
дела прочности σВ (см. рис. 1,в) для исходного со-
стояния и после деформации КГЭ и КГЭП при 77 и
300 К.
Для исходного состояния титана наблюдаются
три температурные области (77…130; 130…600 и
600…800 К), в которых характер пластического те-
чения материала различен (см. рис. 1). В первой об-
ласти (77…130 К) повышение температуры дефор-
мирования от 77 до 130 К приводит к резкому по-
нижению всех прочностных характеристик. Во вто-
рой области температур (130…600 К) температурная
зависимость прочностных свойств (σ(Т)) имеет ли-
нейно убывающий с ростом температуры характер.
В области 600…800 К наблюдается атермический
характер всех прочностных параметров титана.
Температура перехода (То) от термоактивируемого
пластического течения к атермическому соответст-
вует 600 К.
Предварительная деформация ВТ1-0 в условиях
всестороннего сжатия как путем КГЭП, так и КГЭ
при 77 и 300 К привела к существенному росту всех
прочностных характеристик по сравнению с исход-
ным состоянием (см. рис. 1).
Важно отметить, что степень увеличения проч-
ностных характеристик титана не зависит от темпе-
ратуры деформации в случае КГЭП, в то время как
после КГЭ при 77 и 300 К величина упрочнения по
сравнению с исходным состоянием разная
(см. рис. 1). Зависимость σПЦ (Т) после КГЭ при
300 К совпадает с зависимостями σПЦ (Т) после
КГЭП при 300 и 77 К, тогда как КГЭ при 77 К при-
водит к росту зависимости σПЦ (Т) в области
77…600 К, достигая 32% при 120 К по сравнению с
КГЭП и 75% по сравнению с исходным состоянием
(см. рис. 1,а).
Такой же характер наблюдается и для зависимо-
сти σ0,2(Т) после КГЭ при 77 К по сравнению с
σ0,2(Т) после КГЭП при 300 и 77 К (см. рис. 1,б). В
этом случае упрочнение после КГЭ при 77 К состав-
ляет 26% при 120 К по сравнению с КГЭП и 67% по
сравнению с исходным состоянием. Разница в уве-
личении σПЦ и σ0,2 после КГЭ и КГЭП уменьшается
с ростом температуры испытания и практически
отсутствует при Т > 600 К.
Рост σВ после КГЭ при 77 К наблюдается лишь в
области 77…300 К – достигает 17% при 120 К по
сравнению с σВ после КГЭП и 60% по сравнению с
исходным состоянием (см. рис. 1,в). Более высокий
уровень σПЦ и σ0.2 титана после КГЭ при 77 К по
сравнению с КГЭ при 300 К и КГЭП при 300 и 77 К
может быть результатом повышения после КГЭ при
77 К напряжения для двойникования, которое явля-
ется преимущественным видом деформации титана
при низких температурах. После КГЭ при 300 К
наблюдается снижение величины σВ в области
120…600 К (на 11% при 120 К) по сравнению с
КГЭП и увеличение σВ на 23% по сравнению с ис-
ходным состоянием (см. рис. 1,в).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
200
400
600
800
1000
исходный
КГЭ 300 К
КГЭ 77 К
КГЭП 300 К
КГЭП 77 К
σ п
ц, М
П
а
T,K
a
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
200
400
600
800
1000
исходный
КГЭ 300 К
КГЭ 77 К
КГЭП 300 К
КГЭП 77 К
σ 0,
2, М
П
а
T,K
б
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0
200
400
600
800
1000
σ В
, М
П
а
Т, К
исходный
КГЭ 300 K
КГЭ 77 K
КГЭП 300 K
КГЭП 77 K
в
Рис. 1. Температурные зависимости: σпц (а), σ0.2 (б)
и σВ (в) титана в исходном состоянии,
после КГЭП и КГЭ при 77 и 300 К
Кроме увеличения прочностных характеристик
титана после КГЭП и КГЭ при 77 и 300 К по срав-
нению с исходным состоянием важной отличи-
тельной особенностью титана, деформированного в
условиях всестороннего сжатия, является изменение
характера температурных зависимостей прочност-
ных характеристик в области 130…800 К
(см. рис. 1). Для исходного состояния в этой области
температур наблюдается двухстадийная темпера-
турная зависимость σ(Т) с переходом от термоакти-
вируемого к атермическому при 600 К. Для титана,
деформированного КГЭП и КГЭ при 77 и 300 К,
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 117
характерна одностадийная, монотонно убывающая
зависимость σ(Т) в интервале 130…800 К.
Согласно [10] температурно-зависимая часть
σ(Т) определяется термоактивируемыми процессами
движения дислокаций, происходящими путём попе-
речного скольжения. В области атермической зави-
симости σ(Т) основным механизмом пластической
деформации металлов является переползание дисло-
каций. Наличие одностадийного термоактиви-
руемого характера зависимости σ(Т) в области
130…800 К после КГЭП и КГЭ на 25% при 77 и
300 К означает, что для деформированного в усло-
виях всестороннего сжатия титана температура пе-
рехода пластического течения от термоактиви-
руемого к атермическому механизму деформации
(То) смещена в сторону высоких температур по
сравнению с исходным состоянием. Температура То
согласно [10] определяется величиной энергии де-
фекта упаковки. Смещение температуры То в сторо-
ну высоких температур является результатом
уменьшения энергии дефекта упаковки (ЭДУ), т. е.
увеличения ширины расщепления дислокаций [10].
Поэтому сдвиг То в сторону высоких температур для
предварительно деформированного титана метода-
ми КГЭП и КГЭ по сравнению с исходным состоя-
нием означает, что деформация в условиях всесто-
роннего сжатия при 77 и 300 К уменьшает ЭДУ ти-
тана.
Микротвёрдость Нμ и относительное удельное электросопротивление ρ77/ρ300 титана ВТ1-0
в различных структурных состояниях
Состояние материала
Уровень дав-
ления при
всестороннем
сжатии, кбар
Hμ, МПа ,%исх
исхдеф
H
HH
μ
μμ −
300
77
ρ
ρ ,%
300
77
300
77
300
77
исх
исхдеф
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
Исходное 0 1433 – 0,188 –
КГЭП при 77 К на 25% 22 2042 43 0,215 16
КГЭП при 300 К на 25% 12 1907 33 0,205 10
КГЭ при 77 К на 25% 16,5 2453 71 0,223 20
КГЭ при 300 К на 25% 8 1986 39 0,212 13
В таблице представлены характеристики ВТ1-0 в
исходном состоянии и после деформации КГЭ в
различных режимах. Из таблицы видно, что дефор-
мация на 25% в условиях всестороннего сжатия при
77 К приводит к большему увеличению Нμ, чем при
300 К как после КГЭ, так и после КГЭП. При этом
деформация при меньших значениях давления пу-
тём КГЭ вызывает большее повышение микротвер-
дости (на 71 и 39%), чем в результате КГЭП (на 43 и
33%) при 77 и 300 К соответственно.
Результаты измерения микротвердости подт-
верждаются данными измерения относительного
удельного электросопротивления. Деформация в
условиях всестороннего сжатия при 77 К вызывает
большее увеличение этой характеристики после
КГЭ, а следовательно, и увеличение степени де-
фектности материала по сравнению с КГЭП.
Таким образом, повышение прочностных харак-
теристик титана в результате деформации в услови-
ях всестороннего сжатия может быть следствием
как повышения общего уровня дефектности кри-
сталлической решетки, так и увеличения степени
расщепления дислокаций по сравнению с исходным
состоянием.
Исходя из результатов измерения микротвёр-
дости и электросопротивления следует, что в усло-
виях одинаковых температур деформации при более
высоком уровне давления и всестороннем сжатии в
деформируемом материале создаются более низкие
уровни внутренних напряжений и плотности де-
формационных дефектов. Это может быть резуль-
татом активного развития процессов возврата при
КГЭП и их подавления в процессе КГЭ. Этот вывод
основывается на результатах работы [11], в которой
показано, что в условиях всестороннего сжатия при
высоких давлениях резко усиливаются процессы
переползания за счет увеличения скорости диффу-
зии.
0 200 400 600 800
0
10
20
30
40
50
δ р
ав
н,
%
T,K
1
2
3
4
5
Рис. 2. Температурная зависимость
относительного удлинения титана в разных
структурных состояниях: 1 – исходный;
2 – КГЭП при 77 К; 3 – КГЭП при 300 К;
4 – КГЭ при 77 К; 5 – КГЭ при 300 К
На рис. 2 приведена температурная зависимость
относительного удлинения δравн(Т) титана в пяти
структурных состояниях.
Ранее было показано [12-14], что для исходного
состояния титана в температурном интервале
77…130 К наблюдаются одновременно высокие
значения как пластичности, так и прочности. При
расширении температурного интервала исследова-
ний от 77 до 800 К, как видно из рис. 2, температур-
ная зависимость относительного удлинения δравн(Т)
титана в исходном состоянии имеет немонотонный
характер: при 77 К наблюдается максимальная пла-
118 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89)
стичность, достигающая 42%; при повышении тем-
пературы испытаний до 200 К происходит умень-
шение запаса пластичности до 5%; в интервале
200…600 К проявляется широкий пик пластичности
с максимумом на уровне 18% при 475 К; в области
600…800 К пластичность равна ~ 1%, что, как пока-
зано в [14], может быть связано с сильной зависимо-
стью пластичности от концентрации газовых приме-
сей.
Следует отметить, что верхняя температурная
граница участка повышенной пластичности (600 К)
для титана в исходном состоянии (см. рис. 2, кри-
вая 1) совпадает с температурой То на зависимости
σ(Т), характеризующей смену механизма пластиче-
ской деформации от термоактивируемой к атерми-
ческой (см. рис. 1). Высокие значения пластичности
Ti наблюдаются в области интенсивной термиче-
ской активации, облегчающей процессы поперечно-
го скольжения. Развитию процессов поперечного
скольжения в интервале 300…600 К может способс-
твовать также тот факт, что в этой температурной
области скольжение может развиваться по многим
системам [15, 16].
Деформирование в условиях всестороннего сжа-
тия приводит к снижению пластичности титана в
области 77…200 К и устраняет пик пластичности в
интервале 200…600 К по сравнению с исходным
состоянием (см. рис. 2). При 77 К пластичность ти-
тана после КГЭ и КГЭП при 77 и 300 К снижается
от 42% (кривая 1) для исходного состояния до 12%
после КГЭП при 77 К (кривая 2), до 25% после
КГЭП при 300 К (кривая 3); до 2,5% после КГЭ при
77 К (кривая 4) и до 21% после КГЭ при 300 К (кри-
вая 5).
При Т > 200 К, когда основным видом деформа-
ции титана является скольжение, причиной низкого
уровня пластичности после деформации КГЭП и
КГЭ может быть подавление процессов поперечного
скольжения из-за уменьшения энергии дефектов
упаковки, а также снижение длины пробега дисло-
каций при увеличении их плотности.
При Т < 200 К согласно [13] основной вклад в
пластическую деформацию титана вносит двойнико-
вание. Следовательно, резкое снижение пластичнос-
ти титана после КГЭ и КГЭП может быть обуслов-
лено расщеплением дислокаций, особенно в процес-
се всестороннего сжатия при 77 К, что существенно
снижает вероятность развития двойникования [17].
Низкий уровень пластичности после деформации в
условиях всестороннего сжатия, вызванный расще-
плением дислокаций, может быть результатом того,
что при встрече расщеплённых дислокаций, распо-
ложенных в пересекающихся плоскостях скольже-
ния, возможно образование малоподвижного дефек-
та – «барьера Ломера–Коттрелла», блокирующего
обе плоскости скольжения и затрудняющего даль-
нейшее протекание пластической деформации [18].
ВЫВОДЫ
Изучено влияние различных уровней всесторон-
него сжатия при использовании деформаций КГЭ и
КГЭП при 300 и 77 К на механические свойства в
области температур 77…800 К титана марки ВТ1-0.
Показано более существенное увеличение проч-
ностных характеристик и удельного электросопро-
тивления титана в случае предварительной дефор-
мации КГЭ по сравнению с КГЭП.
Показано, что в результате предварительной де-
формации КГЭ и КГЭП температурная зависимость
прочностных свойств Ti имеет термоактивирован-
ный характер во всей исследованной области темпе-
ратур (77…800 К), в отличие от двухстадийного
характера (термоактивированного в интервале
77…600 К и атермического при 600…800 К) для Ti в
исходном состоянии.
Полученные результаты свидетельствуют о су-
щественном снижении энергии дефекта упаковки Ti
в условиях всестороннего сжатия при КГЭ и КГЭП.
Снижение степени упрочнения Ti при увеличе-
нии давления в условиях деформации КГЭП связы-
вается с развитием процессов возврата за счет уско-
рения процессов переползания дислокаций и роста
скорости диффузии.
Исследовано изменение пластичности титана в
различных структурных состояниях: в исходном,
после КГЭП и КГЭ при 77 и 300 К. Для исходного
состояния наблюдается сочетание высокой прочно-
сти (87 кг/мм2) и высокой пластичности (42%) при
понижении температуры испытания до 77 К. Де-
формация в условиях всестороннего сжатия при 77 и
300 К снижает пластичность титана по сравнению с
исходным состоянием.
Показано, что пластичность ВТ1-0 после дефор-
мации на 25% в условиях всестороннего сжатия
снижается в большей степени при меньшем давле-
нии и отсутствии противодавления, чем при боль-
шем давлении и при наличии противодавления
(δ = 2,5% при 77 К после КГЭ при 77 К, δ = 21% при
77 К после КГЭП при 77 К).
Изменение механических характеристик титана
ВТ1-0 в области 77…600 К после деформации мето-
дами КГЭ и КГЭП при 300 и 77 К может быть обу-
словлено как ростом плотности дислокаций, так и
увеличением степени их расщепления вследствие
применения всестороннего сжатия, что затрудняет
развитие двойникования в области 77…200 К и по-
перечного скольжения в области 200…600 К, яв-
ляющихся основными видами деформации в случае
термоактивированного пластического течения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. С.Г. Глазунов, В.Н. Моисеев. Конструкцион-
ные титановые сплавы. М.: «Металлургия», 1974,
366 с.
2. R.Z. Valiev, Yu. Estrin, Z. Horita, T.G. Zangdon,
M. Zehetbauer, and Y.T. Zhu. Producing Bulk Ul-
trafine-Grained Materials by Severe Plastic Deforma-
tion // JOM. 2006, v. 58(4), p. 33.
3. Yang Zh., Chen I., He Z., Cong H., and Ye H.
Microstructure and grain boundary relaxation in ul-
trafine-grained Al/Al oxide composites // Acta Materi-
alia. 2009, v. 57, №12, p. 3633-3644.
4. И.М. Неклюдов, В.И. Соколенко, Л.А. Чирки-
на, Г.П. Ковтун, И.Ф. Борисова, В.В. Калиновский,
Д.Г. Малыхин, Э.Н. Метолиди, В.С. Оковит. Струк-
тура и физико-механические свойства технического
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2014. №1(89) 119
титана после деформации ковкой при 77 и 300 К //
Металлофизика и новейшие технологии. 2007, т. 29,
№3, с. 359-380.
5. В.А. Москаленко, А.Р. Смирнов, А.В. Моска-
ленко. Нанокристаллический титан, полученный
криомеханическим методом: микроструктура и ме-
ханические свойства // ФНТ. 2009, т. 35, №11,
с. 1160-1164.
6. И.С. Брауде, Н.Н. Гальцов, В.А. Москаленко,
А.Р. Смирнов. Исследование наноструктуры титана,
деформированного при низких температурах //
ФНТ. 2011, т. 37, №12, с. 1307-1314.
7. P.A. Khaymovich. Nanostructurization of metals
cryodefomed at hydrostatic stress // Russian Physics
Journal. 2007, v. 50, №11, p. 1079-1083.
8. Е.Д. Табачникова, А.В. Подольский, С.Н. Сми-
рнов и др. Механические свойства наноструктурно-
го Ti GRADE 2, полученного разными способами
интенсивной пластической деформации // Материа-
лы Х Международной конференции «Высокие давле-
ния – 2008», 16-20 сентября 2008 г., Судак, с. 102.
9. В.У. Асанов, А.В. Мац, П.А. Хаймович. Уст-
ройство для квазигидроэкструдирования металлов
при низких температурах // Физика и техника высо-
ких давлений. 1983, №14, с. 64-65.
10. Р. Бернер, Г. Кронмюллер. Пластическая де-
формация монокристаллов. М.: «Мир», 1969, 272 c.
11. Е.Д. Мартынов, В.И. Трефилов, С.А. Фир-
стов, Б.И. Береснев, Ю.Н. Рябинин. Электронно-
микроскопические исследования хрома и молибде-
на, деформированных в условиях высокого давления
// ДАН СССР. 1967, т. 176, №6, с. 1276-1277.
12. Б.А. Колачев. Физическое металловедение
титана. Серия «Успехи современного металловеде-
ния». М.: «Металлургия», 1976, 184 с.
13. В.И. Старцев, В.П. Ильичев, В.В. Пустовалов.
Пластичность и прочность металлов и сплавов при
низких температурах. М.: «Металлургия», 1975,
328 с.
14. Б.А. Колачев, В.А. Ливанов, А.А. Буханова.
Механические свойства титана и его сплавов. М.:
«Металлургия», 1974, 543 с.
15. А.А. Предводителев, О.А. Троицкий. Дисло-
кации и точечные дефекты в гексагональных ме-
таллах. М.: «Атомиздат», 1973, 201 с.
16. И.И. Папиров, Г.Ф. Тихинский. Пластиче-
ская деформация бериллия. М.: «Атомиздат», 1973,
303 с.
17. М.В. Классен-Неклюдова. Механическое
двойникование кристаллов. М.: Изд-во АН СССР,
1960, 261 с.
18. М.А. Штремель. Прочность сплавов. Ч. 1.
Дефекты решётки. М.: «Металлургия», 1982, 280 с.
Статья поступила в редакцию 19.11.2013 г.
ВПЛИВ ТИСКУ І ТЕМПЕРАТУРИ ПРИ ДЕФОРМАЦІЇ В УМОВАХ ВСЕБІЧНОГО
СТИСКАННЯ НА ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТИТАНУ В ОБЛАСТІ 77…800 К
Л.О. Чиркіна, М.Б. Лазарева, В.І. Соколенко, В.В. Калиновський, П.О. Хаймович, В.С. Оковіт
Досліджено вплив деформації на 25% в умовах всебічного стиснення з тисками 22 і 16,5 кбар при 77 К та
12 і 8 кбар при 300 К в результаті застосування квазігідроекструзіі з протитиском (КГЕП) і без протитиску
(КГЕ) на фізико-механічні характеристики в області 77…800 К титану марки ВТ1-0. Двостадійний характер
температурної залежності механічних властивостей титану в початковому стані – температурно-залежний в
області 77…600 К і атермічний в області 600…800 К – після деформації КГЕ і КГЕП змінюється на односта-
дійний, температурно-залежний характер у всій області температур. Показано, що деформація в умовах все-
бічного стиснення призводить до підвищення міцності титану в області 77…800 К і до зменшення енергії
дефекту пакування титану, що крім збільшення щільності деформаційних дефектів є додатковим чинником
зміцнення. Встановлено, що підвищення тиску в умовах всебічного стиснення призводить до меншого зміц-
нення і меншого накопичення деформаційних дефектів, що зв'язується з активізацією зворотних процесів.
EFFECTS OF PRESSURE AND TEMPERATURE AT DEFORMATION IN CONDITIONS
OF UNIFORM COMPRESSION ON PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES
OF TITANIUM IN THE RANGE OF 77…800 K
L.A. Chirkina, M.B. Lazareva, V.I. Sokolenko, V.V. Kalynovskiy, P.A. Khaimovich, V.S. Okovit
Influence of deformation at 25% under uniform compression at pressure of 22 and 16.5 kbar at 77 К and 12 and
8 kbar at 300 K by using quasihydroextrusion with counterpressure (QHEC) and without counterpressure (QHE) on
physical-mechanical properties of titanium VT1-0 in the range of 77…800 K was investigated. It was shown, that
two-stage character of dependence mechanical properties versus temperature in initial state (temperature-dependent
in the range of 77…600 K and athermal in the range of 600…800 K) after deformation QHE and QHEP changed to
one-stage and temperature-dependent character in the entire temperature range. It was shown that deformation under
uniform pressure result in increase of strength in the range of 77…800 K and decrease the stacking fault energy of
titanium. That is an addition factor of hardening besides increasing the density of deformation defects. It was found
that uniform compression realized under higher pressures leads to less hardening and less accumulation of deforma-
tion defects. This associated with activation of recovery processes.
|