WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

На правах рукописи

СЕМЕНОВА Ирина Петровна

ФОРМИРОВАНИЕ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ СТРУКТУР И ПОВЫШЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В МАЛОЛЕГИРОВАННЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Специальность 05.16.01- «Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа - 2011

Работа выполнена в Институте физики перспективных материалов при НИЧ Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ и РБ, доктор физикоматематических наук, профессор ВАЛИЕВ РУСЛАН ЗУФАРОВИЧ

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор ДОБАТКИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ Заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор ПУШИН ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ Доктор физико-математических наук, доцент РУЩИЦ СЕРГЕЙ ВАДИМОВИЧ

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное научнопроизводственное объединение «Мотор», г. Уфа.

Защита состоится 8 июня 2011 года в 14 часова на заседании диссертационного совета Д 212.298.01 при Южно-Уральском государственном университете по адресу г. Челябинск, проспект Ленина, Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим высылать по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. Ленина, 76, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.298.Факс: (351)267-91-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Автореферат разослан « » мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор, доктор физико-математических наук Д.А. Мирзаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Титан и его сплавы, благодаря высокой удельной прочности, коррозионной стойкости и биосовместимости, широко используются в качестве конструкционных материалов в медицине, машиностроении и авиакосмической промышленности. Вместе с тем на современном этапе развития техники и медицины возникает потребность повышения их механических, усталостных и других конструкционных и функциональных свойств, например для таких изделий, как имплантаты и устройства медицинского назначения, высоконагруженные детали энергетических установок, газоперекачивающих станций и авиационной техники.

Традиционно упрочнение титановых сплавов достигается их легированием, термомеханической обработкой за счет управления химическим составом и фазовоструктурными превращениями. Новым эффективным способом повышения физикомеханических свойств промышленных металлов и сплавов является создание в них ультрамелкозернистых (УМЗ) структур с использованием методов интенсивной пластической деформации (ИПД), которые позволяют достигать очень больших пластических деформаций при относительно низких температурах (обычно 0,3…0,Тпл, К) в условиях высоких приложенных давлений1.

Для титана и ряда его сплавов данный подход был успешно использован в работах российских ученых (Р.З. Валиев, Ю.Р. Колобов, А.А. Попов, В.Г. Пушин, Г.А. Салищев, В.В. Столяров и др.), а также ряда зарубежных исследователей.

Формирование УМЗ структуры в титановых сплавах и, как следствие, увеличение их конструкционной прочности создает возможность повышения эксплуатационных свойств изделий, изготовленных из них. В качестве методов ИПД активное развитие получили интенсивная пластическая деформация кручением (ИПДК), равноканальное угловое прессование (РКУП), всесторонняя многоступенчатая ковка и их различные модификации.

Одним из новых технических подходов, позволяющих получать длинномерные прутки с УМЗ структурой в широком размерном диапазоне является комбинация РКУП c известными методaми деформации прокатки, волочения, экструзии и др. В настоящей работе данный подход был использован применительно к титановым материалам, так как титановые прутки являются одними из наиболее распространенных полуфабрикатов, используемых в промышленности. Вместе с тем создание комбинированной ИПД-технологии получения полуфабрикатов с УМЗ структурой требует оптимизации технологических режимов обработки как на стадии проведения РКУП, так и последующей стадии термомеханической обработки с целью обеспечения заданных размеров заготовок, однородности микроструктуры и стабильности получаемых свойств. Материаловедческим аспектом достижения высокого уровня механических характеристик полуфабрикатов является выявление общих закономерностей и особенностей формирования УМЗ структуры в зависимости от режимов обработки, и установление влияния основных параметров Р.З.Валиев, И.В. Александров Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура, свойства - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007-398с.: ил.

формирующейся структуры (размер, форма зерна, субструктура, состояние границ зерен и др.) на физико-механические свойства сплавов. Особый интерес вызывают исследования, направленные на повышение усталостной долговечности УМЗ титановых сплавов.

Кроме того, важным является оценка инновационного потенциала УМЗ титановых сплавов, которая требует проведения комплекса исследований эксплуатационных свойств образцов на стадиях изготовления полуфабрикатов и изделий, полученных из них, на примере медицинского крепежа и лопаток ГТД.

Решение этих проблем определяет актуальность настоящей диссертационной работы, связанной с разработкой научных основ и режимов обработки титановых материалов с использованием комбинированных способов интенсивной пластической деформации для изготовления прутков-полуфабрикатов и изделий с повышенными свойствами путем формирования в них УМЗ структуры.

Целью диссертационной работы является установление закономерностей влияния условий комбинированной обработки, включающей РКУП, деформационные и термические воздействия, на особенности УМЗ структур и механические свойства прутков из титана и сплавов системы Ti-6Al-4V для разработки технологических процессов получения полуфабрикатов и изделий из них с повышенными прочностными и усталостными свойствами.

В качестве объектов исследований были выбраны две марки технического титана различной чистоты (Ti Grade 2 и Grade 4), предназначенные для изготовления медицинских имплантатов и малолегированные сплавы Ti-6Al-4V (ВТ6) и Ti-6Al-4V ELI, которые также широко используются для изготовления различных изделий и конструкций в медицине, машиностроении, авиации и космической технике как в России, так и за рубежом.

При выполнении работы решались следующие задачи:

1. Исследование закономерностей влияния режимов (температуры, скорости и степени деформации) комбинированной обработки, включающей сочетание РКУП с волочением, прокаткой, отжигами, на параметры формирующейся УМЗ структуры и уровень механических свойств технически чистого титана Grade и Grade 4.

2. Установление особенностей формирования УМЗ структуры в сплавах Ti-6Al-4V и Ti-6Al-4V ELI в зависимости от режимов РКУП в комбинации с последующими термомеханическими обработками.

3. Исследование сверхпластичности УМЗ сплава Ti-6Al-4V, полученного комбинированной обработкой, и влияния деформации в режиме сверхпластичности на структуру и механические свойства при комнатной температуре.

4. Определение закономерностей влияния УМЗ структуры на усталостные свойства титана и его сплавов Ti-6Al-4V, полученных комбинированными методами ИПД, и выявление ее ключевых параметров, приводящих к повышению предела выносливости материала.

5. Разработка технологических рекомендаций обработки титана и его сплава Ti6Al-4V для получения прутков-полуфабрикатов с однородной УМЗ структурой и повышенными прочностными и усталостными свойствами.

6. Оценка перспективности практического применения УМЗ титана и его сплава Ti-6Al-4V в качестве конструкционных материалов при изготовлении изделий на примере медицинских имплантатов и лопатки ГТД.

Научная новизна работы:

1. Изучены закономерности влияния режимов РКУП в сочетании с деформационными и термическими воздействиями на особенности формирoвания УМЗ структур в технически чистом титане (размер и форма зерен, дислокационная субструктура, состояние границ и др.). Впервые определены параметры УМЗ структуры - размер зерен 100…120 нм, доля большеугловых границ не менее 70%, наличие зернограничных сегрегаций примесей, позволяющие обеспечить в титане Grade 4 не только очень высокую прочность (в>1250MПа), но и значительную пластичность (> 12%).

2. Установлены режимы комбинированной ИПД-обработки титана Grade 2 и Grade 4 (температура, скорость и степень деформации), включающей РКУП и последующие термомеханические обработки (прокатка, волочение, отжиги), обеспечивающие формообразование длинномерных прутков и формирование в них однородной УМЗ структуры, приводящей к повышенным механическим свойствам, которые значительно превосходят достигнутые ранее.

3. Впервые изучены особенности измельчения микроструктуры в двухфазном сплаве Ti-6Al-4V в ходе РКУП в зависимости от исходной морфологии - и - фаз (глобулярной и пластинчатой), геометрии оснастки, температуры, степени деформации. Показано, что комбинация РКУП с последующей экструзией и отжигами обеспечивает формирование в сплаве УМЗ структуры, характеризующейся высокой протяженностью преимущественно большеугловых границ - зерен размером менее 300 нм с равномерно распределенными частицами - фазы, что ведет к достижению высокого уровня прочности и пластичности.

4. Определены условия деформационно-термической обработки УМЗ сплавoв системы Ti-6Al-4V, полученных РКУП в сочетании с экструзией, которые позволяют реализовать их сверхпластическое поведение при относительно низких температурах (ниже температуры рекристаллизации); установлено, что данная обработка приводит к дальнейшей трансформации малоугловых субзеренных границ в большеугловые границы зерен - фазы без значительного их роста и, как следствие, к дополнительному повышению пластичности с сохранением высокой прочности при комнатной температуре.

5. Впервые предложены принципы повышения усталостных свойств в УМЗ титановых материалах, основанные на достижении не только высокой прочности, но и повышенной пластичности. Данные принципы были реализованы в технологических процессах изготовления прутков-полуфабрикатов и промышленных изделий с УМЗ структурой из титана и сплава Ti-6Al-4V (на примере стоматологического имплантата и лопатки ГТД), в которых достигнуто значительное повышение предела выносливости при комнатной температуре.

Практическая значимость и реализация ее результатов. В результате проведенных исследований были разработаны технологические режимы получения титановых прутков-полуфабрикатов с УМЗ структурой, обеспечивающие достижение повышенных прочностных и усталостных свойств в Ti Grade 2, Grade (патенты РФ №2285737, 2383654) и сплавах Ti-6Al-4V (ВТ6) и Ti-6Al-4V ELI (патенты РФ №2285738, 2285740,). В прутках из титановых материалов с УМЗ структурой получены усталостные свойства, которые превышают достигнутый к настоящему времени предел выносливости -1 почти в 1,5 раза (для титана Grade до 640 МПа и сплава Ti-6Al-4V до 740 МПа на базе 107 циклов). Разработанные режимы были использованы при создании опытно-промышленного технологического процесса производства УМЗ титановых прутков в ООО «Наномет» (г. Уфа).

Результаты исследований влияния структуры на эксплуатационные свойства УМЗ титана (сопротивление усталости на образцах с надрезом, малоцикловой усталости, коррозионной стойкости) явились основой для разработки технологических процессов изготовления крепежа медицинского назначения. В частности, продемонстрирована возможность практического применения длинномерных прутков из титана с УМЗ структурой для изготовления опытных дентальных имплантатов с повышенным комплексом механических и биосовместимых свойств. Стоматологические имплантаты улучшенной конструкции, изготовленные из УМЗ титана, аттестованы в ООО «Витадент» (г.

Уфа), а также в фирме «Timplant» (Чешская республика). К настоящему времени они имплантированы более чем 1000 пациентам для опытных клинических наблюдений и получения медицинских сертификатов для их широкого применения.

Разработаны технологические рекомендации для получения изделий сложной формы из УМЗ титанового сплава ВТ6 методом изотермической штамповки при пониженных температурах с целью повышения усталостных свойств изделий (патент РФ №2382686). Данный способ реализован на Уфимском моторостроительном производственном объединении (УМПО) для изготовления опытных лопаток компрессора низкого давления ГТД. Усталостные испытания опытных лопаток на вибростенде ВЭДС-400А показали увеличение предела выносливости на 30 %.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе и вошли в учебные программы дисциплин для подготовки инженеров по специальности «Наноматериалы» на кафедре нанотехнологий ГОУ ВПО «УГАТУ».

Основные положения и научные результаты, выносимые на защиту.

Систематические исследования влияния условий обработки в процессе РКУП, термических и деформационных воздействий позволили установить основные закономерности формирования УМЗ структуры в прутках-полуфабрикатах из титана и сплавов системы Ti-6Al-4V. Выявлены критические структурные параметры (размеры и форма зерен, структура границ), ведущие к достижению высокой прочности и пластичности, повышенной усталостной долговечности в Ti материалах.

Результаты выполненных исследований позволили сформулировать ряд положений, которые являются новыми и выносятся на защиту:

1.Комбинирование равноканального углового прессования с деформационными (прокатка, экструзия, волочение) и термическими обработками позволяет эффективно проводить формообразование прутковых полуфабрикатов из малолегированных сплавов с УМЗ структурой, а также, дополнительно измельчать микроструктуру, изменять форму зерен и состояние их границ.

2.Высокий уровень прочности и пластичности, достигнутый в пруткахполуфабрикатах из технически чистого титана (в=1340 МПа, =12% для Ti Grade 4) и сплавах Ti-6Al-4V (в =1500 МПа и =10% - для сплава ВТ6) после комбинированной обработки обусловлен не только формированием однородной УМЗ структуры с размером зерен 120…300 нм, но и образованием преимущественно большеугловых границ зерен -фазы (более 60%).

3.Повышение усталостной прочности в условиях изгиба с вращением в Ti Grade 4 – до 640 МПа и сплаве Ti-6Al-4V – до 740 МПа на базе 107 циклов связано как с высокой прочностью, так и значительной пластичностью УМЗ титановых материалов. При этом распространение трещин происходит по границам зерен/субзерен, способствуя, в силу увеличения пути разрушения, повышению работы пластической деформации и, как следствие, вязкости разрушения.

4.УМЗ титановые сплавы в полученных прутковых полуфабрикатах демонстрируют типичные признаки сверхпластического течения - значительную пластичность, повышенную скоростную чувствительность напряжения течения, отсутствие упрочнения в условиях деформации осадкой или растяжения при относительно низких температурах (Т=450оС для Ti Grade 4 и Т=650оС для сплава ВТ6). При этом в микроструктуре происходит трансформация субзеренных границ в зеренные с увеличением общей доли большеугловых разориентировок.

5. Разработанные структурные принципы повышения механических свойств использованы в технологических режимах изготовления прутков и изделий из ультрамелкозернистых титановых материалов (Ti Grade 2, Grade 4, Ti-6Al-4V ELI, ВТ6).

Степень обоснованности полученных результатов обеспечивается использованием современных и апробированных методов исследования структуры, включая различные методики просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, стандартных методов механических и усталостных испытаний, их статистической обработкой, воспроизводимостью результатов экспериментов и сравнением с имеющимися литературными данными.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием взаимодополняющих, комплексных методов исследований, а также публикацией в реферируемых журналах и обсуждением на всероссийских и международных конференциях.

Личный вклад соискателя состоит в научной постановке задач исследования, получении, обсуждении и интерпретации экспериментальных результатов, подготовке и написании статей. Диссертант осуществлял научное руководство группой аспирантов и сотрудников. Были защищены 3 кандидатских диссертации, направленные на повышение свойств в титане и титановых сплавах путем формирования объемной УМЗ структуры с использованием ИПД. Реализация научных разработок проводилась в тесном сотрудничестве автора с ОАО ИНТЦ «Искра» (г. Уфа), ООО «Наномет» (г. Уфа), с ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение», а также со специалистами стоматологических компаний «Timplant» (Чешская республика), ООО «Витадент» (г. Уфа).

Тематика диссертации явилась частью комплексных исследований с непосредственным участием автора как руководителя тематических разделов в проектах международного научно-технического центра (МНТЦ) #2398 «Получение наноструктурных сплавов Ti-6Al-4V и TiNi с эффектом памяти формы для медицинского применения» (2002-2005гг); #3208р «Развитие новых методов интенсивной пластической деформации для практического использования объемных наноструктурных материалов» (2005-2007гг); государственных контрактов № 02.438.11.7052 на выполнение научно-исследовательских работ «Современные технологии получения и обработки объемных наноструктурных материалов» (2006г.), № 02.527.11.9019 «Разработка методов получения объемных металлических наноструктурных материалов для инновационного применения» (2007-2008гг.) в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники», а также в проектах Российского фонда фундаментальных исследований.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на VIII, IX и X международных конференциях «Высокие давления. Фундаментальные и прикладные аспекты» (Украина, г. Донецк, 2004г.; г.

Судак, 2006 и 2008г., соответственно); на VIII международной конференции ESAFORM (г. Клуж-Напока, Румыния, 2005г.); на Х международном семинаре «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов-2005» «Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов» (г.

Екатеринбург, 2005г.); на III международной конференции «Наноматериалы, полученные интенсивной пластической деформацией» (Япония, г. Фукуока, 2005г.);

на III и IV конференциях в рамках международного симпозиума TMS «Ультрамелкозернистые материалы» (США, г. Шарлотта, 2004г. и г. Сан Антонио, 2006г.); на международном симпозиуме BNM2007 «Объемные наноструктурные материалы - от науки к инновациям» (г. Уфа, 2007 г.); III и IV-й Евразийских Научно-Практических конференциях «Прочность Неоднородных Структур» (ПРОСТ) г. Москва, 2006 и 2008 г.; на IV международной конференции по наноматериалам NanoSPD4 (Германия, г.Гослар, 2008 г.); на Третьей всероссийской конференции по наноматериалам НАНО-2009 (г. Екатеринбург, 2009г.), на международном симпозиуме BNM2009 «Объемные наноструктурные материалы - от науки к инновациям» (г. Уфа, 2009г.).

Публикации. Основные научные и практические результаты работы опубликованы в 49 статьях, в том числе 25 в журналах, рекомендованных ВАК, 5 патентах РФ на изобретение, а также 19 статьях в других журналах российской и международной центральной печати, в коллективной монографии «Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура, свойства»-М.:ИКЦ «Академкнига», 2007-398с.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы, который включает 176 наименований. Работа изложена на 297 страницах, содержит 7 приложений, 177 рисунков и 42 таблицы.

Автор признателен сотрудникам Института физики перспективных материалов Уфимского авиационного технического университета, где была выполнена большая часть данной работы, а также сотрудникам кафедры сопротивления материалов УГАТУ (Уфа), ОАО ИНТЦ «Искра» (Уфа), ВНИИЭФ (Саров), УГТУ-УПИ и ИФМ РАН (Екатеринбург), Университета Нюрнберга-Ерлангена (Германия), ОАО «УМПО» (Уфа), фирмы «Timplant» (Чешская республика), ООО «Витадент» (Уфа) и других организаций за сотрудничество в проведении исследований и практической реализации результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена научная новизна полученных результатов и практическая ценность работы; сформулированы основные положения, выносимые на защиту;

приведены сведения об апробации работы и публикациях, структуре и объему диссертации.

В начале каждой главы приводится краткий обзор основных литературных данных по соответствующей теме со ссылками на монографии, статьи отечественных и зарубежных ученых.

Глава 1. Влияние режимов комбинированной ИПД-обработки на структурообразование и механические свойства технически чистого титана.

Данная глава посвящена разработке научных подходов к формированию УМЗ структуры и достижению высокой прочности и пластичности в прутках из технически чистого титана Grade 2 и Grade 4.

Исследования последних двух десятилетий показали эффективность формирования УМЗ структуры в различных заготовках методом РКУП и его модификаций (РКУП-конформ, РКУП в параллельных каналах). При этом использование РКУП в комбинации с традиционными методами термомеханической обработки (волочение, протяжка, прокатка и др.) является способом получения полуфабрикатов и изделий требуемых габаритов. Формирование при ИПД УМЗ структуры c неравновесными большеугловыми границами в металлах и сплавах приводит к качественным изменениям процессов структурообразования при последующем деформировании. В частности, в этом случае, становится возможным реализация специфических механизмов, (например, зернограничное проскальзывание), что способствует повышению деформационной способности материала и дополнительному измельчению УМЗ структуры. Таким образом, комбинирование ИПД и последующей пластической деформации может быть еще одним способом управления структурой материала и, соответственно, механическими свойствами. Например, сочетание РКУП и холодной прокатки в работах Ю.Р. Колобова, В.В. Столярова и других позволило увеличить прочность титана ВТ1-0 практически в 3 раза по сравнению с состоянием после обычной теплой прокатки. Однако пониженный запас пластичности титана после данной обработки (равномерное удлинение при растяжении менее 1.5%) значительно ограничивает его конструкционное применение.

Из условия стабильности пластической деформации следует, что улучшение пластичности возможно за счет повышения скоростной чувствительности к напряжению и/или за счет увеличения способности к деформационному упрочнению. Повышение скорости деформационного упрочнения способствует сдерживанию ранней локализации деформации и приводит к увеличению равномерного удлинения при растяжении образцов. С другой стороны, формирование УМЗ структур с преимущественно большеугловой разориентацией зерен благоприятствует развитию зернограничного проскальзывания в процессе деформации, и также увеличивает пластичность материала. Таким образом, основное внимание при определении режимов РКУП и последующих термомеханических обработок было уделено таким параметрам структуры, как размер и форма зерна, дислокационная субструктура, состояние границ зерен, влияющих на механическое поведение сплавов. Микроструктурные исследования проводились с помощью оптической, просвечивающей (ПЭМ) и растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеноструктурного анализа (РСА).

РКУП Известно, что РКУП предполагает многостадийную обработку прессованием одной заготовки в оснастке с пересекающимися под углом каналами (рисунок 1).

При этом необходимыми условиями для формирования УМЗ структуры в заготовке является реализация сдвига в месте пересечения каналов при пониженных температурах (ниже температуры рекристаллизации), обеспечивающая достижение степени накопленной деформации е4-6. Кроме того, важным является влияние таких факторов, как геометрия оснастки и используемый маршрут прессования (определенная последовательность позиционирования заготовки, связанная с поворотом заготовки на фиксированный угол относительно ее оси перед каждым последующим циклом прессования). Проведенные ранее исследования показали, что измельчение микроструктуры в технически чистом титане ВТ1-0 при РКУП происходит в диапазоне температур 350-450С, при этом наиболее эффективным с точки зрения формирования однородной и равноосной УМЗ структуры является маршрут Вс, когда заготовку поворачивают на 90 вокруг своей оси после каждого прохода. Наибольшую деформацию обеспечивает угол между каналами =90о, при котором накопленная деформация за 1 проход составляет е1.

В настоящей работе данные параметры прессования были использованы для обработки Ti Grade 2 и Grade 4. Оба материала до обработки характеризовались крупнозернистой равноосной Рисунок 1. Принципиальная структурой со средним размером зерна 20 мкм для схема РКУП с углом Grade 4 и 30 мкм - для Grade 2. Учитывая пересечения каналов =90 различное содержание примесей и, как следствие, разные температуры рекристаллизации и деформационную способность, РКУП титана Grade 2 проводили при 400С, а Ti Grade 4- при 450С. В структуре Ti Grade в состоянии поставки наблюдали крупные карбооксидные включения размером 1-мкм, которые являются нежелательными концентраторами напряжений в ходе интенсивной пластической деформации. С целью повышения технологической пластичности за счет частичного растворения включений заготовки подвергались стандартному отжигу (680°C, 2 часа). Для исследования эффективности измельчения исходной структуры число проходов РКУП варьировали от 1 до 8.

а б в Рисунок 2. Микроструктура титана Grade 4 в состоянии поставки после отжига при 680оС, 2 часа (а); микроструктура после 4 (б) и 8 (в) проходов РКУП.

Продольное сечение. (а) - оптическая микроскопия; (б, в) -ПЭМ.

Металлографические и электронно-микроскопические исследования показали, что фрагментация структуры в титане Grade 2 и Grade 4 происходит уже на первых стадиях РКУП (e=1-2) преимущественно двойникованием. С увеличением степени деформации до е = 4 и 8, дальнейшее измельчение микроструктуры обусловлено пересечением и дроблением двойников, образованием дислокационных субзерен и постепенным увеличением их разориентации (рисунок 2 б, в). Было обнаружено, что формирование однородной УМЗ структуры в Ti Grade происходит при достижении степени деформации е=8. В микроструктуре заготовок средний размер зерен/субзерен составлял около 400 нм. В УМЗ структуре присутствовали как малоугловые, так и большеугловые границы (БУГ), при этом плотность дислокаций, замеренная с помощью рентгеноструктурного анализа, составляла около 31014 м-Прочность титана Grade 2 и Grade 4, подвергнутых РКУП, с увеличением степени деформации значительно повышается. Наиболее существенное Рисунок 3. Кривые «напряжениеупрочнение наблюдается уже после деформация» технически чистого проходов РКУП, что обусловлено титана Grade 4 в состоянии поставки уменьшением размеров зерен с 25 до ~0,(1), после 4 (2) и 8 проходов (3) мкм и формированием дислокационной РКУП.

субструктуры. При увеличении степени деформации с е~4 до 8 наряду с дополнительным упрочнением наблюдался прирост пластичности, связанный, очевидно, с увеличением доли БУГ (рисунок 3). В результате обработки в заготовках были получены повышенная прочность (630 МПа для Ti Grade 2 и 920 МПа - для Ti Grade 4) с сохранением значительной пластичности (~24%), необходимой для дальнейших деформационных обработок с целью формообразования прутка.

Для получения прутков из РКУП-заготовок вначале была проведена промежуточная операция протяжки в фигурных бойках (i20%) при температуре не выше 400С для предотвращения рекристаллизации структуры. После ковки РКУПзаготовок с увеличением степени деформации до 60% наблюдали некоторое удлинение зерен вдоль направления деформации, уменьшение их поперечного сечения до 200…250 нм; а также образование новых зерен и/или субзерен. Данное структурное состояние было исходным для последующего проведения волочения и прокатки.

Комбинация РКУП с холодной деформацией волочением и отжигами.

Последующая операция волочения (В) была проведена при комнатной температуре. Между проходами (степень деформации за один проход составляла в среднем i=5%) проводили отжиги при температуре 300°С в течение 30 минут, способствующие частичному возврату структуры. Далее данное состояние обозначено в работе, как РКУП+В.

Увеличение степени деформации при волочении примерно до 80% привело к изменениям микроструктуры, связанным с удлинением зерен вдоль направления деформации, их утонением в среднем до 150 нм, образованием поперечных субзеренных границ внутри удлиненных зерен (рисунок 4 б, в) Данный тип УМЗ структуры подобен УМЗ структуре в ВТ1-0, наблюдаемой ранее после РКУП и холодной прокатки.

а б в Рисунок 4. Микроструктура прутков из УМЗ Ti Grade 4 после РКУП+В: (а) в поперечном сечении прутка; (б, в) соответственно, светлопольное и темнопольное изображение микроструктуры в продольном сечении прутка. ПЭМ.

Как известно, микроструктура прутка из обычного титана, полученная в результате холодной прокатки или волочения, состоит из дислокационных ячеек, вытянутых в виде пакетов «волокон», направленных параллельно ее оси. То есть в результате такого типа деформации в крупных зернах титана за счет дислокационного скольжения происходит образование малоугловых субзеренных границ. В данном случае после дополнительного волочения заготовок из УМЗ титана, полученных РКУП, в микроструктуре наблюдали как субзеренные малоугловые, так и большеугловые границы зерен, доля которых достигала 58%, о чем свидетельствовали спектры разориентировок на EBSD-картинах.

Прочность прутков после РКУП+В имеет очень высокие значения (в Ti Grade 4 – до 1240 МПа), которые традиционной прокаткой или волочением достичь не удается. Вместе с тем было обнаружено снижение равномерного (до 1,5%) и относительного (до 10%) удлинения по сравнению с исходным состоянием поставки.

С целью повышения пластичности УМЗ титана использовали отжиг в интервале от 250 до 500оС в течение 1 часа. Установлено, что УМЗ структура термически стабильна до 400оС, о чем свидетельствовали сохранение ультрамелкого размера зерна и, соответственно, уровня прочности. Исследования структуры образцов после отжига при температуре 350С показали, что средний размер зерен не превышал 1нм. При этом на ПЭМ-изображениях границы зерен стали более тонкими и четкими (рисунок 5б). Судя по спектрам разориентировок на EBSD - картинах структуры УМЗ титана после отжига, доля БУГ составляла около 70%. В результате отжига плотность дислокаций уменьшилась в 3 раза (с 17 до 5 1014 м-2).

(в) (а) (б) (г) Деформация, % Рисунок 5. Кривые растяжения образцов из Ti Grade 4 в крупнозернистом состоянии (1), в УМЗ состоянии до отжига (2) и после отжига при температуре 3С, 6 часов (3)- (а); микроструктура в поперечном сечении прутка после отжига при температуре 350С в течение 6 часов. ПЭМ – (б); картина плотности атомов Ti (основной фон) вместе с 3d- распределением атомов углерода (темные точки) (в);

профили концентраций атомов примесей (г) поперек границы зерна в области, выделенной на рисунке (в). Значения представлены со стандартными отклонениями.

Механические испытания на растяжение выявили необычное повышение одновременно пластичности и прочности после отжига при температуре 350С в течение 1 часа. Данный эффект наблюдали также и с увеличением длительности отжига, например, до 6 часов (рисунок 5а). Повышенная пластичность УМЗ титана после отжига характеризовалась также увеличением равномерного удлинения (до и после отжига 1,5 и 5 %, соответственно). Очевидно, снижение при отжиге плотности дислокаций и увеличение объемной доли БУГ создают условия для эффективного накопления дислокаций в процессе деформации материала и повышают способность к деформационному упрочнению, о чем косвенно свидетельствует увеличение равномерного удлинения образцов. Дополнительное повышение прочности УМЗ титана после отжига можно объяснить выделением сегрегаций примесей на границах, которые затрудняют зарождение дислокаций, тем самым, увеличивают предел текучести материала. Наличие сегрегаций кислорода и углерода в приграничных областях зерен было обнаружено по результатам 3d-томографии2(см.

рисунок 5в, г).

Комбинация РКУП с деформационными обработками при повышенных температурах.

Теплая прокатка Известно, что теплая деформация способствует формированию УМЗ структуры с более равновесными большеугловыми границами и малой плотностью дислокаций внутри них.

В данной работе была использована прокатка (ТП) в интервале температур 300…350С без промежуточных отжигов до 87%. Средняя степень деформации за проход составляла около 10 %, что обеспечивало проработку структуры в прутке.

Далее данное состояние обозначено как РКУП+ТП.

На ПЭМ-изображениях микроструктуры после ТП наблюдали отчетливое изображение границ зерен, рефлексы были равномерно расположены по концентрическим окружностям на дифракционных картинах, что указывало на формирование зерен с преимущественно большеугловыми границами (рисунок 6а).

Вместе с тем были выявлены существенные различия в микроструктуре при изменении температуры деформации. Было установлено, что повышение температуры до 350оС при прокатке способствует формированию более тонких равновесных границ зерен с пониженной плотностью решеточных дислокаций. При этом размер зерен и субзерен, замеренный в микроструктуре поперечного сечения прутка, достигал меньших размеров (в среднем 120 нм) по сравнению с микроструктурой после волочения (в среднем 150 нм). При этом, судя по спектрам разориентировок, полученным методом EBSD, после ТП доля БУГ составляла 72 % (рисунок 6в). Анализ формы зерен в микроструктуре продольного сечения прутка показал, что теплая прокатка способствует увеличению числа зерен с коэффициентом вытянутости кв 2 до 60% по сравнению с 10% после волочения, т.е.

форма зерен стала значительно более равноосной.

По результатам механических испытаний было установлено, что РКУП в комбинации с теплой прокаткой также как и с волочением ведет к высоким механическим свойствам (в Ti Grade 4 в=1310 МПа, =11%). Вместе с тем было показано, что теплая деформация способствует снижению плотности дислокаций, увеличению доли равноосных зерен и большеугловых границ, что снижает степень анизотропии структуры в прутке.

Измерения процессов текстурообразования в УМЗ прутках были выполнены с использованием дифрактометра ДРОН-3М, оснащенного автоматическим текстурным гониометром. При съемке полюсных фигур использовалось фильтрованное рентгеновское излучение Cu K1 (0,1540598 нм). Установлено, что кристаллографические текстуры, сформировавшиеся в Ti прутках, полученных Исследования проводились в Университете г.Руана (Франция).

РКУП в сочетании с волочением и прокаткой, были подобны. Судя по полюсным фигурам (100), (0002) и (101), в ходе реализации указанных схем деформации наибольшую полюсную плотность имели текстурные компоненты, соответствующие призматическим системам {100}<011>. По-видимому, по базисным и пирамидальным системам активность дислокационного скольжения затруднена, о чем свидетельствовали заметно более низкая плотность их текстурных максимумов.

Таким образом, комбинированная обработка технически чистого титана, включающая РКУП в сочетании с волочением или теплой прокаткой, открывает возможности достижения при комнатной температуре уникальных механических характеристик, превышающих ранее достигнутый уровень.

Изотермическая осадка.

Большой интерес представляют собой исследования механического поведения УМЗ титана при повышенных температурах. К настоящему времени уже доказано, что наноструктурные материалы демонстрируют признаки сверхпластического поведения при более низких температурах и более высоких скоростях деформации, что является привлекательным с технологической точки зрения, например, при изготовлении изделий сложной формы.

На основе экспериментальных исследований механического поведения УМЗ Ti Grade 4 при повышенных температурах были выявлены особенности эволюции структуры в зависимости от температурно-скоростных условий последующей деформации осадкой перпендикулярно плоскости поперечного сечения прутка.

Теплая прокатка Осадка б) а) 108642Angle (deg) У го л р азор и ен т а ц и и и г) в) Рисунок 6. Микроструктура образцов из УМЗ Ti Grade 4 в продольном сечении после РКУП+ТП (а, в); после дополнительной осадки на =40% при Т=450оС и скорости деформации =10-3 с-1 (б, г). ПЭМ. Распределение границ зерен по углам разориентировки (в, г). РЭМ.

Number of Misorientations Число границ 3.9.14.20.26.32.37.43.49.55.60.66.72.78.83.89. Экспериментальные исследования механического поведения при растяжении УМЗ титана Grade 4, полученного РКУП и волочением, показали, что уже при температуре 450оС и скорости деформации 10-4 с-1 было достигнуто высокое значение относительного удлинения (до 200%) и повышенное значение коэффициента скоростной чувствительности (m=0,24).

Осадка образцов в плоскости, перпендикулярной оси прутка, в данных температурно-скоростных условиях со степенью деформации =40 % привела к существенным изменениям УМЗ структуры в результате трансформации субзеренных границ в зеренные и образованием новых рекристаллизованных зерен. Сформированная в образцах УМЗ а структура характеризовалась преимущественно равноосными зернами с размером 100…150 нм и увеличением объемной доли БУГ до 80% (рисунок 6б, г). По-видимому, в данных условиях деформации имеют место типичные для сверхпластического течения процессы, в частности, зернограничное проскальзывание и вращение зерен. На развитие проскальзывания б указывает повышенная скоростная Рисунок 7. Вид обратных чувствительность к напряжению течения, полюсных фигур, полученных наблюдаемая при деформации УМЗ титана.

методом EBSD, образцов УМЗ Текстурный анализ показал, что титана после РКУП+ТП (а) и сформированная в прутке после волочения после деформации осадкой до аксиальная текстура претерпевает значительные =40% при Т=450оС и скорости изменения с увеличением степени деформации деформации =10-3 с-1 (б).

при осадке до 40 %, которые заключались в смещении центральных текстурных пиков и их значительным рассеянием по всей площади полюсной фигуры (рисунок 7б). Данные структурные изменения в УМЗ титане в процессе теплой осадки привели к повышению прочностных и пластических характеристик материала при комнатной температуре (рисунок 8).

Таким образом, полученные результаты продемонстрировали возможность получения в технически чистом титане УМЗ структур, различающихся размером зерен/субзерен, формой (равноосной, фрагментированной удлиненной), объемной долей БУГ и плотностью дислокаций. Выявлены основные структурные параметры (размер зерен 0.1…0.2 мкм с коэффициентом вытянутости кв не более 2, долей БУГ не менее 70%), а также условия и режимы комбинированной обработки (температура, степень и скорость деформации), ведущие к достижению высокой прочности и повышенной пластичности, в том числе, равномерного удлинения, в УМЗ титане.

Полученные результаты были использованы при разработке комбинированной ИПД-технологии изготовления УМЗ прутков-полуфабрикатов из технически чистого титана длиной до 3 м и диаметром от 7 до 5 мм с повышенным комплексом механических свойств, которая в настоящее время освоена в ООО «Наномет» (г.

Уфа) для медицинских применений (см.

главу 5).

Глава 2. Особенности формирования ультрамелкозернистой структуры в сплавах Ti-6Al-4V комбинированными методами ИПД.

Данная глава посвящена исследованию влияния условий деформации при РКУП в сочетании с термомеханическими обработками на Деформация, % характер измельчения структуры в Рисунок 8. Кривые растяжения двухфазных сплавах на примере сплавов Tiобразцов из УМЗ Ti Grade 4: 1- 6Al-4V (ВТ6) и Ti-6AL-4V ELI для после РКУП+В; 2-после технических и медицинских применений, дополнительной осадки на =40% соответственно. При этом для достижения при Т=450оС и скорости сочетания высокой прочности и деформации =10-3 с-1.

пластичности были использованы те же основные подходы и принципы, что и для технически чистого титана.

РКУП Известно, что формирование УМЗ структуры в титановых сплавах с использованием РКУП затруднено вследствие их пониженной деформируемости, что ограничивает возможности реализации РКУП при низких температурах. При этом значительное влияние на механизмы измельчения структуры оказывает исходная структура заготовки, в частности, морфология структурных составляющих.

В этой связи такие технологические параметры, как температура обработки, угол пересечения каналов () в РКУП- оснастке, степень деформации, требуют оптимизации.

Для повышения деформируемости сплава и получения цельных заготовок при многократном деформировании методом РКУП были использованы оснастки с увеличенным углом пересечения каналов =120° (еi=0.7) и 135° (еi=0.5) по сравнению с =90° (еi=1), что позволило снизить интенсивность деформации за один проход. На основе экспериментальных исследований были выбраны температуры деформации в интервале 600…700°С, обеспечивающие удовлетворительную технологическую пластичность.

При анализе влияния угла пересечения каналов () в оснастке РКУП на характер измельчения структуры в заготовках на примере сплава ВТ6 было выявлено, что формирование наиболее однородной равноосной структуры обеспечивается оснасткой с =120° в отличие от развитой субструктуры, формирующейся в заготовке на оснастке с =135°, что, возможно, обусловлено разным напряженно-деформированным ее состоянием.

Было установлено влияние морфологии первичной -фазы на механизмы измельчения структуры при РКУП. В случае глобулярной структуры (в сплаве ВТразмер зерен -фазы 3…5 мкм) при малых степенях деформации (е=0.7) их фрагментация происходит преимущественно двойникованием, при этом длина двойников может совпадать с размером зерна -фазы (рисунок 9б).

а б в Рисунок 9. Влияние степени деформации (числа проходов) в процессе РКУП на механические свойства заготовок из сплава ВТ6 (а); микроструктура сплава ВТпосле 1 прохода РКУП (б) и после 12 проходов РКУП (в). Т=700оС, = 135о. ПЭМ.

С ростом степени деформации на последующих проходах РКУП (е2) измельчение структуры обусловлено не только двойникованием, но и формированием ячеистых субструктур в результате развития процессов скольжения дислокаций. При больших степенях накопленной деформации (е6) границы бывших двойников и субзерен трансформируются в большеугловые (рисунок 9в).

В исходном горячекатаном состоянии сплава ВТ6 -фаза (по данным РСА ее объемная доля не превышает 15%) расположена в виде прослоек, которые образуют связный каркас в структуре. В результате РКУП прослойки -фазы локализуются в обособленных объемах, при этом объемная доля уменьшается до 10% в результате ее распада. Об этом свидетельствует также изменение параметров кристаллической решетки - фазы с увеличением степени деформации от 1 до 8 проходов РКУП, что, по-видимому, обусловлено диффузионным перераспределением алюминия и ванадия в - и - фазах. Размер зерен/субзерен - фазы в структуре после РКУП составлял от 300 до 600 нм; на отдельных участках между субграницами наблюдали высокую плотность решеточных дислокаций, которая достигала 1014 м-2.

На примере сплава Ti-6Al-4V ELI, имеющего в исходном горячекатаном состоянии смешанную глобулярно-пластинчатую структуру (размер первичных глобулей 10-15 мкм, толщина пластин отпущенного мартенсита около 2 мкм), было показано, что наиболее эффективное измельчение структуры наблюдали в областях с - фазой тонкопластинчатой морфологии, о чем свидетельствовали участки УМЗ структуры с размером зерен -фазы от 50 до 300 нм и кольцевые электронограммы (рисунок 10б). При этом в более крупных зернах наблюдали дислокационные субграницы. Судя по темнопольным изображениям, в микроструктуре присутствуют как большеугловые, так и малоугловые границы. Для получения исходной структуры с преимущественно тонкопластинчатой морфологией -фазы (не менее 70% в объеме заготовки) была предложена термообработка: закалка в воду после нагрева на 10…30°С ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) с последующим старением при температуре 675°С в течение 4 часов.

А Б А Б а) б) в) Рисунок 10. Микроструктура сплава Ti-6Al-4V ELI в состоянии поставки, где А- области с пластинчатой -фазой, Б - области первичной глобулярной -фазой (а);

после 4 проходов РКУП при Т=600оС, = 120о (в области А и Б - б и в, соответственно); а- оптическая микроскопия; б, в – ПЭМ.

Механические испытания сплавов Ti-6Al-4V (ВТ6) и Ti-6Al-4V ELI на растяжение при комнатной температуре показали заметное их упрочнение после РКУП. При этом наибольшее повышение прочности наблюдали в заготовках после РКУП при Т=600С, =120, е~4. Образцы с предварительной термообработкой (ТО) имели более высокие значения прочности по сравнению образцами после РКУП без ТО (1200 и 1100 МПа, соответственно), вероятно, за счет более высокой объемной доли УМЗ структуры, сформировавшейся в областях с тонкопластинчатой - фазой.

Комбинация РКУП с экструзией и отжигами.

Заготовки из сплава Ti-6Al-4V ELI диаметром 40 мм и длиной 150 мм были подвергнуты РКУП по режиму (=120, 600С, 4 прохода). Исходные заготовки из сплава Ti-6Al-4V ELI имели крупноглобулярную структуру (размер первичных глобулей - фазы достигал 20 мкм), поэтому они были подвергнуты термообработке с целью формирования тонкопластинчатой -фазы в объеме заготовки не менее 70%.

Т п.п.- 20оС Т п.п. превращения 675оС, 4 часа РКУП, 600…700оС, е=3…Экструзия, 300 -20оС, =4.2.

п+’ п+(+) УМЗ (+) Рисунок 11. Принципиальная схема получения прутков с УМЗ структурой из двухфазного титанового сплава ВТ6.

Последующую после РКУП экструзию проводили по 2-м вариантам: а) при комнатной температуре и б) при температуре 300оС. В обоих вариантах обработки были использованы промежуточные отжиги при 300оС в течение 1 часа с целью обеспечения технологической пластичности при повторной деформации, которая позволила достичь вытяжки заготовки до 70% (рисунок 11).

Было установлено, что после РКУП увеличение степени деформации в ходе экструзии при комнатной температуре до 68% в сплаве Ti-6Al-4V ELI привело к дополнительному измельчению микроструктуры и повышению плотности дислокаций. Ввиду сильной искаженности структуры, определение размеров структурных элементов на светлопольных изображениях было затруднено. При этом на дифракционных картинах сильное азимутальное размытие рефлексов, а также их группировка вдоль отдельных кристаллографических направлений свидетельствовали о формировании развитой дислокационной субструктуры с преимущественно малоугловыми границами.

После экструзии при температуре 300С в микроструктуре продольного сечения заготовки наблюдали вытягивание субзерен -фазы вдоль направления деформации. При этом фрагментация -фазы была неравномерна: были видны мелкие субзерна размером в среднем 2нм и отдельные крупные зерна/субзерна размером 500 нм с внутренней дислокационной субструктурой.

Равномерно расположенные по кольцам рефлексы на дифракционных картинах, снятых с этих участков, свидетельствовали о появлении большеугловых границ.

По результатам РСА экструзия оказывает существенное влияние на параметры кристаллической решетки - и -фаз и значительно уменьшает размеры областей когерентного рассеяния (ОКР) в – фазе (до 90 нм после холодной и 150 нм - после теплой экструзии), что, очевидно, связано с образованием субструктуры.

При этом активно продолжается +ост превращение, инициированное деформацией. На уменьшение объемной доли -фазы в структуре указывает отсутствие пика на рентгеновских дифрактограммах образцов после экструзии (рисунок 12в).

Рисунок 12. Дифрактограммы сплава ВТ6 в состоянии поставки (а); после проходов РКУП при 700оС (б); после РКУП и экструзии при 300оС (в).

Механические испытания показали, что экструзия приводит к дополнительному упрочнению и некоторому снижению пластичности, особенно равномерного удлинения. В частности, для сплава Ti-6Al-4V ELI прочность достигала 1370 МПа, для сплава ВТ6 – 1500 МПа при относительном удлинении не менее 10 и 8 %, соответственно. Полученные в УМЗ сплавах прочностные характеристики заметно превышают уровень механических свойств после упрочняющей термообработки сплава Ti-6Al4V, когда предел прочности достигает 12МПа при относительном удлинении 9%.

Таким образом, последующая экструзия РКУП-образцов способствует дополнительному измельчению микроструктуры с образованием развитой субструктуры, увеличению плотности дислокаций, которые реализуют в а совокупности зернограничный, субструктурный и дислокационный вклад в упрочнение сплава.

С целью повышения пластичности УМЗ сплава были проведены исследования влияния дополнительных отжигов на структуру и механические свойства медицинского сплава Ti-6Al-4V ELI, подвергнутого РКУП и теплой б экструзии (последний цикл при комнатной температуре). Результаты измерения микротвердости и исследования структуры после нагрева в интервале 500…800С в течение 1 часа показали, что сплав Ti-6Al-4V ELI сохраняет УМЗ состояние вплоть до температуры отжига 600С.

Обнаружено, что отжиг при 500С в течение 1 часа привел к заметным структурным изменениям. В частности, наряду Деформация, % с сохранением ультрамелкого размера зерна в фазы (в среднем до 250 нм), в структуре Рисунок 13. Микроструктура УМЗ наблюдали зерна равноосной формы с более сплава Ti-6Al-4V ELI до (а) и тонкими равновесными границами (рисунок после отжига (б). Продольное 13б). Размеры ОКР по результатам РСА сечение заготовки. ПЭМ; кривые практически не изменились и составляли в «напряжение - деформация» среднем около 95 нм. Возможно, это связано образцов УМЗ сплава (в) до со стабилизацией структуры, т.е. закреплением (кривая 2) и после отжига при 5дислокаций, например, атомами примесей в С (кривая 3).

результате диффузии в твердом растворе в ходе процессов возврата. Структурные изменения в УМЗ сплаве при отжиге способствовали увеличению условного предела текучести с 1240 до 1320 МПа с сохранением относительного удлинения в диапазоне 10…12 %. Формирование преимущественно равноосных ультрамелких зерен - фазы с низкой плотностью решеточных дислокаций и большеугловыми границами привели к повышению пластичности, особенно равномерного удлинения с 2 до 5 % (рисунок 13в).

Теплая прокаткаНа примере сплава ВТ6 было показано влияние РКУП на характер измельчения микроструктуры при последующей теплой прокатке по схеме овал – квадрат при температурах в интервале 450…650С. Прутки прокатывали до появления первых трещин. В результате вытяжка составила 70, 140, 125 и 110% после прокатки при 450, 550, 625 и 650С, соответственно. Для сравнения исходный горячекатаный пруток (с глобулярной структурой) также подвергали прокатке при 450С.

Было установлено, что в структуре сплава в состоянии поставки после прокатки при 450С формоизменение глобулярной -фазы идет преимущественно множественным скольжением без значительного вклада двойникования, что обуславливает незначительное измельчение структуры. Фрагментация зерен -фазы сопровождается, в основном, образованием субзеренных дислокационных границ с малоугловыми разориентировками. -фаза сохраняет преимущественную морфологию в виде прослоек, но в результате деформации их толщина уменьшается. Формирование такого типа микроструктуры привело к повышению прочности до 1300 МПа с относительным удлинением 9%.

Иная картина наблюдается, если перед прокаткой при 450С проводили РКУП.

При прокатке при 450оС аккомодация напряжений в - фазе при деформации оказывается затрудненной, и она реализуется с помощью двойникования и скольжения. При этом наблюдается интенсивное перераспределение дислокаций с образованием характерной ячеистой структуры. -фаза остается локализованной в отдельных объемах, где протекает ее распад с образованием дисперсных частиц вторичной -фазы. В целом, неравномерная проработка структуры при 450оС привела к небольшому выигрышу прочности (в=1385 МПа), понижению пластичности и получению наименьшего значения вытяжки (70%) по сравнению с другими режимами прокатки.

Повышение температуры прокатки до 550С способствовало развитию процессов возврата и полигонизации в деформированной структуре (после РКУП) за счет перераспределения дислокаций и формирования более совершенной субзеренной и зеренной структуры с тонкими границами с преимущественно большеугловыми разориентировками. В результате повышается деформационная способность УМЗ сплава по сравнению с прокаткой при 450оС практически в 2 раза (значения коэффициента вытяжки составляли 70 до 140%, соответственно).

Прочность сплава увеличивается до в=1430 МПа с относительным удлинением около =7%.

Исследование проведено совместно с УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург.

Таким образом, проведенные структурные исследования показали, что особенности распределения - и - фаз, их морфологическое строение во многом определяют характер структурных превращений в ходе РКУП и последующих деформационных обработок (экструзией, прокаткой). Эволюция УМЗ структуры в ходе комбинированной обработки связана с различными процессами, в том числе, дополнительной фрагментацией скольжением и двойникованием, возвратом и полигонизацией, распадом - фазы. В зависимости от исходной структуры, температуры и степени деформации наблюдается развитие и реализация тех или иных процессов.

По результатам проведенных исследований определены маршрут и режимы комбинированной обработки, включающей РКУП, экструзию и отжиги, ведущие к формированию однородной УМЗ структуры, занимающей не менее 80% объема в заготовках диаметром от 12 до 25 мм, габариты которых пригодны для изготовления изделий, например, лопаток ГТД или крепежа в виде болтов, штифтов и др. (см.

главу 5).

Глава 3. Сверхпластическая деформация УМЗ сплава Ti-6Al-4V и ее влияние на микроструктуру и механические свойства сплава при комнатной температуре.

В данной главе представлены результаты исследования особенностей механического поведения УМЗ сплава Ti-6Al-4V ELI при повышенных температурах в условиях проявления сверхпластичности (СП), структурные изменения в ходе деформации и их влияние на механические свойства при комнатной температуре, Известно, что формирование ультрамелкого размера зерна оказывает значительное влияние на сверхпластическое поведение металлов и сплавов и может привести к проявлению СП при относительно низких температурах и/или более высоких скоростях деформации, что следует из уравнения состояния, описывающего механическое поведение металлов при повышенных температурах:

p n D G b b A , (1) k T d G где - скорость деформации; D –коэффициент зернограничной диффузии, Gмодуль сдвига, b – вектор Бюргерса, k –постоянная Больцмана, T – температура испытаний, d –размер зерна, p – показатель степени, указывающий на зависимость от размера зерна (обычно близок к 2), - напряжение течения, n – показатель степени, указывающий на зависимость от напряжения течения и по величине равен 1/m (m -скоростная чувствительность к напряжению течения).

Исследования механического поведения УМЗ сплава Ti-6Al-4V ELI продемонстрировали проявление СП в интервале температур Т= 500…800С и скоростей деформации =10-2…10-4 с-1 (рисунок 14). После механических испытаний на растяжение УМЗ образцы имели высокие удлинения (=240 %) уже при 600С и скорости деформации 10-4 с-1; при более высокой температуре 700С и более высокой скорости деформации 10-2 с-1 удлинение образца из УМЗ сплава превышало удлинение образца из обычного сплава почти в 2,5 раза (286 и 110%, соответственно). Коэффициент скоростной чувствительности к напряжению течения при температуре 600С в интервале скоростей деформации 101 и 103 с1 имел повышенные значения (m =0,26).

а) б) Рисунок 14. Вид образцов из УМЗ сплава Ti-6Al-4V ELI после растяжения в интервале температур 500…800оС и скоростях деформации 10-4 и 10-2 с-1(а и б, соответственно) Признаки СП поведения УМЗ сплава Ti-6Al-4V ELI наблюдали также в условиях деформации осадкой. Анализ зависимости напряжения течения от скорости деформации и температуры показал, что даже при 600С образцы имели область установившейся стадии при относительно низком напряжении течения (200 МПа) и коэффициент скоростной чувствительности m=0.3. Структурные исследования образцов после СП деформации (осадкой) показали заметные изменения в УМЗ структуре. Например, после осадки при 550С и скорости деформации 210-4с-1 в УМЗ структуре образцов на ПЭМ-изображениях наблюдали границы преимущественно зеренного типа без значительного роста зерен -фазы, размер которых составлял около 250 нм (рисунок 15в). При этом присутствие отдельных зерен, свободных от решеточных дислокаций, свидетельствовало о протекании процессов динамической рекристаллизации. Кроме того, очевидно, имели место процессы, типичные для СП течения, в частности, зернограничное проскальзывание, о чем свидетельствует повышенная скоростная чувствительность к напряжению течения при осадке (при Т=600С, =10-5с-1 m=0,35). Повышение температуры деформации до 800С активизирует процессы динамической рекристаллизации и миграции границ зерен, что привело к неоднородному укрупнению зерен -фазы, размер которых достигал 4 мкм. По данным РСА после СП деформации УМЗ сплава увеличивалась объемная доля -фазы с 7 до 11%.

Также как и в УМЗ Ti Grade 4 (см. главу 1), изменение морфологии зерен фазы в результате СП деформации УМЗ образцов оказывает заметное влияние на механические свойства сплава Ti-6Al-4V ELI при комнатной температуре.

Дополнительная деформация осадкой УМЗ сплава при 550С и скорости 10-4 с-привела к значительному изменению его механического поведения. В частности, наряду с некоторым снижением прочности (с 1420 до 1300 МПа) наблюдали значительное увеличение относительного и равномерного удлинения (18 и 8%, по сравнению с 9 и 1,5 % в ИПД состоянии, соответственно) (рисунок 15 а). В данном случае это может быть обусловлено сохранением ультрамелкозернистой структуры после теплой деформации осадкой и трансформацией зеренных и субзеренных границ -фазы в тонкие равновесные с низкой плотностью решеточных дислокаций.

б) а) Деформация,% Рисунок 15. Кривые «напряжениедеформация» (а) УМЗ сплава Ti-6Al-4V ELI до (кривая 1) и после (кривая 2) изотермической осадки в условиях, близких к сверхпластичности (T=550oC;

-=210-4 c ). Микроструктура сплава до в) (б) и после осадки (в). Продольное сечение.ПЭМ.

Таким образом, деформация в условиях проявления СП может быть использована не только для формообразования, но и для обеспечения повышенных механических свойств при комнатной температуре за счет сохранения УМЗ состояния в полуфабрикате и/или изделии. Данный подход был реализован при изготовлении изделий типа лопатки ГТД с использованием изотермической штамповки при пониженных температурах (см. главу 5).

Глава 4. Исследование закономерностей влияния УМЗ структуры на усталостные свойства титана и его сплавов Ti-6Al-4V.

Данная глава посвящена исследованию усталостных свойств образцов титана и сплавов TI-6AL-4V в различных структурных состояниях, полученных с использованием разработанных режимов обработки. Предложены пути повышения усталостных свойств УМЗ титана и сплава TI-6AL-4V, основанные на формировании УМЗ структур, обеспечивающих сочетание не только высокой прочности, но и повышенной пластичности, в частности, величины равномерного удлинения.

Как известно, процесс усталости разделяют на две основные области:

малоцикловую и многоцикловую. Усталостная долговечность при нагружении с постоянной общей амплитудой деформации за цикл зависит от упругой (el/2) и пластической (pl/2) составляющих, которые определяются из параметров петли механического гистерезиса:

Напряжение, МПа pl f el (2N )c (2N )b f f f (2) 2 2 2 E где 2Nf- число циклов до разрушения, – коэффициент усталостной f пластичности, -коэффициент усталостной прочности, b и c- параметры процесса, f характеризующие усталостную пластичность. Из данного соотношения следует, что повышение усталостной долговечности может зависеть не только от прочности материала, но и от его пластичности.

Исследования последних лет свидетельствуют о повышении усталостных свойств металлов и сплавов путем формирования УМЗ структуры методами ИПД. В большинстве случаев это связано, прежде всего, с увеличением статической прочности в результате измельчения структуры. Часто зависимость предела выносливости (R) от размера зерна выражают формулой, аналогичной зависимости Холла-Петча для предела текучести: R = iR + KR d -1/2, где iR и KR - константы для данного материала.

Результаты проведенных ранее исследований усталостных свойств наноструктурных материалов часто имели противоречивый характер, поскольку зависели от метода ИПД-обработки, типа испытательного оборудования, многообразия параметров усталостных испытаний. Во введении к данной главе проведен краткий анализ результатов усталостных испытаний технически чистого титана ВТ1-0 и сплава ВТ6, полученных разными методами ИПД в работах А.Ю.

Виноградова, Ю.Р. Колобова, Г.А. Салищева, В.В. Столярова и др. Было обнаружено, что предел выносливости не всегда увеличивается в той мере, как это можно было ожидать от значительного уменьшения размера зерна. Например, для УМЗ ВТ1-0, полученного РКУП в сочетании с холодной прокаткой, предел прочности увеличился более чем в 3 раза, тогда как предел выносливости не превышал 400 МПа (в крупнозернистом ВТ1-0 -1=280 МПа). Исследователи связывали это с пониженным запасом пластичности, обусловленным низкой способностью к деформационному упрочнению и, как следствие, ранней локализацией деформации. В этой связи, основной стратегией в достижении высоких усталостных свойств в полуфабрикатах и изделиях из УМЗ титана и его сплавов в данной работе явилось получение не только высокой прочности, но и пластичности.

В главе 4 рассмотрены результаты систематических исследований усталостных свойств титана и его сплава Ti-6Al-4V ELI с различными типами УМЗ структуры, и, как следствие, с разным уровнем механических свойств. Усталостные испытания проводили на гладких образцах и образцах с надрезом по ГОСТ 25.50279 при разных схемах нагружения (повторное растяжение, изгиб с вращением) с контролируемым напряжением, частотой 20 и 50 Гц и с различной симметрией цикла (R=0.1 и 1), база испытаний составляла 106 и 107 циклов.

Ti Grade 2 и Ti Grade Результаты усталостных испытаний показали, что достижение высокой прочности в УМЗ титановых прутках позволило увеличить предел выносливости (-1) в условиях изгиба с вращением практически в 1,5 раза. В частности, для Ti Grade 4 - с 350 до 595 МПа (см. рисунок 16 а, кривые 1 и 2), а для Ti Grade 2 – c 2до 490 МПа на базе 107 циклов. Как было показано в главе 2, дополнительный отжиг при 350С в течение 6 часов привел к одновременному повышению прочности (до 1250 МПа) и пластичности, в частности, равномерного удлинения почти в 2 раза, за счет увеличения доли БУГ и выделения сегрегаций примесей на границах, что, в свою очередь, способствовало увеличению -1 до 610 МПа (рисунок 16 а, кривая 3).

По результатам экспериментальных исследований было установлено, что в УМЗ Ti Grade 4 наиболее высокие значения предела выносливости (-1=640 МПа) наблюдались в образцах, имеющих наилучшее сочетание прочности и пластичности, которые были достигнуты формированием однородной УМЗ структуры с наименьшим размером зерна (120 нм) и высокой долей БУГ (до 74%) после обработки РКУП с последующей теплой прокаткой.

На основе анализа рельефа разрушения образцов из УМЗ и КЗ титана были выявлены различия в характере распространения усталостных трещин. Установлено, что рост трещины в КЗ титане был преимущественно транскристаллитный и проходил перпендикулярно направлению действующих напряжений, на что указывало «шевронное» строение рельефа и наличие параллельных усталостных бороздок, что является типичным для усталостного разрушения титана. В отличие от КЗ титана в УМЗ образце доминирующим является распространение трещины по границам зерен и/или субзерен, что значительно увеличивает протяженность трещины. В рельефе УМЗ образцов наблюдали чередование усталостных бороздок с ямочным рельефом, в котором размер ямок соизмерим с размером зерен и субзерен.

Высокая протяженность границ зерен в УМЗ Ti и увеличение общей длины трещины способствовало повышению работы пластической деформации, и, как следствие, вязкости усталостного разрушения.

а) б) Рисунок 16. Влияние отжига УМЗ титана Grade 4 на предел выносливости в условиях изгиба с вращением на гладких образцах (а): в состоянии поставки (кривая 1), после РКУП+КП+В (кривая 2), после отжига при 350 С, 6 часов (кривая 3);

зависимость числа циклов до разрушения от амплитуды напряжений для образцов из УМЗ Ti Grade 4 c различной формой надреза: 1- гладкие образцы; 2 – образцы с надрезом t =4.4; 3- образцы с надрезом t = 3.9 (б); 4 – образцы с надрезом t = 3.3.

В работе были проведены также исследования влияния формы и глубины надреза на предел выносливости УМЗ Ti Grade 4. Усталостные испытания проводили на стандартных образцах с диаметром рабочей части 6 мм и радиусом выточки 0.1, 0.2 и 0.3 мм, имитирующим резьбу. Теоретические коэффициенты концентрации напряжений (t) для каждого вида надреза составил 4.4, 3.9 и 3.3, соответственно. Используя результаты испытаний для гладких образцов и образцов с надрезом (рисунок 16б), была проведена оценка параметров усталостной чувствительности к надрезу q согласно соотношениям:

K / 1 1 ; (3) гладкие снадрезом K q , (4) t где, t и К – теоретический и эффективный коэффициенты концентрации напряжений, соответственно; -1 гладкие и -1 с надрезом - пределы выносливости на базе 107 циклов.

Результаты испытаний показали, что на чувствительность к надрезу УМЗ титана сильное влияние оказывает его геометрия: с увеличением коэффициента (t) от 3.3 до 4.4 повышается чувствительность к надрезу (q) от 0.39 до 0.52. При этом наблюдаемое повышение усталостной чувствительности к надрезу высокопрочного УМЗ титана, обусловленное снижением пластичности, не превышает значения данного параметра для сплава ВТ6 (q=0,53…1,0) в отожженном состоянии, традиционно применяемого для изготовления медицинского крепежа.

Ti-6Al-4V Исследования усталостных свойств медицинского сплава Ti-6Al-4V ELI проводили на образцах с глобулярно-пластинчатой структурой после горячей прокатки и УМЗ состоянии, полученном РКУП в сочетании с экструзией.

Усталостные испытания с симметричным циклом «растяжение-сжатие» были проведены на сервогидравлической машине MTS 880 при комнатной температуре на воздухе. Общая пластическая деформация при испытаниях контролировалась амплитудой пластической деформации в диапазоне pl/2 =510-3до 410-4 и скоростях деформации 10-3 с-1 и 10-4 с-1 (малоцикловый режим). Испытания с постоянным напряжением (многоцикловый режим) проводили в диапазоне напряжений /2 = 500 до 670 MПa с частотой f=2 Гц.

Из рисунка 17а видно, что повышенная прочность УМЗ сплава значительно улучшает усталостную долговечность на классической диаграмме Велера для обоих режимов испытаний, как в малоцикловом так и в многоцикловом, по сравнению с обычным сплавом: предел выносливости сплава увеличился на 70 МПа. При этом усталостная прочность УМЗ сплава в малоцикловой области выше почти на 30%, что является его преимуществом для ряда важных инженерных применений.

Исследования микроструктуры образцов после усталостных испытаний показали, что в исходном образце сформировалась типичная ячеистая дислокационная структура внутри зерен. В то же время УМЗ образцы не показали значительных изменений в микроструктуре. Было обнаружено только незначительное укрупнение зерен. Вместе с тем на кривых циклической деформации наблюдали циклическое разупрочнение для обоих состояний. Очевидно, ультрамелкие зерна были слишком малы для образования в них ячеистой дислокационной структуры. Подобные явления наблюдали ранее в чистых металлах Ti и Cu, где УМЗ структура была стабильной и границы зерен играли значительную роль в аннигиляции дислокаций в течение циклической деформации.

а) б) Рисунок 17. Кривые Велера (циклическое растяжение-сжатие, R=-1, f=2 Гц) для гладких образцов из медицинского сплава Тi-6Al-4V ELI после горячей прокатки и УМЗ состояниях (а); зависимость числа циклов до разрушения от амплитуды напряжений (изгиб с вращением, R=-1, f=50 Гц) для гладких образцов из обычного и УМЗ сплава Ti-6Al-4V (б).

Усталостные испытания образцов из сплава Ti-6Al-4V (ВТ6) проводили по ГОСТ 25.502-79 в условиях изгиба с вращением с контролируемым напряжением, частотой 50 Гц и симметричным циклом нагружения (R=1), база испытаний составляла 107 циклов. Установлено, что высокая прочность и пластичность сплава (1500 МПа и 12 %), полученные в результате обработки РКУП в сочетании с экструзией и отжигом в течение 1 часа при 500С, привели к увеличению предела выносливости с 600 до 740 МПа (рисунок 17б). Анализ особенностей усталостного разрушения в исходном и УМЗ сплаве ВТ6 выявил некоторые отличительные особенности. В изломах образцов из обычного сплава наблюдали типичное для титановых сплавов хрупкое разрушение сколом по отдельным фасеткам, соизмеримым с размером глобулей -фазы (около 10 мкм), на поверхности некоторых из них присутствовали усталостные бороздки, а между ними – вторичные микротрещины. В рельефе УМЗ образцов были видны усталостные бороздки, которые чередовались с ямочным рельефом (размер ямок был менее 1 мкм).

Наблюдали также отдельные микротрещины, расположенные перпендикулярно направлению распространения трещины. В целом, это свидетельствовало о более вязком характере усталостного разрушения УМЗ образцов по сравнению с обычным сплавом.

Для сопоставления данных по усталостным свойствам УМЗ титана Grade 2 и Grade 4, сплавов ВТ6 и Ti-6Al-4V ELI, полученных в этой работе, с обобщенными данными по сопротивлению усталости целого ряда известных титановых сплавов4, на основе регрессионного анализа методом наименьших квадратов была проведена корреляция соотношения предела прочности и предела выносливости. Установлено, что зависимость предела выносливости от предела прочности титана в УМЗ состояниях, также как и для большинства отожженных титановых сплавов, подчиняется линейному закону с соотношением -1/в=0,5 с коэффициентом корреляции 0,90 в отличие от термических упрочненных титановых сплавов, у которых соотношение -1/в, как известно, может колебаться в очень широких пределах (0.43-0,57) с коэффициентом корреляции всего 0.49.

По результатам проведенных исследований были сформулированы основные требования к УМЗ структуре для повышения сопротивления усталости в титане и его сплавах, основанные на достижении в них высокой прочности и пластичности:

- размер зерна является критическим параметром УМЗ структуры и его уменьшение до 0.1…0.2 мкм обеспечивает повышение прочности материала и работы зарождения трещин за счет увеличения протяженности границ;

-важным параметром УМЗ структуры является также формирование не менее 70% БУГ, которые способствуют повышению пластичности за счет вовлечения в деформацию зернограничных процессов, в частности, накопления дислокаций на границах зерен;

-увеличение доли зерен равноосной формы способствует однородности пластического течения и снижению вероятности ранней локализации деформации, что позволяет достичь равномерного удлинения при растяжении УМЗ сплава р не менее 5%.

Глава 5. Разработка технологических процессов получения прутков- полуфабрикатов и изделий из УМЗ титановых материалов.

В пятой главе исследованы возможности применения технически чистого титана и малолегированных титановых сплавов с УМЗ структурой и проведена оценка их эксплуатационных свойств на примере медицинского крепежа и лопатки ГТД.

Ti Grade 2 и Ti Grade Разработанные принципы повышения прочности и пластичности за счет формирования однородной УМЗ структуры с повышенной долей БУГ были реализованы в технологическом процессе получения прутков-полуфабрикатов из технически чистого титана марок Grade 2 и Grade 4 диаметром 6…8 мм и 3 метра длиной, используя сочетание РКУП с волочением и/или теплой прокаткой. В длинномерных прутках из УМЗ титана впервые были получены механические свойства, значительно превышающие достигнутые к настоящему времени (таблица 1). Технологические режимы, описанные в главе 1, защищены патентами.

В работе проведена оценка однородности механических свойств по длине в соответствии с российскими и международными стандартами. Установлено, что коэффициент вариации CV по прочности и пластичности не превышает 1,3 % и Б.А. Колачев, И.С. Полькин, В.Д. Талалаев. Титановые сплавы разных стран – М.: Изд. ВИЛС, 2000 -315с: ил.

5,4 %, соответственно, что удовлетворяет требования международного стандарта ASTM E8-95a.

Принципиальная возможность применения УМЗ титана в качестве резьбовых изделий была реализована при изготовлении дентальных имплантатов. Прутки из УМЗ титана Grade 4 диаметром 6 мм были использованы в Чешской компании Timplant для изготовления стоматологических имплантатов улучшенной конструкции с меньшим диаметром 2.4 мм, получившие марку Nanoimplant® (рисунок 18).

Таблица 1 - Сравнительные данные механических свойств прутковполуфабрикатов из титана Grade 2 и Grade 4 после различных видов обработки.

-1 на базе 1Материал прутка в, МПа 0.2, МПа , % , % циклов, МПа Ti Grade 2, 25 мм Производство 440 370 38 60 2DYNAMET, USA Ti Grade 2, 7 мм 1120 20 1080 20 12 2 56 4(РКУП+ ТП) Ti Grade 4, 25 мм Производство 726 510 29 52 3DYNAMET, USA Ti Grade 4, 7 мм 1310 20 1290 20 11 2 51 6РКУП+ТП Эти имплантаты рассчитаны на ту же самую максимальную нагрузку, как и изделия диаметром 3.5 мм из обычного титана ВТ1-0. Исследования поведения живых фибробластовых клеток на поверхностях титановых образцов, подвергнутых травлению в плавиковой кислоте, показали, что их колонизация на поверхности титана существенно возрастает на образцах с УМЗ структурой. Повышенная адгезия клеток на УМЗ титане значительно выше, чем на исходном титане, что указывает на более высокую скорость остеоинтеграции в сравнении с материалом в исходном состоянии, и свидетельствует об его повышенной биосовместимости. УМЗ титан для биомедицинских целей и способ его получения защищены патентом.

– новый имплантат 2,4 мм, изготовленный из ультрамелкозернистого титана;

- классический имплантат Timplant 3,5 мм, изготовленный из обычного титана.

Рисунок 18. Внешний вид стоматологических имплантатов, изготовленных в фирме Timplant (г. Пльзень, Чешская республика) из обычного и УМЗ титана Grade 4.

Большинство болтов из титановых материалов (свыше 80 %), применяемых в авиации в качестве крепежных элементов, имеют диаметр 5…6 мм. В связи с этим диаметр прутка 7 мм, получаемых по разработанной в данной работе технологии, является наиболее оптимальным с точки зрения изготовления крепежных элементов данного вида. В главе 3 было показано, что предел выносливости УМЗ титана в условиях многоцикловой усталости повышается практически в 1,5 раза, при этом было установлено, что фактор усталостной чувствительности высокопрочного титана не превышает данный коэффициент для сплава ВТ6. С целью оценки принципиальной возможности применения УМЗ титана в качестве болтового соединения были изготовлены экспериментальные образцы болтов с резьбой М6, которые были подвергнуты циклическим нагрузкам с частотой f=0.3 Гц. Объектом сравнения был взят сплав ВТ6 (Ti-6Al-4V), который является одним из титановых сплавов, применяемых для получения деталей крепления. Результаты малоцикловых усталостных испытаний представлены на рисунке 19.

Было установлено, что в области высоких максимальных напряжений цикла (725 МПа) образцы из УМЗ титана и сплава ВТ6 имели близкие значения долговечности (~3,1· 103 циклов), в области более низких значений максимальных напряжений (500..600 МПа) разница в долговечности составляла в среднем не более 20%. Вместе с тем, высокая статическая прочность, более низкая а усталостная чувствительность к концентратору напряжений в сравнении со сплавом ВТ6, как отмечалось выше, позволяет б рассматривать УМЗ титан весьма Рисунок 19. Результаты испытаний по перспективным материалом для долговечности резьбовых соединений (а);

применения в качестве крепежных образцы болта после испытаний (б).

изделий в технике.

Еще одним из преимуществ УМЗ титана для изготовления авиационного крепежа, является высокая коррозионная стойкость, которая характеризовалась изменением потенциала коррозии УМЗ титана и его смещением в сторону менее электроотрицательных значений, что свидетельствует об образовании защитной поверхностной оксидной пленки, снижающей скорость коррозии. Повышенная коррозионная устойчивость УМЗ титана по сравнению с его КЗ аналогом объясняется, возможно, более быстрым образованием пассивационной пленки на Рисунок 20. Внешний вид пруткаповерхности материала, что полуфабриката из сплава ВТ6 после обусловлено наличием большего комбинированной обработки с объемной числа активационных центров УМЗ структурой.

для образования окислов в УМЗ титане, как было показано в совместных работах с кафедрой химии УГАТУ.

Ti-6Al-4V В результате проведенных исследований были получены заготовки из малолегированных двухфазных сплавов Ti-6Al-4VELI и ВТ6 с УМЗ структурой по разработанным технологическим режимам, обеспечивающим формирование объемной УМЗ структуры в прутках диаметром 18…25 мм и длиной 300 мм, размеры которых пригодны для получения изделий типа лопатки ГТД (рисунок 20).

В таблице 2 приведены механические свойства сплавов, полученных горячей прокаткой и последующей упрочняющей термообработкой в сравнении с ИПДтехнологией.

Таблица 2 - Механические свойства полуфабрикатов из сплавов Ti-6Al-4VELI и ВТ6, полученные по разработанным технологическим режимам (ТО+РКУП+эктрузия).

Сплав в, 0.2, , , MПa MПa % % закалка с 950оС в воду + старение 450оС, 4 часа) Ti-6Al-4V 1100 1040 10 РКУП+экструзия Ti-6Al-4V ELI 1390 1320 12 ВТ6 1510 1380 10 Применение УМЗ титановых сплавов представляет значительный интерес для изготовления таких ответственных изделий, для которых критическими свойствами, определяющими ресурс и надежность, являются прочность, выносливость и износостойкость. Лопатки газотурбинных двигателей (ГТД) являются наиболее массовыми и дорогостоящими деталями. Проявление сверхпластичности УМЗ сплавов при более низких температурах и более высоких скоростях деформации является технологически привлекательным для ее формообразования, так как традиционной технологией получения заготовок лопаток из титановых сплавов, имеющих достаточно сложную поверхностную конфигурацию, является объемная штамповка. В этой связи в данной работе были проведены исследования потенциальной возможности повышения усталостных свойств лопаток ГТД на примере лопатки компрессора низкого давления (КНД) из сплава ВТ6 за счет формирования в ней УМЗ структуры путем ИПД и последующей изотермической штамповки (ИЗШ) заготовок при пониженных температурах.

На основе результатов исследования температурно-скоростных условий проявления сверхпластичности в УМЗ сплаве Ti-6Al-4V (см. главу 3) и теоретического моделирования температурных и силовых режимов деформирования УМЗ заготовки из сплава ВТ6, были предложены режимы объемной изотермической штамповки (ИЗШ) лопаток при пониженных температурах, которые обеспечивают сохранение УМЗ структуры в заготовках.

Данный способ был реализован на Уфимском моторостроительном производственном объединении (УМПО) для изготовления опытных лопаток компрессора ГТД. Разработаны технологические рекомендации по термообработке штамповок и механически обработанных лопаток.

Были проведены исследования ударной вязкости KCV, KCU и KCT (ГОСТ 9454-78) на образцах-имитаторах, полученных по серийным и опытным режимам изотермической штамповки. Установлено, что формирование ультрамелкого зерна равносной формы в структуре способствует некоторому снижению ударной вязкости сплава (KCU=0.50 и 0.42 МДж/м2 для серийной и опытной лопатки, соответственно), в том числе с наведенной усталостной трещиной (KCT=0.23 и 0.21 МДж/м2, соответственно), однако их значения удовлетворяют технические требования к сплаву ВТ6 для изделий ГТД. Показано, что длительная прочность при температуре 300оС (является максимальной в компрессоре низкого давления) образцов из УМЗ сплава ВТ6 (после опытной ИЗШ) имеет более высокие значения по сравнению с глобулярно-пластинчатой, полученной по серийной технологии примерно на 15%. Показано, что УМЗ структура была термостабильна в условиях одновременного воздействия температуры (Т=300оС) и напряжений (=800 МПа) в течение более 260 часов.

Серийная технология Опытная технология б) Рисунок 21. Сравнительные результаты усталостных испытаний на вибростенде ВЭДС в соответствии с ОСТ 100303-опытных и серийных лопаток (а);

внешний вид лопатки компрессора, изготовленной по опытной а) технологии (б).

Исследование опытных образцов лопаток показали, что сохранение однородной УМЗ структуры с размером зерен -фазы менее 1 мкм, имеющих преимущественно равноосную форму, обеспечило повышение их усталостной прочности почти на 30 % (рисунок 21). К настоящему времени на УМПО разработан технологический процесс изготовления опытной партии лопаток из УМЗ сплава ВТ6. Акты апробации и аттестации опытных лопаток ГТД представлены в соответствующих приложениях к диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

В результате выполненных исследований выявлены критические параметры УМЗ структур (размеры и форма зерен, структура границ зерен), ведущие к достижению высоких механических свойств в титане и сплаве Ti-6Al-4V. На основе полученных закономерностей разработаны технологические маршруты и режимы получения прутковых полуфабрикатов из УМЗ титана и сплава Ti-6Al-4V с использованием интенсивной пластической деформации методом РКУП. Показано, что повышение механических свойств и качества прутков-полуфабрикатов из исследованных титановых материалов за счет формирования в них УМЗ структуры весьма перспективно для изготовления из них изделий с качественно новым уровнем эксплуатационных свойств, что показано на примере медицинских имплантатов и лопаток ГТД.

1. По результатам исследований влияния режимов комбинированной обработки, включающей РКУП, деформационные и термические обработки, на структуру и механические свойства прутков из титана Grade 2 и Grade 4 выявлены условия (температура, степень и скорость деформации), приводящие не только к измельчению зерен, но и формированию разных типов границ зерен (малоугловых и большеугловых), различной формы зерен и/или частиц фаз (равноосной, удлиненной фрагментированной).

2. Установлено, что использование деформационно-термической обработки после РКУП позволяет получить в технически чистом титане зерна размером 120…150 нм, увеличить долю большеугловых границ до 80%, изменить состояние границ за счет выделения сегрегаций, обеспечить формирование около 60% зерен с коэффициентом вытянутости не более ~2. Данные параметры УМЗ структуры оказывают значительное влияние на прочность и пластичность титана, позволяя достичь рекордный уровень механических свойств (в=1340 МПа и =12% для Ti Grade 4; в=1120 МПа и =13% для Ti Grade 2).

3. Определены маршрут и режимы РКУП сплавов системы Ti-6Al-4V, обеспечивающие однородное измельчение структуры в оснастке с диаметром каналов 20 и 40 мм при Т=600…700°С; угле пересечения каналов =120° и достижении накопленной степени деформации е~3…6. Предложенный режим предварительной термообработки сплава, заключающийся в закалке в воду (температура нагрева ниже Тпп на 10…30°С) и последующим старением при температуре 675…775°С в течение 4 часов, который в результате превращения приводит к образованию исходной - фазы тонкопластинчатой морфологии, позволяет сформировать после РКУП УМЗ структуру с очень малым размером зерен - фазы (0.3 мкм) в 80% объема заготовки.

4.Показано, что проводимая после РКУП экструзия и последующий отжиг сплавов Ti-6Al-4V привели к трансформации дислокационной субструктуры в УМЗ структуру, характеризующейся высокой долей большеугловых границ и размером зерен - фазы менее 300 нм при некотором их удлинении. Данная обработка сплава позволила достичь высоких механических свойств (в =1510 МПа и =10% - для сплава ВТ6).

5.Проведено систематическое исследование влияния УМЗ структуры титана и его сплава Ti-6Al-4V, сформировавшейся в ходе РКУП и последующих деформаций при различных температурах, на усталостные свойства. Установлено, что повышение усталостной долговечности образцов из УМЗ титана и сплава Ti-6Al-4V обусловлено достижением не только высокой прочности, но и повышенной пластичности, в частности, равномерного удлинения при растяжении (с 2 до 5 %) за счет формирования УМЗ структуры с размером зерна в диапазоне 0.1…0.3 мкм, долей БУГ не менее 70%, равноосной формой зерен. В результате последовательного применения РКУП, термических и термомеханических обработок, в титановых материалах достигнуто повышение предела выносливости в условиях изгиба с вращением не менее чем на 40% (в Ti Grade 4 - 640 МПа и сплаве Ti-6Al-4V - 740 МПа на базе 107 циклов).

6.Сформулированы основные принципы повышения усталостных свойств УМЗ титановых материалов. Они были реализованы при изготовлении крепежа из титана Grade 4 с повышенными эксплуатационными свойствами для применения в медицине и авиации. На примере стоматологических имплантатов продемонстрированы преимущества УМЗ титана Grade 4 для изготовления изделий улучшенной конструкции с высокой биосовместимостью. Показано, что повышенное сопротивление в многоцикловой и малоцикловой области УМЗ Ti Grade 4, высокая коррозионная стойкость позволяют рассматривать УМЗ титан Grade 4 весьма перспективным материалом для применения в качестве крепежных изделий в технике.

7. Деформационно-термическая обработка заготовок из сплава Ti-6Al-4V с УМЗ структурой приводит к проявлению сверхпластичности уже при при относительно низких температурах 600…650°С и скорости деформации 10-4 с-1, которые характеризуются повышенной скоростной чувствительностью к напряжению течения (m=0.26) и низкими напряжениями на установившейся стадии течения материала (200 МПа для 600оС и 120 МПа для 650°С). Предложены режимы изотермической штамповки при пониженных температурах (650…750°С), реализованные при изготовлении лопатки компрессора ГТД из сплава ВТ6 с УМЗ структурой, которые были положены в основу опытного технологического процесса изготовления лопаток КНД изделия АЛ-31СТ на УМПО. Усталостные испытания натурных лопаток, изготовленных по опытной технологии, показали повышение предела выносливости при комнатной температуре на 30% в сравнении с серийной лопаткой за счет сохранения в структуре ультрамелкого зерна - фазы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

В российских и зарубежных изданиях, рекомендованных ВАК.

1.Саитова Л.Р., Семенова И.П., Александров И.В. Исследование однородности структуры заготовок из сплава ВТ6, подвергнутого равноканальному угловому прессованию // Вестник СамГУ, Самара, 2004, вып. 27 – С. 164-168.

2. Semenova I.P., Saitova L.R., Raab G.I., Valiev R.Z. Equal channel angular pressing influence on the Ti-6Al-4V alloy structure and mechanical behavior // Materials Science and Engineering, A 387-389 (2004) 805-808.

3 Саитова Л.Р, Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Влияние интенсивной пластической деформации на механическое поведение и структуру сплава Ti-6Al-4V // Деформация и разрушение материалов, 2005, №3- С. 27-30.

4. Семенова И.П., Саитова Л.Р., Исламгалиев Р.К., Доценко Т.В., Кильмаметов А.Р., Демаков С.Л., Валиев Р.З. Эволюция структуры сплава ВТ6, подвергнутого равноканально-угловому прессованию // Физика металлов и металловедение, 2005, том 100, №1- С. 1-8.

5. Садикова Г.Х., Латыш В.В., Семенова И.П., Валиев Р.З. Влияние интенсивной пластической деформации и термомеханической обработки на структуру и свойства титана // Металловедение и термическая обработка металлов, 2005, №11 (605) - С.

31-34.

6. Валиев Р.З., Рааб Г.И, Гундеров Д.В., Семенова И.П., Мурашкин М.Ю. Развитие методов интенсивной пластической деформации для получения объемных наноструктурных материалов с уникальными механическими свойствами // Нанотехника, 2006, № 2 - С. 32-43.

7. Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Семенова И.П., Мурашкин М.Ю. Объемные наноструктурные металлы и сплавы с уникальными механическими свойствами для перспективных применений // Вестник УГАТУ, 2006, т.7, №3(16)- С. 23-35.

8. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Semenova I.P. Superplasticity in nanostructured materials: New challenges// Materials Science and Engineering A, Vol. 463 (2007), P. 2-7.

9. Семенова И.П., Коршунов А.И., Салимгареева Г.Х., Латыш В.В., Якушина Е.И., Валиев Р.З. Механическое поведение ультрамелкозернистых титановых прутков, полученных с использованием интенсивной пластической деформации // Физика металлов и металловедение, 2008, Т.106, № 2 – С.1-9.

10. Семенова И.П., Салимгареева Г.Х., Латыш В.В. Кунавин С.А., Валиев Р.З., Исследование сопротивления усталости титана с ультрамелкозернистой структурой // Металловедение и термическая обработка металлов, 2009, № 2 - С. 34-39.

11. Демаков С.Л., Елкина О.А., Илларионов А.Г., Карабаналов М.С., Попов А.А., Семенова И.П., Саитова Л.Р., Щетников Н.В. Влияние условий деформации прокаткой на формирование ультрамелкозернистой структуры в двухфазном сплаве, полученном интенсивной пластической деформацией // Физика металлов и металловедение, 2008, т. 105, №6 - С. 638–646.

12. Semenova I.P., Salimgareeva G.Kh., Latysh V.V., Lowe T., Valiev R.Z. Enhanced fatigue strength of commercially pure Ti processed by severe plastic deformation // Materials Science and Engineering, A 503 (2009), P. 92-95.

13. Валиев Р.З., Семенова И.П., Латыш В.В., Щербаков А.В., Якушина Е.Б., Наноструктурный титан для биомедицинских применений: новые разработки и перспективы коммерциализации // Российские нанотехнологии, 2008, т.3, № 9 –10 - С. 80-89.

14. Нургалеева В.В., Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Влияние равноканального углового прессования на формирование ультрамелкозернистой структуры и механические свойства сплава Ti-6Al-7Nb, применяемого в медицине // Кузнечно-штамповочное производство. ОМД. 2008, № 11- С. 28-34.

15. Якушина Е.Б., Семенова И.П., Валиев Р.З. Влияние интенсивной пластической деформации на усталостные свойства длинномерных титановых прутков с ультрамелкозернистой структурой // Кузнечно-штамповочное производство. ОМД.

2008, № 11 - С. 34-39.

16. Боткин А.В., Шаяхметов А, Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З., Павлинич С.П. Моделирование и аналитическая оценка силовых параметров изотермической штамповки лопатки из наноструктурного сплава ВТ6 // Кузнечно-штамповочное производство. ОМД, 2008, № 11 -С. 43-48.

17.Valiev R.Z., Semenova I.P., Latysh V.V., Rack H., Lowe T.C., Petruzelka J., Dluhos L., Hrusak D., Sochova J. Nanostructured titanium for biomedical applications //Advаnce Engineering Materials № 8 (2008), P.B15-B17.

18. Saitova L.R., Hoeppel H.W., Goeken M., Semenova I.P., Raab G.I., Valiev R.Z., Fatigue behavior of ultrafine-grained Ti-6Al-4V ‘ELI’ alloy for medical applications // Materials Science and Engineering A, Vol. 503 (2009), P. 145-147.

19. Жернаков В.С., Семенова И.П., Ермоленко А.Н. Влияние напряженнодеформированного состояния деталей из объемных наноматериалов на усталостную прочность // Вестник УГАТУ, 2009, т.12, № 1 (30) - С. 76-82.

20.Tabachnikova E.D., Podolskiy A.V., Bengus V.Z., Smirnov S.N., Bidylo M.I., Csach K., Miskuf J., Saitova L.R., Semenova I.P., Valiev R.Z., Mechanical characteristics, fatigue regularities and dimple structures on failure surfaces of Ti-6Al-4V ELI ultrafinegrained alloy at temperatures from 300 to 4.2 K // Materials Science and Engineering A, Vol. 503 (2009), P. 106-109.

21. Плехов О., Наймарк О., Семёнова И, Валиев Р., Сайнтиер Н., Пален-Лук Т.

Экспериментальное исследование аномалий диссипации энергии в наноструктурном титане при циклическом нагружении // ПЖТФ, 2008, т.34 - C. 33-40.

22. Амирханова Н.А., Валиев Р.З., Черняева Е.Ю., Якушина Е.Б., Семенова И.П.

Коррозионное поведение титановых материалов с ультрамелкозернистой структурой // Металлы, 2010, №3 - C.101-107.

23. Якушина Е.Б., Семенова И.П., Валиев Р.З. Наноструктурный титан для биомедицинских применений // Цветные металлы, 2010, №7 - C.81-83.

24. I.P. Semenova, G.H. Salimgareeva, G. Da Costa, W. Lefebvre, R.Z. Valiev, Enhanced strength and ductility of ultra-fine grained Ti processed by severe plastic deformation, Advanced Engeneering Materials V.12, No 8, (2010), P.803-807.

25. Семенова И.П. Прочность и повышенные усталостные свойства ультрамелкозернистых титановых полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией // Металлы, 2010, №5 - C.87-94.

Патенты.

26.Патент РФ №2285738. Способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов / Рааб Г.И., Баушев Н.Г., Саитова Л.Р., Семенова И.П., Валиев Р.З.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «УГАТУ». - № 2005113117; заявл.

29.04.2005; опубл. 20.10.2006. 3 с.

27. Патент РФ №2285740. Способ термомеханической обработки двухфазных титановых сплавов / Саитова Л.Р., Семенова И.П., Рааб Г.И., Баушев Н.Г., Валиев Р.З.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «УГАТУ». - № 2005113116; заявл.

29.04.2005; опубл. 20.10.2006. 4 с.

28. Патент РФ 2285737. Способ термомеханической обработки титановых заготовок / Латыш В.В., Салимгареева Г.Х., Семенова И.П., Кандаров И.В., Половников В.М., Валиев Р.З.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «УГАТУ». - № 2005113115;

заявл. 29.04.2005; опубл. 20.10.2006. 3 с.

29. Патент РФ №23882686. Способ штамповки заготовок из наноструктурных титановых сплавов /Шаяхметов А.Ф., Боткин А.В., Семенова И.П., Валиев Р.З., Рааб Г.И., Артюхин Ю.В., Павлинич С.П., заявители и патентообладатели ГОУ ВПО «УГАТУ» и ОАО «УМПО» - № 2008105266; заявл. 12.02.2008; опубл. 27.02.2010. 3 с.

30. Патент №2383654. Наноструктурный технически чистый титан для биомедицины и способ получения прутка из него / Семенова И.П., Валиев Р.З., Якушина Е. Б., Салимгареева Г.Х. заявители и патентообладатели ГОУ ВПО «УГАТУ» и ООО «Наномет» - № 2008141956; заявл. 22.10.2008; опубл. 10.03.2010. с.

Другие журналы и периодические издания:

31.Саитова Л.Р., Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Повышение механических свойств сплава Ti-6Al-4V, используя равноканальное угловое прессование и последующую пластическую деформацию // Физика и техника высоких давлений, Донецк, 2004,т.14, №4 - С. 19-24.

32. Семенова И.П., Латыш В.В., Садикова Г.Х., Валиев Р.З. Структура и механические свойства титановых длинномерных полуфабрикатов, полученных интенсивной пластической деформацией // Физика техника высоких давлений, 2005, т.15, № 1 - С. 81-85.

33. Semenova I.P., Saitova L.R., Raab G.I., Korshunov A.I., Zhu Y.T., Lowe T.C., Valiev R.Z., Microstructural Features and Mechanical Properties of the Ti-6Al-4V ELI Alloy Processed by Severe Plastic Deformation // Materials Science Forum, Vol. 503-504 (2006), P.757-762.

34. Latysh V.V., Salimgareeva G.H., Semenova I.P., Kandarov I.V., Zhu Y.T., Lowe T.C., Valiev R.Z. Microstructure and properties of Ti rods produced by multi-step SPD // Materials Science Forum, Vol. 503-504 (2006), P. 763-768.

35. Salimgareeva G.H., Semenova I.P., Latysh V.V., Kandarov I.V., Valiev R.Z.

Combined SPD techniques to fabricate nanostructured Ti rods for medical application / Solid State Phenomena. Vol. 114 (2005), P. 183-136.Семенова И.П, Саитова Л.Р., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Сверхпластическое поведение ультрамелкозернистого сплава Ti-6Al-4V ELI, полученного интенсивной пластической деформацией // Физика и техника высоких давлений, Донецк, 2006,т.16, №4 - C. 84-89.

37. Valiev R., Islamgaliev R., Semenova I., Yunusova N. New trends in superplasticity in SPD-processed nanostructured materials// International Joint Materials Research (formerly Z. Metallkd.) Vol. 98, No. 4 (2007), P. 314-319.

38. Подольский А.В., Табачникова Е.Д., Бенгус В.З., Смирнов С.Н., Чах К., Мишкуф Й., Саитова Л.Р., Семенова И.П., Валиев Р.З. Механические свойства, пластичность и особенности разрушения ультрамелкозернистого сплава Ti-6Al-4V ELI при температурах 300-4,2 К // Журнал функциональных материалов, 2007, n.1.№6 - C.235-239.

39. Semenova I.P., Salimgareeva G.Kh, Latysh V.V., Valiev R.Z. Enhanced Fatigue Properties of Ultrafine-grained Titanium Rods Produced Using Severe Plastic Deformation // Trans Tech Publications, Solid State Phenomena, Vol.140 (2008) P.167172.

40. Semenova I.P., Valiev R.Z., Yakushina E.B., Salimgareeva G.H., Lowe T.C. Strength and fatigue properties enhancement in ultrafine-grained Ti produced by severe plastic deformation // Joint Materials Science, DOI 10.1007/s, 10853-008-2984-4 ISSN 00222461 (Print) (2209)1573-4803 (on-line).

41. Tabachnikova E.D., Podolskiy A.V., Bengus V.Z., Smirnov S.N., Csach K., Miskuf J., Saitova L.R., Semenova I.P., Valiev R.Z. Microstructure features of failure surfaces and Low-temperature mechanical properties of ultra-fine grained Ti-4AL-6V ELI alloy // Strength of Materials. Vol 40 No 1, (2008), P.71-74.

42. Saitova L., Semenova I., Hoppel H.V., Valiev R., Goken M. Enhanced superplastic behavior of ultra-fine grained Ti-4AL-6V ELI alloy// Mat.- wiss.u. Werkstofftech, Vol.

39, No 4-5, (2008), P.367-370.

43. Valiev R Z., Semenova I.P., Jakushina E.B., Latysh V.V., Rack H., Lowe T.C, Petruelka J., Dluho L., Hruk D., Sochov J. Nanostructured SPD Processed Titanium for Medical Implants // Materials Science Forum Vol. 584-586 (2008) P. 49-54.

44. Saitova L.R., Hoeppel H.W., Goeken M., Semenova I.P., Valiev R.Z. Cyclic deformation behavior and fatigue lives of ultrafine-grained Ti-6Al-4V ELI alloy for medical use // International Journal of Fatigue, 31 (2009), P. 322-331.

45.Semenova I.P., Yakushina E. B., Nurgaleeva V.V., Valiev R.Z. Nanostructuring of Tialloys by SPD processing to achieve superior fatigue properties // International Joint Materials Research (formerly Z. Metallk.), Vol. 100 (2009), 12, P.1691-1696.

46. Sabirov, R.Z. Valiev, I.P. Semenova, R. Pippan, Effect of equal channel angular pressing on the fracture behavior of commercially pure titanium, Metall. Mater. Trans. A, 2010, published online, DOI: 10.1007/s11661-009-0111-z..

47.R.Z. Valiev, M.Yu. Murashkin, I.P. Semenova, Grain boundaries and mechanical properties of ultrafine-grained metals, Metall. Mater. Trans. A, Vol. 41, issue 4 (2010), p.

816. DOI: 10.1007/s11661-009-0083-z.

48. R.Z. Valiev, I.V.Alexandrov, N.A.Enikeev, M.Yu. Murashkin, I.P. Semenova Towards enhancement of properties of UFG metals and alloys by grain boundary engeneering using SPD processing, Rev. Adv.Mater.Sci. 25 (2010) P.1-10.

49. J.M. Molina-Aldareguia, M.T. Perez-Prado, R.Z. Valiev, I.P. Semenova, I. Sabirov, High strength ultra-fine grained titanium produced via a novel SPD processing route, Int J Mater Form, Vol. 3 Suppl 1 (2010), P. 407-410 (doi: 10.1007/s12289-010-0793-1).






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.