Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава
Рассмотрено деформирование Nb-Ti-сплава по схеме “осадка-выдавливание” при повышенных температурах с последующим отжигом. Такая комбинированная обработка способствует формированию однородной дисперсной структуры. Исследованы механические свойства сплава Nb-Ti и показано, что пластические характерист...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81268 |
| 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: | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава / В.М. Ажажа, О.В. Чёрный, Г.Е. Сторожилов, Н.Ф. Андриевская, Т.Ю. Рудычева // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 136-139. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859674471182368768 |
|---|---|
| author | Ажажа, В.М. Чёрный, О.В. Сторожилов, Г.Е. Андриевская, Н.Ф. Рудычева, Т.Ю. |
| author_facet | Ажажа, В.М. Чёрный, О.В. Сторожилов, Г.Е. Андриевская, Н.Ф. Рудычева, Т.Ю. |
| citation_txt | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава / В.М. Ажажа, О.В. Чёрный, Г.Е. Сторожилов, Н.Ф. Андриевская, Т.Ю. Рудычева // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 136-139. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Рассмотрено деформирование Nb-Ti-сплава по схеме “осадка-выдавливание” при повышенных температурах с последующим отжигом. Такая комбинированная обработка способствует формированию однородной дисперсной структуры. Исследованы механические свойства сплава Nb-Ti и показано, что пластические характеристики увеличиваются по сравнению с литым состоянием.
Розглянуто деформування Nb-Ti-сплаву за схемою “осаджування-видавлювання” при підвищених
температурах з наступним відпалюванням. Така комбінована обробка сприяє формуванню однорідної
дисперсної структури. Досліджено механічні властивості сплаву Nb-Ti і показано, що пластичні характеристики
збільшуються в порівнянні з литим станом.
The straining of Nb-Ti alloy by the scheme “compression-extrusion” at in elevated temperatures with subsequent annealing. Such a combined treatment is favorable for forming the homogeneous disperse structure. We investigates the
mechanical properties of Nb-Ti alloy and determined that plastic characteristics are increased.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:13:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 538.945
ИЗУЧЕНИЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
ПРИ РАЗНОНАПРАВЛЕННОЙ ОБРАБОТКЕ Nb-Ti-СПЛАВА
В.М. Ажажа, О.В. Чёрный, Г.Е. Сторожилов, Н.Ф. Андриевская, Т.Ю. Рудычева
Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”,
г. Харьков, Украина
Рассмотрено деформирование Nb-Ti-сплава по схеме “осадка-выдавливание” при повышенных темпе-
ратурах с последующим отжигом. Такая комбинированная обработка способствует формированию одно-
родной дисперсной структуры. Исследованы механические свойства сплава Nb-Ti и показано, что пла-
стические характеристики увеличиваются по сравнению с литым состоянием.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных материалов, широко исполь-
зуемых при изготовлении высокотоковых сверхпро-
водящих устройств, являются деформируемые нио-
бий-титановые сплавы [1,2]. В процессе получения
многожильных Nb-Ti сверхпроводников возникают
дефекты различного происхождения, которые могут
снижать характеристики пластичности сплава.
Для повышения пластичности материалов при-
меняют традиционные методы обработки слитков,
например, ротационную ковку с последующим вы-
сокотемпературным отжигом [3]. Для повышения
ресурса пластичности также используют знакопере-
менную деформацию [4]. Такая обработка активизи-
рует дополнительные системы скольжения и двой-
никования, существенно повышает структурную од-
нородность. Разнонаправленная деформация (РНД)
совместно с температурной обработкой способству-
ет формированию однородной субзёренной структу-
ры, свободной от дислокаций внутри них. При ин-
тенсивной пластической деформации разориентация
субзёрен увеличивается, и образуется мелкокристал-
лическая зёренная структура.
Целью данной работы явился анализ напряжён-
но-деформированного состояния при выбранной
схеме обработки, а также изучение влияния разно-
направленной деформации на структуру и механи-
ческие свойства Nb-Ti-сплава.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Ниобий-титановий сплав (НТ-50) был получен
методом дуговой вакуумной гарниссажной плавки
(ДВГП-2). Исходными компонентами сплава явля-
лись: титан губчатый марки ТГ-105 и ниобий элек-
тронно-лучевой плавки НЭ-2.
Из исходного крупнозернистого слитка вырезали
цилиндрические заготовки диаметром 20 мм и высо-
той 60 мм и помещали в медную оболочку для
предохранения сплава от атмосферного воздействия
при повышенных температурах. Образцы дефор-
мировали осадкой и выдавливанием при температу-
рах 20...800°С со степенью деформации 52, 88 и
98 % при различных сочетаниях температуры и де-
формации. Последующую термообработку проводи-
ли в вакууме (~ 10- 5 мм рт. ст.) при температурах
400...800°С в течение 1...50 ч.
После прессования сплава изготавливали цилин-
дрические образцы для испытаний на растяжение с
отношением рабочей длины к диаметру равным 5.
Испытания механических свойств: предела прочно-
сти (σ b), предела текучести ( σ0.2), относительного
удлинения (δ) и поперечного сужения (ψ), проводили
при комнатной температуре на разрывной машине со
скоростью перемещения захватов 2 мм/мин.
Металлографические исследования проводили на
микроскопе МИМ-8М. Дислокационную структуру
изучали на тонких фольгах методом трансмиссион-
ной электронной микроскопии.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для получения многоволоконных Nb-Ti сверх-
проводников с повышенными токовыми и механи-
ческими характеристиками необходимо в исходном
материале создать более однородную субзёренную
структуру. Для этого нами был разработан способ
РНД слитков Nb-Ti-сплава. Этот метод, состоящий из
чередования деформационных обработок слитка вна-
чале осадкой в замкнутом контейнере, а затем выдав-
ливанием из этого контейнера. Такая многоцикловая
обработка позволяет проводить интенсивное разно-
направленное деформирование материала вплоть до
исчерпания его ресурса пластичности.
Проанализируем схемы напряжённо-деформиро-
ванного состояния материала при такой комбиниро-
ванной обработке. Вначале при свободной осадке в
средней части слитка происходит бочкообразование.
Здесь деформация довольно однородная, поскольку
выполняется принцип Сен-Венана, согласно которо-
му в точках, удалённых от места приложенной на-
грузки, влияние перераспределения усилий столь
мало, что им можно пренебречь. В непосредственной
близости к прилагаемой нагрузке дефомирование в
существенной мере зависит от контактного трения.
Естественно для создания более однородного
напряжённо-деформированного состояния трение
следует уменьшать. Для примера на рис.1,а приведе-
на схема деформации образца при свободной осадке.
Использование обработки осадкой в замкнутом-
контейнере также способствует большей равномерно-
сти деформирования материала.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (14), с. 136-139.
136
а б
Рис. 1. Неравномерность деформации при осадке
(а) и выдавливании (б) слитков
При обычном выдавливании сплава из контейне-
ра, схема деформации которого приведена на
рис. 1,б, материал характеризуется неравномерно-
стью структуры по сечению и длине образца, обу-
словленной неравномерностью деформации.
Металлографический анализ показал, что после
предварительного деформирования материала осад-
кой и последующим выдавливанием микроструктура
материала становится более однородной, причём в
большей степени с увеличением циклов обработки
(рис. 2). Если в исходном слитке (см. рис. 2,а) видна
довольно крупнозернистая структура с размером
зёрен вплоть до 1 мм, то уже после однократного
цикла деформации форма зёрен искажается, в них по-
являются линии течения (см. рис. 2,б). После трёх-
цикловой обработки зёрна в продольном сечении ста-
новятся вытянутыми, возникает текстура деформации
(см. рис. 2,в). В поперечном сечении форма зёрен из-
меняется в меньшей степени (см. рис. 2,г), причём
линии течения формируют структуру, подобную
структуре булатной стали.
Таким образом, чем выше степень пластической
деформации исследуемого сплава, тем более одно-
родную структуру выявляет металлографический
анализ. Это также подтверждается результатами
ультразвуковой дефектоскопии. Так, после трёхцик-
ловой обработки на дефектограммах отсутствуют
пики, обусловленные дефектностью структуры в
слитке. Следствием высокого структурного качества
обработанного материала также является снижение
степени шероховатости на поверхности раздела
композита Nb-Ti (рис. 3).
а б
в г
Рис.2 Микроструктура сплава Nb-50 вес % Ti:
а - исходный слиток, б - после однократной РНД (поперечное сечение), в - и г после трёхкратной РНД
(продольное и поперечное сечение)
137
Рис.3. Поверхность Nb-Ti-стержня после стравли-
вания медной оболочки: а - выдавливание, вытяжка
µ=9; б - 1-цикловая обработка, µ=20; в - 5- цикло-
вая обработка, µ=1,3·104
Результаты испытаний механических характери-
стик ниобий-титанового сплава на различных стади-
ях деформационной обработки показаны в таблице.
Для сравнения в этой таблице также приведены ме-
ханические характеристики контрольного слитка по-
сле его обработки стандартным методом. Как видно
из таблицы, РНД приводит к повышению прочност-
ных и пластических характеристик сплава. Попереч-
ное сужение растёт с увеличением количества цик-
лов обработки. Основной прирост ψ уже наблюдает-
ся после одноцикловой обработки. Максимум ψ ~
87,5 % достигнут после 3-х циклов обработки. Заме-
тим, что при последующем волочении биметалличе-
ского прутка характеристики пластичности выше у
материала после РНД. Так, на прутке диаметром 10
мм величина ψ достигает ~ 80 % по сравнению с
71 % по обычной технологии.
На рис. 4 приведен внешний вид испытанных на
растяжение образцов. С увеличением количества
циклов обработки величина относительного суже-
ния растёт (см. рис. 4,б).
а б
Рис.4.Образцы, испытанные на растяжение:
а - 1-цикловая обработка; б - 5- цикловая обра-
ботка
Механические характеристики Nb-Ti-слитков в зависимости от количества циклов РНД
Номер опы-
та
Режимы
РНД
σb, кг/мм2 σ0.2, кг/мм2 ψ, %
D = 80 мм d = 10 мм D = 80 мм d = 10 мм D = 80 мм d = 10 мм
1 Контр. 40,1 48,0 35,9 42,6 51,1 71,6
2 1 цикл 44,4 48,8 39,2 43,5 78,6 76,7
3 2 цикла 45,0 49,4 40,2 44,1 83,7 79,0
4 3 цикла 46,2 50,0 41,3 45,0 87,5 80,0
Рис.5. Дислокационная структура Nb-Ti сплава после разнонаправленной деформации:
а - выдавливание (98 %), Т=650°С + осадка (52 %), Т=20°С; б - осадка (52 %), Т=650°С + выдавливание
(88 %), Т=650°С; в - выдавливание (98 %), Т=650°С + осадка (52 %), Т=650°С + отжиг Т=650°С, 1 ч
138
Электронно-микроскопический анализ показал,
что разнонаправленное деформирование сплава в
интервале температур 20…200°С формирует слабо-
выраженную ячеистую структуру с широкими стен-
ками и высокой плотностью дислокаций внутри яче-
ек (до ~1011 1/см2) (рис. 5,а). С повышением темпе-
ратуры обработки вплоть до 650°С формируется
развитая субзёренная структура размером ~ 0,3 мкм
(см. рис. 5,б). При РНД сплава поле внутри субзёрен
значительно чище. Так, после выдавливания при
650°С и отжиге (650°С, 1 ч) плотность дислокаций
внутри субзёрен ~ 5·1010 1/см2, а после одноцикло-
вой обработки плотность дислокаций снизилась до
~1010 1/см2 (см. рис. 5,в). После 1-часового отжига
при температуре 650°С размер субзёрен в РНД слит-
ке составляет ~ 0,3…0,5 мкм. С увеличением дли-
тельности отжига субструктура укрупняется до тех
пор, пока не образуется зёренная структура с
большеугловыми границами. Плотность дислокаций
в зёрнах после 50-часового отжига понижается до ~
109 1/см2.
ВЫВОДЫ
1. Разнонаправленная деформация слитков спла-
ва НТ-50 формирует в материале однородную высо-
кодисперсную субзёренную структуру размером
300…500 нм.
2. Показано, что с увеличением числа циклов
обработки размер субзёренной структуры ниобий-
титанового сплава понижается.
3. После разнонаправленной обработки слитков
прочностные характеристики сплава НТ-50 растут
на ~ 15 %, а пластические – на ~ 70 % по сравнению
с исходным слитком.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. Фонер, Б. Шварц. Металловедение и техно-
логия сверхпроводящих материалов. М.: “Ме-
таллургия”, 1987.
2. В. Буккель. Сверхпроводимость. М.: “Мир”, 1975.
3. T.E. Cordier, W.K. McDonald. Получение и прес-
сование слитков Nb-Ti весом 2500 фунтов //
IEEE Trans. on Magn. 1975, v. MAG-11, № 2,
p.280.
4. И.И. Папиров, И.А. Тараненко, Г.Ф. Тихинский.
Получение и свойства мелкозернистого берил-
лия // Атомная энергия. 1974, т. 37, №3, c.220.
ВИВЧЕНЯ ДЕФОРМИРОВАНОГО СТАНУ
ПРИ РІЗНОНАПРАВЛЕНОЇ ОБРОБЦІ Nb-Ti-СПЛАВУ
В.М. Ажажа, О.В. Чорний, Г.Є. Сторожилов, Н.Ф. Андрієвська, Т.Ю. Рудичева
Розглянуто деформування Nb-Ti-сплаву за схемою “осаджування-видавлювання” при підвищених
температурах з наступним відпалюванням. Така комбінована обробка сприяє формуванню однорідної
дисперсної структури. Досліджено механічні властивості сплаву Nb-Ti і показано, що пластичні характеристики
збільшуються в порівнянні з литим станом.
STRAINED STATE OF Nb-Ti ALLOY AFTER MULTIDIRECTIONAL TREATMENT
V.M. Azhazha, O.V. Chernyi, G.E. Storozhilov, N.F. Аndrievskaya, Т.Yu. Rudicheva
The straining of Nb-Ti alloy by the scheme “compression-extrusion” at in elevated temperatures with subsequent an-
nealing. Such a combined treatment is favorable for forming the homogeneous disperse structure. We investigates the
mechanical properties of Nb-Ti alloy and determined that plastic characteristics are increased.
ВВЕДЕНИЕ
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81268 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:13:46Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ажажа, В.М. Чёрный, О.В. Сторожилов, Г.Е. Андриевская, Н.Ф. Рудычева, Т.Ю. 2015-05-13T19:29:37Z 2015-05-13T19:29:37Z 2004 Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава / В.М. Ажажа, О.В. Чёрный, Г.Е. Сторожилов, Н.Ф. Андриевская, Т.Ю. Рудычева // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 136-139. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81268 538.945 Рассмотрено деформирование Nb-Ti-сплава по схеме “осадка-выдавливание” при повышенных температурах с последующим отжигом. Такая комбинированная обработка способствует формированию однородной дисперсной структуры. Исследованы механические свойства сплава Nb-Ti и показано, что пластические характеристики увеличиваются по сравнению с литым состоянием. Розглянуто деформування Nb-Ti-сплаву за схемою “осаджування-видавлювання” при підвищених температурах з наступним відпалюванням. Така комбінована обробка сприяє формуванню однорідної дисперсної структури. Досліджено механічні властивості сплаву Nb-Ti і показано, що пластичні характеристики збільшуються в порівнянні з литим станом. The straining of Nb-Ti alloy by the scheme “compression-extrusion” at in elevated temperatures with subsequent annealing. Such a combined treatment is favorable for forming the homogeneous disperse structure. We investigates the mechanical properties of Nb-Ti alloy and determined that plastic characteristics are increased. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава Вивченя деформированого стану при різнонаправленої обробці Nb-Ti-сплаву Strained state of Nb-Ti alloy after multidirectional treatment Article published earlier |
| spellingShingle | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава Ажажа, В.М. Чёрный, О.В. Сторожилов, Г.Е. Андриевская, Н.Ф. Рудычева, Т.Ю. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава |
| title_alt | Вивченя деформированого стану при різнонаправленої обробці Nb-Ti-сплаву Strained state of Nb-Ti alloy after multidirectional treatment |
| title_full | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава |
| title_fullStr | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава |
| title_full_unstemmed | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава |
| title_short | Изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке Nb-Ti-сплава |
| title_sort | изучение деформированного состояния при разнонаправленной обработке nb-ti-сплава |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81268 |
| work_keys_str_mv | AT ažažavm izučeniedeformirovannogosostoâniâpriraznonapravlennoiobrabotkenbtisplava AT černyiov izučeniedeformirovannogosostoâniâpriraznonapravlennoiobrabotkenbtisplava AT storožilovge izučeniedeformirovannogosostoâniâpriraznonapravlennoiobrabotkenbtisplava AT andrievskaânf izučeniedeformirovannogosostoâniâpriraznonapravlennoiobrabotkenbtisplava AT rudyčevatû izučeniedeformirovannogosostoâniâpriraznonapravlennoiobrabotkenbtisplava AT ažažavm vivčenâdeformirovanogostanupriríznonapravlenoíobrobcínbtisplavu AT černyiov vivčenâdeformirovanogostanupriríznonapravlenoíobrobcínbtisplavu AT storožilovge vivčenâdeformirovanogostanupriríznonapravlenoíobrobcínbtisplavu AT andrievskaânf vivčenâdeformirovanogostanupriríznonapravlenoíobrobcínbtisplavu AT rudyčevatû vivčenâdeformirovanogostanupriríznonapravlenoíobrobcínbtisplavu AT ažažavm strainedstateofnbtialloyaftermultidirectionaltreatment AT černyiov strainedstateofnbtialloyaftermultidirectionaltreatment AT storožilovge strainedstateofnbtialloyaftermultidirectionaltreatment AT andrievskaânf strainedstateofnbtialloyaftermultidirectionaltreatment AT rudyčevatû strainedstateofnbtialloyaftermultidirectionaltreatment |