Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок

Показано, что многослойные фольги Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки, не превышающей предел текучести, могут пластически деформироваться. Установлено, что фазовые превращения при нагреве и структура многослойной фольги оказывают существенное влияние на механиче...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Современная электрометаллургия
Дата:	2013
Автори:	Устинов, А.И., Мельниченко, Т.В., Шишкин, А.Е.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2013
Теми:	Электронно-лучевые процессы
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96715
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:	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок / А.И. Устинов, Т.В. Мельниченко, А.Е. Шишкин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 27-33. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860208824602853376
author	Устинов, А.И. Мельниченко, Т.В. Шишкин, А.Е.
author_facet	Устинов, А.И. Мельниченко, Т.В. Шишкин, А.Е.
citation_txt	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок / А.И. Устинов, Т.В. Мельниченко, А.Е. Шишкин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 27-33. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Современная электрометаллургия
description	Показано, что многослойные фольги Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки, не превышающей предел текучести, могут пластически деформироваться. Установлено, что фазовые превращения при нагреве и структура многослойной фольги оказывают существенное влияние на механические свойства, что проявляется в немонотонном изменении степени пластической деформации при постоянной нагрузке в зависимости от температуры. Обнаружено два температурных интервала, в которых происходит интенсивная пластическая деформация фольги Е низко- (350...650 °С) и высокотемпературный (выше 700 °С). Немонотонное влияние нагрева на пластическое течение многослойных фольг Ti/Al под действием постоянно приложенных нагрузок в низкотемпературной области их пластической деформации связывается с протеканием в них фазовых превращений, сопровождаемых порообразованием, а в высокотемпературной области обусловлено реализацией в сформированной интерметаллидной фольге механизма сверхпластической деформации, который становится возможным при столь низких температурах из-за субмикронного и наномасштабного размеров зерен интерметаллида TiAl и наличия в фольге пор. Особенности деформационного поведения многослойной фольги Ti/Al влияют на возможность их практического использования при диффузионной сварке давлением. It is shown that multilayer Ti/Al foils can undergo plastic deformation at heating under the conditions of continuously applied tensile load not exceeding the yield limit. It is established that phase transformations at heating and multilayer foil structure have an essential influence on mechanical properties that is manifested in nonmonotonic change of the extent of plastic deformation at continuous load, depending on temperature. Two temperature intervals, in which intensive plastic deformation of the foil proceeds: low-temperature (350—650 °C) and high-temperature (above 700 °C) one, are determined. Nonmonotonic influence of heating on plastic flow of multilayer Ti/Al foils under the impact of continuously applied loads in the low-temperature range of their plastic deformation is associated with running of phase transformations in them that are accompanied by pore formation, and in the high-temperature range it is due to realization of suplerplastic deformation mechanism in the formed intermetallic foil that becomes possible at such low temperatures due to submicron and nanoscale size of TiAl intermetallic grains and presence of pores in the foil. Features of deformational behaviour of multilayer Ti/Al foil influence the possibility of their practical application in diffusion pressure welding.
first_indexed	2025-12-07T18:13:49Z
format	Article
fulltext	УДК 539.234+536.4 ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ВАКУУМНЫХ КОНДЕНСАТОВ Ti/Al ПРИ НАГРЕВЕ В УСЛОВИЯХ ПОСТОЯННО ДЕЙСТВУЮЩИХ НАГРУЗОК А.И. Устинов1, Т.В. Мельниченко1, А.Е. Шишкин2 1Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины. 03680, г. Киев-142, бульв. Акад. Вернадского, 36. E-mail: shiskin@imp.kiev.ua. Показано, что многослойные фольги Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки, не превышающей предел текучести, могут пластически деформироваться. Установлено, что фазовые превращения при нагреве и структура многослойной фольги оказывают существенное влияние на механические свойства, что проявляется в немонотонном изменении степени пластической деформации при постоянной нагрузке в зависимости от температуры. Обнаружено два температурных интервала, в которых происходит интенсивная пластическая деформация фольги – низко- (350...650 °С) и высокотемпературный (выше 700 °С). Немонотонное влияние нагрева на пластическое течение многослойных фольг Ti/Al под действием постоянно приложенных нагрузок в низкотем- пературной области их пластической деформации связывается с протеканием в них фазовых превращений, сопро- вождаемых порообразованием, а в высокотемпературной области обусловлено реализацией в сформированной интер- металлидной фольге механизма сверхпластической деформации, который становится возможным при столь низких температурах из-за субмикронного и наномасштабного размеров зерен интерметаллида TiAl и наличия в фольге пор. Особенности деформационного поведения многослойной фольги Ti/Al влияют на возможность их практичес- кого использования при диффузионной сварке давлением. Библиогр. 13, табл. 1, ил. 9. Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевое осаждение; многослойная фольга; титан; алюминий; структура; фазовые превращения; сверхпластичность; объемный эффект; пористость Многослойные фольги (МФ) на основе интерме- таллидообразующих элементов, например Ti/Al, Ni/Al и т.п., являются термически нестабильными и при нагревании их слоистая структура транс- формируется в однородную интерметаллидную, со- ответствующую диаграмме фазовых равновесий для систем на основе этих элементов. Если нагрев МФ производить медленно, то образование равновесной интерметаллидной структуры может осуществлять- ся через ряд промежуточных структурных состоя- ний, сменяющих друг друга по мере повышения температуры МФ [1—3]. При импульсном разогреве МФ в ней можно инициировать реакцию саморас- пространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), в результате которой образование равно- весной интерметаллидной структуры сопровожда- ется интенсивным выделением тепла и протекает с высокой скоростью [4]. Способность таких МФ трансформироваться в интерметаллидную структуру при подогреве позво- ляет применять их в качестве исходного материала для получения тонких интерметаллидных фольг и покрытий при относительно низких температурах, использовать фольгу как промежуточные прослой- ки при сварке давлением [5] или локальный источ- ник тепла при скоростной пайке [6]. При реализа- ции подобных технологических процессов необхо- димо иметь возможность прогнозировать как фазо- вые и структурные изменения, протекающие в фольге при нагреве, так и деформационное поведе- ние под действием внешних нагрузок. Закономерности протекания фазовых и струк- турных превращений в МФ при нагреве исследова- лись во многих работах, тогда как влияние нагрева на изменение механических свойств таких материа- лов до настоящего времени остается малоизучен- ным. Вместе с тем в ряде технологических процес- © А.И. УСТИНОВ, Т.В. МЕЛЬНИЧЕНКО, А.Е. ШИШКИН, 2013 27 сов МФ могут подвергаться постоянно действую- щим нагрузкам, например при сварке давлением через МФ, а также в результате контакта с мате- риалами с отличающимися механическими свойст- вами, в частности при контакте c подложкой. Таким образом, на примере МФ Ti/Al исследо- вали деформационное поведение таких материалов при нагреве в условиях постоянно действующих на- грузок. Установлено, что фазовые превращения и структура фольги оказывают существенное влияние на ее механические свойства, что проявляется в не- монотонном изменении степени ее пластической де- формации при постоянной нагрузке в зависимости от температуры. МФ Ti/Al получали способом послойного элек- тронно-лучевого осаждения паровых потоков чис- тых элементов на горизонтально вращающуюся подложку по методике, описанной в работе [7]. Для реализации процесса формирования фольги (рис. 1) вакуумную камеру разделяли непроницаемым эк- раном таким образом, чтобы испарители, в которых размещались слитки титана и алюминия, находи- лись по разные стороны разделительного экрана, а подложка, закрепленная на вертикальной оси, при вращении в горизонтальной плоскости последова- тельно проходила над испарителями. При испарении слитков на вращающуюся под- ложку на ней поочередно осаждаются слои алюми- ния и титана. В соответствии с данной схемой полу- чения многослойной структуры соотношение тол- щин слоев элементов определяется соотношением интенсивностей паровых потоков этих элементов, а период чередования слоев (сумма толщин слоев на основе титана и алюминия) при заданной интенсив- ности испарения слитков зависит от скорости вра- щения подложки. Варьируя параметры осаждения (скорость вращения подложки, интенсивность ис- парения элементов и время осаждения), можно по- лучать МФ общей толщиной 10...200 мкм с перио- дом чередования слоев от 30 до 1000 нм. Образцы фольги для металлографических ис- следований готовили по стандартной методике с ис- пользованием шлифовально-полировального стан- ка Abramin фирмы «Struers». Для выявления струк- туры фольги использовали способ селективного хи- мического травления. Структуру и химический сос- тав фольги анализировали с использованием скани- рующего микроскопа CamScan-4, оснащенного энергодисперсионной системой локального анализа Energy 200, и просвечивающего электронного мик- роскопа Hitachi H-800 при ускоряющем напряже- нии 200 кВ. Исследовали деформационное поведение МФ при нагреве под действием растягивающей нагрузки по специально разработанной методике с использо- ванием вакуумного кварцевого дилатометра, осна- щенного автоматизированной системой управления процессом нагружения и индукционным датчиком перемещений, подключенным через АЦП к компью- теру. Образец фольги в виде полоски размером 30,0×5,0×0,05 мм (рис. 2) крепили одним концом к кварцевому толкателю, другим – к неподвижному держателю (кварцевая трубка) измерительной час- ти дилатометра. Часть измерительного блока, в ко- тором находился образец, размещали между нагре- вателями. Температуру фольги контролировали с помощью прикрепленной к ней хромель-алюмеле- вой термопары толщиной 0,2 мм. Нагрев и охлаж- дение фольги осуществляли в инертной атмосфере гелия со скоростью 20 °С/мин. Для изучения изменения длины фольги ΔL при нагреве или охлаждении в условиях постоянно дей- ствующей растягивающей осевой нагрузки исполь- зовали наборы пружин, с помощью которых обе- спечивали постоянно действующую растягиваю- щую нагрузку около 2...5 МПа. Деформацию фоль- Рис. 1. Схема процесса электронно-лучевого осаждения МФ Рис. 2. Блок измерения удлинения МФ под действием одноосе- вых растягивающих нагружений в условиях непрерывного на- грева с заданными скоростями: 1 – образец МФ; 2 – под- вижная часть; 3 – неподвижные части измерительного блока; 4 – индуктивный датчик перемещений, установленый на под- вижной платформе; 5 – пружина 28 ги ε определяли из соотношения ΔL/L0, где L0 – исходная длина образца. Способом послойного электронно-лучевого оса- ждения паровых потоков титана и алюминия полу- чены МФ Ti/Al состава, близкого к эквиатомному, с периодом чередования слоев 60, 300 и 800 нм при температуре осаждения примерно 150 °С. На рис. 3 представлены характерные микроструктуры попе- речного сечения МФ Ti/Al с субмикронным (800 и 300 нм) и наноразмерным (60 нм) периодом че- редования слоев. В исходном состоянии структура фольги представляет собой чередующиеся слои ти- тана и алюминия с резкими границами между ними. Границы раздела между слоями имеют некоторую «шероховатость», возникающую как из-за форми- рования в слоях титана желобков в области пере- сечения границ зерен титана с такой границей (рис. 3, б, А), так и в результате их пересечения с границами кристаллитов столбчатой формы, сос- тоящих из чередующихся слоев алюминия и титана (рис. 3, г, Б). Из рис. 4, а видно, что в случае непрерывного нагрева субмикрослойных фольг реакция синтеза интерметаллического соединения титана с алюми- нием начинается при температурах выше 450, за- вершается при 600...650 °С и сопровождается вы- делением тепла. Причем выделение тепла происхо- дит дискретно, что приводит к появлению отдель- ных пиков на кривой дифференциального терми- ческого анализа (ДТА) и свидетельствует о много- стадийном характере фазовых превращений. Рентгенографические исследования показали [2], что независимо от химического состава МФ на первом этапе реакционной диффузии элементов формируется интерметаллическое соединение Al3Ti. Если содержание титана в фольге больше, чем в интерметаллическом соединении Al3Ti, то при дальнейшем повышении температуры или увеличе- нии времени выдержки образуются интерметалли- ды с более высоким содержанием титана [2]. В МФ эквиатомного состава фазовые превращения при не- прерывном нагреве фольги можно представить в виде последовательности* фазовых превращений [2]: Al + Ti → Al3Ti → Al5Ti2 → Al2Ti → AlTi, из которой видно, что первая и вторая стадии пре- вращения характеризуются образованием соедине- ний Al3Ti и Al5Ti2, а на третья и четвертая – соот- ветственно Al2Ti и AlTi. Этим стадиям фазовых превращений на диаграмме ДТА (рис. 4, а) соот- ветствуют пики тепловыделения: первый и вто- рой – I и II стадиям превращений, а третий раз- мытый – III и IV. На рис. 4, б представлена температурная зависи- мость деформации фольги при нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки, Рис. 3. Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения образцов МФ Ti/Al эквиатомного состава с периодом чередования слоев 800 (а, б), 300 (в) и 60 нм (г) после осаждения *Согласно рентгенографическим исследованиям структуры МФ после нагрева до определенных температур [2] наряду с представ- ленной схемой возможна реализация фазовых превращений и по другому пути: Al + Ti → AlTi3 → AlTi. Об этом свидетельствовали дифракционные пики AlTi3 слабой интенсивности, появление которых отмечено в области температуры формирования интерме- таллидной фазы Al5Ti2. При дальнейшем повышении температуры эти пики исчезали, что могло быть следствием реакции AlTi3 → → AlTi. Поскольку объемная доля фазы Ti3Al значительно уступает объемной доле промежуточных фаз Al3Ti, Al5Ti2 и Al2Ti при расчете объемных эффектов, будем пренебрегать возможностью образования фазы Ti3Al и изменением соотношения элементов, обусловленных ее образованием. 29 составляющей 4 МПа. Необходимо отметить, что растягивающую нагрузку выбирали таким образом, чтобы она была существенно ниже предела текуче- сти МФ при комнатной температуре. Предел теку- чести МФ оценивали исходя из измерений ее мик- ротвердости. Установлено, что их предел текучести увеличивается при уменьшении периода чередова- ния слоев и для исследованных фольг находится на уровне 1000...4000. Из рис. 4, б следует, что деформация фольги под действием постоянно приложенной нагрузки немонотонна в зависимости от температуры: отме- чены два температурных интервала, в которых де- формация существенно возрастает. Первый (низко- температурный интервал интенсивной деформации МФ) совпадает с температурным интервалом, на котором, по данным ДТА (рис. 4, а), зафиксирова- ны два первых максимума тепловыделения, соот- ветствующих протеканию в этом температурном ин- тервале I и II стадий фазовых превращений. Второй (высокотемпературный интервал деформации МФ), не сопровождается выделением тепла, что видно из кривых ДТА. Поскольку образование конечных продуктов в процессе реакции между алюминием и титаном про- исходит через промежуточные фазы, проведем оцен- ку уровня деформации образца, обусловленного объемными изменениями из-за протекания в нем фазовых превращений. При расчете исходили из того, что первый этап реакции с образованием соединения Al3Ti завершается после полного исчерпания атомов алюминия, а последующие этапы – после полного перехода интерметаллида с меньшим содержанием титана в интерметаллид с большим его содержанием. При этом на всех промежуточных стадиях фазовых превращений в избытке находится титан. В таблице представлены результаты расчета из- менения объема образца при реализации указанных реакций с учетом всех атомов, принимающих учас- тие в процессе формирования равновесной интерме- таллидной фазы TiAl. При определении изменения объема образца в процессе фазовых превращениий исходили из удельного объема, приходящегося на один атом элементов, вступающих в реакцию, и объема, отнесенного к одному атому этих же эле- ментов, находящихся в структуре интерметаллида, рассчитанного по параметрам его кристаллической решетки при комнатной температуре. Как следует из расчетов, изменение объема имеет знакоперемен- ный характер. Следовательно, если бы изменение объема об- разца при нагреве в низкотемпературной области было обусловлено объемными эффектами за счет фазовых превращений, то в эксперименте произо- шло бы знакопеременное изменение длины образца: на I стадии – сокращение, на II – удлинение, на последующих (III и IV) – сокращение. Причем в результате реализации всех этапов синтеза интер- металлида AlTi длина образца должна была бы уменьшиться, как показано на рассчитанной дила- тограмме (рис. 5). Из сравнения рассчитанной ди- латограммы и экспериментального удлинения об- разца при нагреве можно увидеть, что они качест- венно отличаются – вместо сокращения образца после прохождения всех реакций в МФ Ti/Al на экспериментальной кривой зафиксировано его уд- линение. Такое расхождение может быть следстви- ем того, что на изменение длины образца за счет Изменение удельного объема и удлинение фольги Ti/Al при образовании интерметаллидов в результате диффузионного взаимодействия компонентов Тип реакции Стадии фазовых превращений Изменение удельного объема, ΔV/V, % Удлинение, Δl/ l ≈ 1 3 ΔV V , % 30Al + 30Ti = 10Al3Ti + 20Ti I —0,117 —0,039 10Al3Ti + 20Ti = 6Al5Ti2 + 18Ti II 0,7 0,23 6Al5Ti2 + 18Ti = 15Al2Ti +15Ti III —2,33 —0,78 15Al2Ti +15Ti = 30AlTi IV —4,76 —1,6 Al + Ti = TiAl —6,4 —2,1 Рис. 4. Кривые ДТА (а) и степени деформации (б) при нагреве МФ Ti/Al эквиатомного состава с субмикронным периодом че- редования слоев в условиях постоянно действующей растягива- ющей нагрузки 30 объемных эффектов, обусловленных фазовыми превращениями, накладываются процессы, связан- ные с ее пластическим деформированием. Причем пластическая деформация образцов в низкотемпе- ратурной области значительно превышает таковую, обусловленную объемными эффектами фазовых превращений. Если пластическая деформация образцов в низ- котемпературной области инициирована фазовыми превращениями, протекающими в МФ при нагреве, то можно предположить, что при снижении темпе- ратуры начала фазовых превращений пластичность фольги проявится также при более низких темпе- ратурах. Как установлено в работе [2], на темпера- туру начала фазовых превращений оказывает влия- ние период чередования слоев, при уменьшении ко- торого температура начала фазовых превращений снижается. На рис. 6, а представлены кривые ДТА, полу- ченные при нагреве МФ с нанослойной структурой. На них, как и в случае субмикрослойной фольги, зафиксированы три пика тепловыделения. Однако при сравнении температурных интервалов тепловы- деления в нано- (рис. 6) и субмикрослойной (рис. 4) фольгах обнаружено, что начало и конец фазовых превращений в первой сместились в об- ласть более низких температур (соответственно 350 и 625 °С), соотношение интенсивностей первого и второго пиков тепловыделения увеличилось, по сравнению с МФ с субмикронным периодом чере- дования слоев, а температурный интервал сместил- ся в область более низких температур и стал про- тяженнее. Как следует из рис. 6, б, смещение тем- пературного интервала протекания I и II стадий фазовых превращений в область низких температур сопровождается снижением температурного интер- вала низкотемпературной пластической деформа- ции фольги. При этом температура высокотемпера- турной области пластической деформации фольги остается неизменной. Пластическая деформация материалов под дей- ствием приложенных нагрузок, уровень которых ниже предела текучести, в процессе протекания фа- зовых превращений ранее отмечали в сплавах, ис- пытывающих фазовые превращения сдвигового ти- па [8]. Такое деформационное поведение сплавов связывают как со снижением их предела текучести вблизи температуры начала фазового перехода, так и с образованием вытянутых в направлении прило- женных нагрузок зерен новой фазы. В случае фазовых превращений, контролируе- мых реакционной диффузией элементов, можно предположить, что поскольку рост зерен новых фаз происходит в поле внешних нагрузок, это может способствовать их удлинению в направлении прило- женных нагрузок и «пластической» деформации об- разцов. Кроме того, подобные фазовые превраще- ния будут сопровождаться генерацией дефектов ва- кансионного типа, способствующей развитию про- цессов микропластической деформации в зернах и на их границах, а также снижению предела текуче- сти материала. Исследования микроструктуры фольг, нагретых до промежуточных температур, показали, что про- цесс фазообразования сопровождается возникнове- нием пор. Диффузионное взаимодействие слоев ти- тана и алюминия в процессе нагрева МФ с субмик- ронным периодом чередования слоев не приводит к разрушению ее слоистой структуры (рис. 7). Так, структура фольги после завершения I и II стадий фазовых превращений (нагрев до 550 °С) остается слоистой. Однако в отличие от исходной структуры фольги, для которой характерно чередования слоев на основе титана и алюминия, структура фольги после завершения I и II стадий фазовых превра- щений характеризуется чередованием слоев на ос- нове Al3Ti и титана (рис. 7, а). При дальнейшем повышении температуры в фольге начинаются III и IV стадии фазовых пре- Рис. 5. Расчетное удлинение Δl/l МФ Ti/Al в результате про- хождения фазовых превращений при ее нагреве без учета терми- ческого расширения образца Рис. 6. Кривые ДТА (а) и деформации (б) МФ Ti/Al эквиатом- ного состава с наноразмерным периодом чередования слоев при ее нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки 31 вращений, и в структуре фольги появляются поры (рис. 7, б). По виду и характеру расположения пор в фольге их условно можно разделить на два типа: вертикально пересекающие фольгу и вытянутые вдоль слоев. Предположительно, появление пор является результатом коалесценции избыточных вакансий, которые образовались в фольге, как в процессе конденсации паровой фазы, так при диффузионном взаимодействии слоев (эффект Френкеля). На рис. 8 показана микроструктура нанослойной фольги, сформированной на разных стадиях фазо- вых превращений. Формирование структуры нано- слойной фольги качественно отличается от субмик- рослойной. Большое количество пор появляется уже на первой стадии фазовых превращений (рис. 8, а). С увеличением температуры отжига по- ристость фольги существенно увеличивается. Кро- ме того, слоистость фольги исчезает на III и IV стадиях фазовых превращений (рис. 8, б, в). Из сопоставления интенсивности порообразова- ния в процессе нагрева фольг с субмикронным и наноразмерным периодами чередования слоев вид- но, что в случае нанослойной фольги порообразо- вание смещено в область более низких температур. На этом основании можно предположить, что на пластичность фольги оказывает влияние не только процесс фазообразования, но и формирование по- ристой структуры. Механизм влияния порообразования на пласти- ческую деформацию материалов при низких темпе- ратурах в настоящее время недостаточно развит. Однако известно, что при повышенных температу- рах зернограничная пористость способствует зерно- граничному проскальзыванию, что обеспечивает реализацию механизма сверхпластической дефор- мации материалов [9, 10]. На температурные условия реализации сверх- пластичного механизма деформирования материа- лов существенное влияние оказывает также и раз- мер зерен [11]. Так, например, при уменьшении размера зерна от 5,0 до 0,4 мкм температура сверх- пластичного течения сплава TiAl снижается от 1200 [12] до 850 °С [13]. На электронно-микроскопическом изображении микроструктуры нанослойной фольги, нагретой до Рис. 7.Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения МФ Ti/Al с периодом чередования слоев 300 нм после отжига в установке ДТА при 550 (а), 650 °С (б, в) Рис. 9. Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения МФ Ti/Al с наноразмерным периодом чередования слоев после отжига при температуре >500 °С (ТЭМ, режим тем- ного поля) Рис. 8. Электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения МФ Ti/Al с периодом чередования слоев 80 нм после отжига при 500 (а) и 650 °С (б, в) 32 температуры свыше 500 °С (рис. 9), видна фраг- ментация слоев с формированием зерен интерметал- лидных фаз наноразмерного масштаба. На основании изложенного можно предполо- жить, что повышенная пластичность фольги при нагреве до температур более 700 °С (высокотемпе- ратурная область пластической деформации фоль- ги) также является следствием перехода ее в сверх- пластическое состояние. Реализация сверхпласти- ческого течения фольги при столь низких темпера- турах может быть обусловлена совместным дейст- вием двух факторов: образованием интерметаллид- ной структуры с размерами зерен субмикронного и наноразмерного масштаба и наличием в такой структуре пор. Таким образом, немонотонное влияние нагрева на пластическое течение многослойных фольг Ti/Al под действием постоянно действующих на- грузок в низкотемпературной области их пластичес- кой деформации связано с протеканием в них фазо- вых превращений, сопровождаемых порообразова- нием, а в высокотемпературной области обусловле- но реализацией в сформированной интерметаллид- ной фольге механизма сверхпластической дефор- мации, который становится возможным при столь низких температурах из-за субмикронного и нано- масштабного размера зерен интерметаллида TiAl и наличия в фольге пористой структуры. 1. Ustinov A., Olikhovska L., Melnichenko T. Effect of ove- rall composition on thermally induced solid-state transfor- mations in thick EB PVD Al/Ni multilayers // Surface and coatings technology. – 2008. – 202, № 16. – P. 3832—3838. 2. Твердофазные реакции при нагреве многослойных фольг Al/Ti, полученных методом электронно-лучевого осаж- дения / А.И. Устинов, Л.А. Олиховская, Т.В. Мельни- ченко и др. // Современ. электрометаллургия. – 2008. – № 2. – С. 19—26. 3. Фазовые превращения при нагреве многослойной фольги Al/Cu, полученной способом электронно-лучевого осаж- дения / Л.А. Олиховская, Т.В. Мельниченко, А.И. Усти- нов и др. // Там же. – 2009. – № 2. – C. 27—31. 4. Рогачев А.С. Волны экзотермических реакций в много- слойных нанопленках // Успехи химии. – 2008. – № 77. – С. 22—38. 5. Ustinov A.I., Falchenko Yu.V., Ishchenko A.Ya. Diffusion welding of γ-TiAl based alloys through nano-layered foil of Ti/Al system // Intermetallics. – 2008. – 16, № 8. – P. 1043—1045. 6. Wang J., Besnoin E., Duckam A. Room-temperature solde- ring with nanostructured foils // Appl. Phys. Lett. – 2003. – 83, № 19. – P. 3987—3989. 7. Paton B.E., Movchan B.A. Composite materials deposited from the vapour phase in vacuum // Soviet technology re- views; Section C, Welding and surfacing reviews. – 1991. – V. 2. – P. 43—64. 8. Эстрин Э.И. О природе пластичности при полиморфных превращениях // ФММ. – 2006. – 102, № 1. – С. 123—128. 9. Yang H.S., Lee W.B.,Mukherjee A.K. Superplasticity in TiAl and Ti3Al alloys // Structural intermetallics. – 1993. – Р. 69—76. 10. Кузнецова Р.И., Брюховецкий В.В., Пойда В.П. Меха- низмы развития зернограничных пор и локальная неодно- родность деформации в условиях сверхпластического те- чения // Металлофизика и новейшие технологии. – 1995. – 17, № 8. – С. 64—72. 11. Nieh T.G., Wadsworth J., Sherby O.D. Superplasticity in metals and ceramics. – New York:Cambridge University Press, 1997. – 287 р. 12. Lutfullin. R.Ya., Imayev R.M., Kaibyshev O.A. Superplasti- city and solid state bonding of the TiAl intermetallic compo- und with micro- and submicrocrystalline structure // Scripta Met. et Mater. – 1995. – 33, № 9. – Р. 1445—1449. 13. Nakao Y., Shinozaki K., Hamada M. Diffusion Bonding of Intermetallic Compound TiAl // ISIJ Intern. – 1991. – 31, № 10. – Р. 1260—1266. It is shown that multilayer Ti/Al foils can undergo plastic deformation at heating under the conditions of continuously applied tensile load not exceeding the yield limit. It is established that phase transformations at heating and multilayer foil structure have an essential influence on mechanical properties that is manifested in nonmonotonic change of the extent of plastic deformation at continuous load, depending on temperature. Two temperature intervals, in which intensive plastic deformation of the foil proceeds: low-temperature (350—650 °C) and high-temperature (above 700 °C) one, are determined. Nonmonotonic influence of heating on plastic flow of multilayer Ti/Al foils under the impact of continuously applied loads in the low-temperature range of their plastic deformation is associated with running of phase transformations in them that are accompanied by pore formation, and in the high-temperature range it is due to realization of suplerplastic deformation mechanism in the formed intermetallic foil that becomes possible at such low temperatures due to submicron and nanoscale size of TiAl intermetallic grains and presence of pores in the foil. Features of deformational behaviour of multilayer Ti/Al foil influence the possibility of their practical application in diffusion pressure welding. Ref. 13, Table 1, Figures 9. K e y w o r d s : electron beam deposition; multilayer foil; titanium; aluminium; structure; phase transformations; superplasticity; volume effect; porosity Поступила 18.07.2013 33
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96715
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7681
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T18:13:49Z
publishDate	2013
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Устинов, А.И. Мельниченко, Т.В. Шишкин, А.Е. 2016-03-19T18:33:04Z 2016-03-19T18:33:04Z 2013 Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок / А.И. Устинов, Т.В. Мельниченко, А.Е. Шишкин // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 4 (113). — С. 27-33. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96715 539.234+536.4 Показано, что многослойные фольги Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующей растягивающей нагрузки, не превышающей предел текучести, могут пластически деформироваться. Установлено, что фазовые превращения при нагреве и структура многослойной фольги оказывают существенное влияние на механические свойства, что проявляется в немонотонном изменении степени пластической деформации при постоянной нагрузке в зависимости от температуры. Обнаружено два температурных интервала, в которых происходит интенсивная пластическая деформация фольги Е низко- (350...650 °С) и высокотемпературный (выше 700 °С). Немонотонное влияние нагрева на пластическое течение многослойных фольг Ti/Al под действием постоянно приложенных нагрузок в низкотемпературной области их пластической деформации связывается с протеканием в них фазовых превращений, сопровождаемых порообразованием, а в высокотемпературной области обусловлено реализацией в сформированной интерметаллидной фольге механизма сверхпластической деформации, который становится возможным при столь низких температурах из-за субмикронного и наномасштабного размеров зерен интерметаллида TiAl и наличия в фольге пор. Особенности деформационного поведения многослойной фольги Ti/Al влияют на возможность их практического использования при диффузионной сварке давлением. It is shown that multilayer Ti/Al foils can undergo plastic deformation at heating under the conditions of continuously applied tensile load not exceeding the yield limit. It is established that phase transformations at heating and multilayer foil structure have an essential influence on mechanical properties that is manifested in nonmonotonic change of the extent of plastic deformation at continuous load, depending on temperature. Two temperature intervals, in which intensive plastic deformation of the foil proceeds: low-temperature (350—650 °C) and high-temperature (above 700 °C) one, are determined. Nonmonotonic influence of heating on plastic flow of multilayer Ti/Al foils under the impact of continuously applied loads in the low-temperature range of their plastic deformation is associated with running of phase transformations in them that are accompanied by pore formation, and in the high-temperature range it is due to realization of suplerplastic deformation mechanism in the formed intermetallic foil that becomes possible at such low temperatures due to submicron and nanoscale size of TiAl intermetallic grains and presence of pores in the foil. Features of deformational behaviour of multilayer Ti/Al foil influence the possibility of their practical application in diffusion pressure welding. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок Deformational behaviour of multilayer Ti/Al foils at heating under the conditions of continuously applied loads Article published earlier
spellingShingle	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок Устинов, А.И. Мельниченко, Т.В. Шишкин, А.Е. Электронно-лучевые процессы
title	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
title_alt	Deformational behaviour of multilayer Ti/Al foils at heating under the conditions of continuously applied loads
title_full	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
title_fullStr	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
title_full_unstemmed	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
title_short	Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
title_sort	деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов ti/al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок
topic	Электронно-лучевые процессы
topic_facet	Электронно-лучевые процессы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96715
work_keys_str_mv	AT ustinovai deformacionnoepovedeniemnogosloinyhvakuumnyhkondensatovtialprinagrevevusloviâhpostoânnodeistvuûŝihnagruzok AT melʹničenkotv deformacionnoepovedeniemnogosloinyhvakuumnyhkondensatovtialprinagrevevusloviâhpostoânnodeistvuûŝihnagruzok AT šiškinae deformacionnoepovedeniemnogosloinyhvakuumnyhkondensatovtialprinagrevevusloviâhpostoânnodeistvuûŝihnagruzok AT ustinovai deformationalbehaviourofmultilayertialfoilsatheatingundertheconditionsofcontinuouslyappliedloads AT melʹničenkotv deformationalbehaviourofmultilayertialfoilsatheatingundertheconditionsofcontinuouslyappliedloads AT šiškinae deformationalbehaviourofmultilayertialfoilsatheatingundertheconditionsofcontinuouslyappliedloads

Деформационное поведение многослойных вакуумных конденсатов Ti/Al при нагреве в условиях постоянно действующих нагрузок

Репозитарії

Схожі ресурси