ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СТРУКТУРЫ И

МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТИТАНА В

СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ, ПОЛУЧЕННОГО

МЕТОДОМ ABC-ПРЕССОВАНИЯ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ

МНОГОХОДОВОЙ ПРОКАТКОЙАвтор: Чабанец А.А., магистрант НИУ «ТПУ», МСФ, гр.4М252

Научный руководитель: Ерошенко А.Ю., м.н.с. ИФПМ СО РАН

ИФПМ

Томск 2010

2

Титан и сплавы на его основе являются распространенными конструкционными материалами. Сочетание низкой плотности, высоких коррозионной стойкости и прочности делает их привлекательными для многих областей, таких как авиация, космонавтика, химическая промышленность, медицина и др.;

Одной из областей применения титана является медицина. Технически чистый титан марок ВТ1-0 и ВТ1-00, выпускаемый в России, по сравнению с титановыми сплавами не всегда обладает требуемым уровнем прочностных свойств, хотя отсутствие легирующих элементов как Al, V, Mo и др., токсичных для организма человека, определяет его применение в медицине;

Традиционные методы обработки металлов не позволяют обеспечить требуемый уровень прочностных свойств. В связи с этим весьма перспективным направлением материаловедения является формирование методами интенсивной пластической деформации субмикрокристаллического и /или наноструктурированного состояния в металлах, в том числе, в титана.

Объект исследований

Технически чистый титан марки ВТ1-0

Исходная структура:

-твердый раствор ВТ1-0,

средний размер зерна - 15 мкм

Марка Ti Si Fe O H N

ВТ1-0 Основа 0,10 0,25 0,20 0,010 0,04

Химический состав титана, масс. %

5 мкм

10 мкм

3

1 – исходная заготовка (стрелкой показано направление приложенной нагрузки при прессовании), 2 – заготовка после первого цикла прессования, 3,4,5 – повторение последующих циклов прессования со сменой оси деформации

Получение субмикрокристаллического титана

Этап 1. Многократное одноосное прессование

2 31 4 5

аbc- прессование Размеры заготовок титана после первого этапа прессования составляли 202040 мм.

Многократное одноосное прессование проводилось в интервале скоростей 10-3-10-2с-1 при последовательном ступенчатом понижении температуры в интервале от 500C до 400C. Каждый цикл при заданной температуре включал 3-кратное прессование со сменой оси деформации.

1

2

Этап 2. Пластическая деформация прокаткой

1 – прокатка, 2 – вид заготовки после прокатки

Накопленная деформация - 75%

Размеры получаемых заготовок в форме прутков - 66500 мм,

Температура дорекристаллизационного отжига прутков - 300 C 4

Методы исследования:

Просвечивающая электронная микроскопия (просвечивающий электронный микроскоп ЭМ‑125 К)

Измерение микротвердости (микротвердомер Duramin 5)

5

0,3 мкм

Все исследуемые образцы субмикрокристаллического титана были предварительно подвергнуты отжигу при температуре 300°С.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

0

10

20

30

40

Разм

ер с

труктурн

ых э

лем

ен

тов, м

км

Температура отжига, °С

60,25 мкм

300°С

0,8 мкм 500°С

Зависимость среднего размера структурных элементов и зерна титана от температуры отжига

400°С

350°С

700°С

900°С

300 350 400 450 5000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

X, Y

, м

м

T,°C

0,3 мкм

30 мкм

30 мкм

7

Зависимость микротвердости образцов от температуры отжигаT °С H, МПа

900 1691,65

800 1632,26

750 1685,89

700 1769,84

600 1810,47

500 2097,48

400 2843,43

350 2955,75

300 2857,84300 400 500 600 700 800 900

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

Мик

ротв

ердо

сть,

МП

а

Температура отжига,°C

350

1. Комбинированным методом интесивной пластической деформации , включающей трехстадийное abc-прессование и многоходовую прокатку, получено субмикрокристаллическое состояние в титана ВТ1-0 со средним размером элементов структуры от 400 нм до 160 нм.

2. Построена температурная зависимость среднего размера элементов структуры (фрагменты, субзерна и зерна) и механических свойств от температуры отжига СМК титана. В качестве механических свойств была выбрана микротвердость. После отжига при 350°С наблюдаются признаки процесса рекристаллизации. Отжиг при 400°С приводит к исчезновению областей с зернами, имеющих размеры менее 0,1 мкм. При температурах выше 400°С имеют место процессы собирательной рекристаллизации и происходит существенное увеличение среднего размера зерен. По мере увеличения температуры отжига микротвердость образцов титана понижается.

3. Верхний порог термической стабильности для механических свойств заготовок титана, полученных комбинированным методом abc-прессования и прокатки, с сформированной субмикрокристаллической структурой равен 350°С.

Автор выражает благодарность научному руководителю А.Ю. Ерошенко. за постановку задачи, помощь в эксперименте и обсуждении результатов; Толмачева А.И. за помощь в подготовке образцов, сотрудникам лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ СО РАН за выполнение части экспериментов и помощь в исследованиях.

Заключение

8