Закономерности фазовых и структурных превращений в нелегированном титане марки ВТ1-0

• Автор: Манохин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение
ГЛАВА 1. Получение наноструктурированных металлических материалов...9 ГЛАВА 2. Процессы, протекающие при нагреве деформированных металлов и сплавов
2.1. Закономерности и механизмы роста зерен в поликристаллических материалах
2.2. Закономерности роста зерен в наноструктурированных материалах при нагреве
2.3. Рост зерен в титане и титановых сплавах с различным структурным
состоянием
ГЛАВА 3. Постановка задач исследований
ГЛАВА 4. Обоснование выбора материалов и методов исследований
4.1. Методические вопросы экспериментального исследования наноструктурированных материалов
4.1.1. Электронная микроскопия высокого разрешения в исследовании поликристаллических наноматериалов
4.1.2. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия в просвечивающей электронной микроскопии
4.1.3. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронами79
4.2. Материалы и методики исследований
ГЛАВА 5. Особенности кристаллической структуры дисперсных карбидов в
альфа-титане
ГЛАВА 6. Исследования термической стабильности микроструктуры титана, сформированной воздействием интенсивной пластической деформации

Введение
Создание новых конструкционных и функциональных материалов с улучшенными свойствами базируется на результатах фундаментальных исследований закономерностей формирования их структуры и природы физико-химических процессов, протекающих в таких материалах в реальных условиях их создания и эксплуатации. Формирование физико-механических, электрофизических и других свойств материалов во многом определяется внутренними межкристаллитными поверхностями раздела (границы зерен (ГЗ), субзерен и фаз), а также внутренними свободными поверхностями раздела, связанными с наличием пор и трещин [1, 2, 3]. В частности, увеличение протяженности границ, связанное с уменьшением размеров зерен и фаз при переходе от обычных поликристаллических материалов к субмикрокристаллическим (СМК) и, особенно, к наноструктурированным (НС), приводит к существенному изменению в развитии процессов тепло- и электропереноса, пластической деформации и разрушения, деградации структуры и других процессов [2, 3].
В последнее время большое внимание уделяется исследованию закономерностей и механизмов диффузионно-контролируемого роста зерен при рекристаллизации наноструктурированного нелегированного титана, применение которого в качестве материала изделий для травматологии, ортопедии и стоматологии интенсивно расширяется.
Наноструктурированный нелегированный титан (например, марки ВТ1-0), в отличие от большинства используемых для изготовления костных имплантатов в медицинской промышленности титановых сплавов (типа ВТ6), не содержит токсичных легирующих элементов (в особенности, таких как ванадий и алюминий), при этом обладает достаточной прочностью при статическом и циклическом нагружении при сохранении высокой способности к пластической деформации на изгиб и кручение [4].
Большинство известных методов формирования СМК и НС состояний воздействием интенсивной пластической деформацией [2, 5] являются малопроизводительными и значительно увеличивают стоимость материала. Однако в последние годы удалось создать высокоэффективную и малозатратную технологию получения промышленного сортамента
полуфабрикатов НС титана с улучшенными механическими и функциональными характеристиками для изготовления изделий медицинского назначения в условиях промышленного производства с использованием метода поперечно-винтовой прокатки [6, 7, 8].
Известно, что полуфабрикаты с субмикрокристаллической и наноразмерной структурой, полученные воздействием пластической
деформацией, в том числе с использованием поперечно-винтовой прокатки, характеризуются высокими внутренними напряжениями, источниками
которых являются границы зерен деформационного происхождения, дислокации и дислокационные субграницы. Наличие таких напряжений увеличивает трудоемкость получения изделий и может приводить к их короблению, а также является серьезным препятствием для их последующего применения. Наиболее простым способом снятия внутренних напряжений в металлическом полуфабрикате является нагрев и выдержка при
определенной температуре. В полуфабрикатах из НС титана марки ВТ1-0 уменьшение остаточных напряжений до безопасного уровня при сохранении высоких механических свойств осуществляется проведением так называемого «дорекристаллизационного» отжига после всего цикла их технологического передела. Предполагается, что такую возможность удается реализовать за счет формирования мелкодисперсных выделений вторичных фаз, блокирующих миграцию границ зерен и тормозящих вследствие этого развитие процесса роста зерен [2, 9, 10]. Однако физического обоснования данный эффект не имеет и не может быть предсказан и рассчитан на основании существующих физических моделей и имеющихся экспериментальных данных.

Модель насыщения. Ли предложил [99] дислокационную модель движения симметричной границы наклона. Он предположил, что перенос вещества может осуществляться лишь через определенную долю зернограничной площади - активное поперечное сечение. Даже предполагалось, что в единицу времени через границу может пройти не более некоторого максимального количества атомов. Следствием существования такого верхнего предела является наличие максимальной скорости миграции, при которой граница зерен насыщена проходящими через нее атомами.Согласно модели, начиная с некоторого максимального значения, скорость миграции границ зерен не зависит от движущей силы.