ФОРМИРОВАНИЕ  И  ДЕФОРМАЦИОННОЕ  ПОВЕДЕНИЕ  УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ  СТРУКТУРЫ  ТИТАНОВОГО  СПЛАВА  ВТ16

Булынко  Дмитрий  Юрьевич

студент  5  курса,  физико-технический  факультет  ТГУ,  г.  Томск

E-mail: 

Грабовецкая  Галина  Петровна

научный  руководитель,  д-р  физ.-мат.  наук,  в.  н.  с.  ИФПМ  СО  РАН,  г.  Томск

Формирование  ультрамелкозернистого  состояния  в  титане  и  его  сплавах  методами  интенсивной  пластической  деформации  (ИПД)  существенно  повышает  их  прочностные  характеристики,  что  позволяет  рассматривать  эти  материалы  как  перспективные  для  многих  областей  промышленности.  К  настоящему  времени  установлено,  что  в  зависимости  от  характеристик  титанового  сплава  (наличия  тех  или  иных  легирующих  элементов,  возможности  развития  двойникования,  фазовых  и  мартенситного  превращений)  требуются  различные  режимы  для  получения  минимальной  величины  элементов  ультрамелкозернистой  структуры  [2,  3].  По  этой  причине  являются  важными  исследования  эволюции  структурно-фазового  состояния  в  процессе  различных  режимов  ИПД  и  сопоставление  характеристик  полученных  ультрамелкозернистых  структур  с  их  механическими  свойствами.

Целью  работы  является  исследование  влияния  условий  формирования  на  характеристики  ультрамелкозернистой  структуры  в  титановом  сплаве  ВТ16  и  ее  деформационное  поведение  при  растяжении 

В  исходном  состоянии  сплав  ВТ16  имеет  крупнозернистую  структуру  (размер  зерен  10—30  мкм).  В  объеме  зерен  наблюдается  α+β  пластинчатая  структура  (рис.  1).  Размеры  α  и  β  пластин  изменяются  соответственно  в  пределах  1,2—1,7  и  0,3—0,7  мкм.  Рентгеноструктурные  исследования  показали,  что  доля  α-фазы  в  сплаве  составляет  85  %,  а  β-фазы  —  15  %.

Рисунок  1.  Микроструктура  сплава  ВТ16  в  исходном  состоянии

Ультрамелкозернистая  структура  в  сплаве  ВТ16  была  получена  методом  всестороннего  прессования  со  сменой  оси  деформации  и  постепенным  понижением  температуры  в  интервале  1023—673  К  по  двум  режимам.  В  процессе  прессования  по  режиму  1  слиток  сплава  после  каждого  прессования  был  закален  в  теплую  воду.  При  прессовании  по  режиму  2  слиток  остывал  на  воздухе.

Типичное  электронно-микроскопическое  изображение  ультрамелкозернистой  структуры  в  сплаве  ВТ16  после  всестороннего  прессования  по  режиму  1  представлено  на  рис.  2  (а,  б).  На  светлопольном  снимке  (рис.  2,  а)  сложный  деформационный  контраст  не  позволяет  выявить  особенности  структуры.  На  электроннограммах  такой  структуры  (рис.  2,  а),  снятых  с  площади  1,2  мкм²,  наблюдаются  дифракционные  кольца,  образованные  рефлексами  от  отдельных  кристаллитов.  При  этом  почти  все  рефлексы  имеют  азимутальное  размытие.  Такой  вид  электронограмм  является  типичным  для  ультрамелкозернистого  состояния,  полученного  методом  ИПД,  и  свидетельствует  о  наличии  большеугловых  разориентировок  между  элементами  структуры  и  присутствии  упругих  напряжений  в  отдельных  зернах  [1].  На  темнопольном  снимке  (рис.  3,  б)  хорошо  видны  элементы  зеренно-субзеренной  структуры.  Средний  размер  элементов  зеренно-субзеренной  структуры,  определенный  по  темнопольному  изображению,  составляет  0,28±0,13  мкм.

Рисунок  2.  Электронно-микроскопическое  изображение  структуры  УМЗ  сплава  ВТ16,  полученного  методом  ВП  по  1  режиму.  а  —  светлопольное  изображение  и  картина  микродифракции;  б  —  темнопольное  изображение

В  результате  прессования  по  режиму  2  в  сплаве  ВТ16  также  формируется  ультрамелкозернистая  структура  (рис.  3,  а,  б).  Средний  размер  элементов  зеренно-субзеренной  структуры,  определенный  по  темнопольному  изображению,  в  этом  случае  составляет  0,18±0,12  мкм,  что  в  1,5  раза  меньше  по  сравнению  с  ультрамелкозернистой  структурой,  полученной  при  прессовании  по  режиму  1. 

Рисунок  3.  Электронно-микроскопическое  изображение  структуры  УМЗ  сплава  ВТ16,  полученного  методом  ВП  по  2  режиму.  а  —  светлопольное  изображение  и  картина  микродифракции;  б  —  темнопольное  изображение

Рентгеноструктурные  исследования  показали,  что  сплав  ВТ16  в  процессе  формирования  ультрамелкозернистого  состояния  остается  двухфазным.  При  этом  доля  β-фазы  в  процессе  прессования  по  1  режиму  увеличилась  до  29  %,  а  по  режиму  2  —  до  27  %. 

Рисунок  4.  Кривые  течения  при  растяжении  сплава  ВТ16  при  температуре  293  К.  1  —  исходный  сплав;  2  —  УМЗ  сплав,  полученный  методом  ВП  по  1  режиму;  3  —  УМЗ  сплав,  полученный  методом  ВП  по  2  режиму

Типичные  кривые  растяжения  сплава  ВТ16  в  крупно-  и  ультрамелкозернистом  состояниях  при  температуре  293  К  представлены  на  рис.  4  в  координатах  «напряжение  —  деформация».  Видно,  что  в  общем  случае  на  указанных  кривых  наблюдаются  три  стадии:  упрочнения,  установившейся  деформации  и  падающего  напряжения  (рис.  4).  Длительность  стадий  по  деформации  зависит  от  структуры  сплава.  На  кривой  растяжения  сплава  в  крупнозернистом  состоянии  наблюдается  длительная  стадия  упрочнения  с  высоким  коэффициентом  упрочнения  на  начальном  участке  стадии,  за  которой  следуют  стадии  установившейся  деформации  и  падающего  напряжения.  Величина  однородной  деформации  крупнозернистого  сплава  составляет  7  %  при  общей  деформации  до  разрушения  ~15  %  (табл.  1).  Для  кривых  «напряжение  —  деформация»  сплава  ВТ16  в  ультрамелкозернистом  состоянии  характерно  наличие  коротких  стадий  деформационного  упрочнения  и  равномерной  деформации  и  продолжительной  стадии  падающего  напряжения.  При  этом  до  1—2  %  уменьшается  величина  однородной  деформации  при  общей  деформации  ~12  %  (табл.  1),  что  свидетельствует  о  повышении  склонности  сплава  к  локализации  пластической  деформации  на  макроуровне  при  формировании  в  нем  ультрамелкозернистого  состояния. 

Таблица  1. 

Механические  свойства  сплава  ВТ16  в  исходном  и  ультрамелкозернистом  состояниях  при  температуре  293  К

В  результате  изучения  распределения  деформации  по  длине  рабочей  части  образцов  было  установлено,  что  локализация  деформации  на  макроуровне  в  ультрамелкозернистом  сплаве  ВТ16  происходит  путем  образования  двух  полос  локализованной  деформации  шириной  0,3—0,5  мм  под  углом  120^о  друг  к  другу  и  60^о  к  направлению  приложенной  нагрузки  В  крупнозернистом  сплаве  ВТ16  локализация  деформации  на  макроуровне  происходит  путем  образования  типичной  шейки. 

В  табл.  1  представлены  данные  о  механических  свойствах  сплава  ВТ16  в  крупнозернистом  и  ультрамелкозернистом  состояниях.  Из  сопоставления  механических  свойств  крупнозернистого  и  ультрамелкозернистого  состояний  видно,  что  формирование  ультрамелкозернистой  структуры  в  сплаве  ВТ16  по  режиму  2  приводит  к  существенному  (в  1,3  раза)  повышению  прочностных  характеристик.  Повышение  прочностных  характеристик  ультрамелкозернистой  структуры,  сформированной  по  режиму  1  менее  значительное.  Это  связано,  по-видимому,  с  формированием  по  режиму  1  менее  дисперсной  структуры. 

Список  литературы:

1. Валиев  P.3.  Наноструктурные  материалы,  полученные  интенсивной  пластической  деформацией.  М.:  Логос,  2000.  —  272  с.
2. Грабовецкая  Г.П.,  Колобов  Ю.Р.,  Гирсова  Н.В.,  Мишин  И.П.  Эволюция  структуры  и  деформационное  поведение  сплава  ВТ6  в  процессе  высокотемпературной  ползучести  //  Физическая  мезомеханика.  —  Т.  8.  —  Спец.вып.  —  2005.  —  С.  75—78.
3. Носкова  Н.И.,  Мулюков  Р.Р.  Субмикрокристаллические  и  нанокристалические  металлы  и  сплавы.  Екатеринбург:  УрО  РАН,  2003.  —  278  с.