Формирование субмикрокристаллической структуры в титане и титановых сплавах теплой интенсивной пластической деформацией и их механические свойства

• Автор: Жеребцов, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 147 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Основные методы получения СМК и НК структуры в металлах и сплавах
1.2. Формирование НК и СМК структуры в металлах и сплавах в ходе интенсивной пластической деформации
1.2.1. Структурные изменения и механическое поведение металлов и сплавов в ходе динамической рекристаллизации
1.2.2. Особенности формирования НК и СМК структуры в металлах и сплавах в ходе холодной интенсивной пластической деформации
1.2.3. Формирование МК и СМК структуры в титане и титановых сплавах при пластической деформации
1.3. Влияние размера зерен на механические свойства металлов и сплавов
1.4. Влияние ионной имплантации на механические свойства металлов
и сплавов
1.5. Постановка задачи исследования
Глава 2. Материал и методы исследования
2.1. Выбор материалов, их химический и фазовый состав
2.2. Деформационно-термическая обработка
2.3. Механические испытания
2.3.1. Испытания на растяжение
2.3.2. Испытания на выносливость
2.3.3. Испытания на жаропрочность
2.3.4. Измерение микротвердости
2.4. Анализ микроструктуры
2.4.1. Металлографические исследования

2.4.2. Электронно-микроскопические исследования
2.5. Рентгенографические исследования
2.6. Ионная имплантация
2.7. Исследование химического состава поверхности
Глава 3. Исследование механического поведения и эволюции структуры в ходе теплой и горячей деформации титана ВТ1 -00 и сплавов ВТ6 и ВТЗО
3.1. Изучение соотношения между температурой деформации, напряжением течения на установившейся стадии и размером формирующихся зерен/субзерен в титане и зерен фаз в двухфазных титановых сплавах
3.2. Механическое поведение и эволюция структуры титана в ходе теплой интенсивной пластической деформации
3.3. Влияние исходной структуры и фазовых превращений на формирование СМК структуры в ходе теплой интенсивной пластической деформации в двухфазных титановых сплавах ВТ6 и ВТЗО
Глава 4. Механические свойства титана и его сплавов в СМК состоянии полученном теплой интенсивной пластической деформацией
4.1. Структура массивных заготовок титана ВТ 1-00 и сплава ВТ6 в СМК состоянии
4.2. Механические свойства титана в СМК состоянии при комнатной температуре
4.3. Комплекс механических свойств сплава ВТ6 в СМК состоянии при комнатной и повышенных температурах
Выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Титан и титановые сплавы широко применяются в различных отраслях промышленности благодаря высоким значениям удельной прочности и коррозионной стойкости. Однако высокая стоимость титана и его сплавов обуславливает потребность в снижении веса изделий за счет повышения конструкционных свойств, что может быть обеспечено формированием в них субмикрокристаллической (СМК) структуры (размер зерен менее 1 мкм).
Одним из перспективных методов для производства массивных заготовок с СМК структурой является метод больших пластических деформаций. В настоящее время для его реализации разработаны такие схемы обработки, как равноканальное угловое прессование, всесторонняя изотермическая ковка и ряд других. Между тем в литературе практически отсутствуют данные о принципах выбора температурно-скоростных режимов проведения деформации, которые являются особенно важными при обработке таких труднодеформируемых материалов, как титан и его сплавы. Так, с одной стороны, для повышения пластичности материала и снижения усилий при деформации следует увеличивать температуру обработки, однако с другой стороны, формирование наименьшего размера зерен обеспечивается ее снижением. В ряде исследований была показана возможность получения полуфабрикатов с СМК структурой из титановых сплавов проведением больших пластических деформаций в области температур теплой деформации (0,3-0,4ТПЛ). Однако остается неясным, какая величина зерен, и какая однородность микроструктуры достигаются в результате такой обработки. В некоторых работах, посвященных формированию СМК структуры, указывалось на ее существенную неоднородность. В связи с этим важно обратить внимание на особенности эволюции структуры в ходе теплой

[108], армко-железе [109], малоуглеродистой [107] и нержавеющей сталях [110], титане и его сплавах [91], никелевых сплавах [111].
Отметим, что зависимость предела усталости от размера зерна не является универсальной. Так в работе [110] на технически чистых алюминии и меди данная зависимость не выявлена. Однако было показано, что в материалах, у которых тип решетки и структура облегчает множественное скольжение, нет зависимости сопротивления усталости от размера зерен, а в тех случаях, когда множественное скольжение затруднено, измельчение зерен приводит к росту предела выносливости.
В соответствии с этим, как отмечается в [112], часто уменьшение размера зерна ведет к заметному повышению предела выносливости в многоцикловой области усталости, но оказывает слабое влияние в малоцикловой. Это, по видимому, связано с тем, что в малоцикловой области, в отличие от многоцикловой, величина максимальных напряжений цикла близка или превышает предел текучести и, соответственно, “легкость” множественного скольжения дислокаций может быть структурно нечувствительна. Авторы ряда работ [102, 113] считают, что основным фактором определяющим влияние размера зерна на сопротивление усталости металлических материалов, является гомогенность микропластической деформации.
Общая тенденция повышения предела выносливости с измельчением структуры позволяет предполагать более высокие значения стк для материала с СМК структурой в многоцикловой области по сравнению с более крупнозернистым материалом. Наряду с этим можно прогнозировать рост выносливости СМК материала, основываясь на существующих результатах по увеличению прочности [11, 18] и изменению неупругих свойств с
уменьшением размера зерен. В частности, в работах [114, 115] показано, что для СМК материалов характерны более высокие значения внутреннего трения