Изотермической мультиосевой деформацией в двухфазном титановом сплаве ВТ6 был получен средний размер зерна 135 нм, что позволило наблюдать низкотемпературную сверхпластичность при температуре 550°С. Максимальное удлинение составило 1000%, а коэффициент скоростной чувствительности m=0,47 при оптимальной скорости деформации 2х10⁻⁴с⁻¹yesБелгородский государственный университе

Жеребцов, С. В.

Кудрявцев, Е. А.

Салищев, Г. А.

Изотермической мультиосевой деформацией в двухфазном титановом сплаве ВТ6 был получен средний размер зерна 135 нм, что позволило наблюдать низкотемпературную сверхпластичность при температуре 550°С. Максимальное удлинение составило 1000%, а коэффициент скоростной чувствительности m=0,47 при оптимальной скорости деформации 2х10⁻⁴с⁻

DSpace at Belgorod State University

236 НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ К д  Серия: Математика. Физика. 2012. №17(136). Вып. 28УДК 669.017:539.4СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ НАНОСТРУКТУРНОГО СПЛАВА ВТ6 Г.А. Салищев, Е.А. Кудрявцев, С.В. ЖеребцовАннотация. Изотермической мультиосевой деформацией в двухфазном титановом сплаве ВТ6 был получен средний размер зерна 135 нм, что позволило наблюдать низкотемператур­ную сверхпластичность при температуре 550°С. Максимальное удлинение составило 1000%, а коэффициент скоростной чувствительности т=0,47 при оптимальной скорости деформации 2х10-4с-1 . Показано, что эволюция микроструктуры при низкотемпературной деформации играет ключевую роль в процессе сверхпластического течения.Ключевые слова: низкотемпературная сверхпластичность, изотермическая всесторонняя ковка, ультрамелкозернистая структура, микроструктурная эволюция.Перевод двухфазных титановых сплавов в наноструктурное состояние позволяет снизить температуру сверхпластической деформации на несколько сот градусов ниже наблюдаемой в сплавах с обычной микроструктурой [1]. Например, в ВТ6 с размером зерна 300 нм сверхпла- стическое течение наблюдалось при 600°С, причем удлинение составило 500%, коэффициент т=0,37 [2], а работе [3] в том же сплаве с таким же размером зерна было получено удлинение 296с% и ni = 0,34 при той же температуре. Снижение удлинения с понижением температуры деформации ожидаемо из-за торможения диффузии и ускоренного роста зерен, вследствие уменьшения объемной доли /5-фазы. Однако, увеличение протяженности границ с уменьше­нием размера зерна, отличающихся от тела большой диффузионной проницаемостью должно компенсировать эти потери. Исходя из этого, целью настоящей работы является изучение структурных изменений и механического поведения титанового сплава ВТ6 со средним разме­ром зерна 135 нм при сверхпластической деформации при экстремально низкой температуреДвухфазный титановый сплав ВТ6 был поставлен в виде горячекатаного прутка (темпе­ратура полиморфного превращения 990°С). Образцы для исследований были получены изо­термической мультиосевой деформацией с последующей прокаткой. Испытания на растяже­ние проводились на универсальной испытательной машине Instron в температурном интерва­ле 450-600°С со скоростью перемещения траверсы 0,5-100 мм/мин. Коэффициент скоростной чувствительности m был рассчитан из наклона кривой logu - logt и испытаний с изменени­ем скорости деформации [1]. Структура сплава была исследована с помощью рентгеновского дифрактометра ДРОН-3, просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100 и растрового электронного микроскопа Quanta 600.В наноструктурном состоянии микроструктура сплава представляла собой глобулярные а и р зерна со средним размером зерна 135 нм. Предварительные исследования показали, что рост зерен при нагреве происходит уже при Т=550°С. С увеличением времени отжига зернаБелгородский государственный университет,Лаборатория Объемных наноструктурных материалов, ул. Победы 85, Белгород, 308015, Россия, e-mail: salishchev@bsu.edu.ru550° С.НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ ЩЩ Серия: Математика. Физика. 2012. №17(136). Вып. 28 237заметно укрупняются и после 5 часов отжига этот процесс протекает медленнее (Рис. 16). Объемная доля /3-фазы в сплаве составляла 10% и не сильно изменялась в ходе отжига.а)т, чб)Рис. 1. Кинетика роста зерен в сплаве ВТ6 при отжиге и при деформации со скоростью и Т=550°С (a), d средний размер зерна за время деформации, do -  средний размер зерна за аналогичное время отжига (б).2х10-4с-1Исследование механических свойств сплава показало, что с повышением температуры де­формации растет пластичность и снижается напряжение течения (Рис. 2а). При Т=550°С и 5 х 1 0 - 4 с - 1  удлинение достигает 6 4 0 % .  Изучение скоростной зависимости механических харак­теристик при Т=550°С позволило установить оптимальный режим сверхпластичности (Рис. 26). При скорости деформации 2x10-4с-1 были получены максимальные значения удлинения 5 =  1 0 0 0 %  и коэффициента m  ( 0 , 4 7 ) .1000900800 S '700 <d600 si500 0)I400sс3002001000Температура, °Са)С коро сть  д еф орм ации , с: ^б)Рис. 2. Изменение механических характеристик сплава ВТ6: (а) от температуры деформации при £ = 5 х 1 0 - 5 с - 1 , (б) от скорости деформации при температуре 550°С.Оценка кажущейся энергии активации сверхпластической деформации дала значение Q= 149 кДж/моль при п=2, которая близка величинам энергии активации 176 и 160 кДж/моль полученным, соответственно, в работах [3,4]. Она близка также энергии активации зерногра- ничной диффузии 189 кДж/моль для обычного сплава ВТ6 [5]. При Т=550°С было иссле­довано влияние скорости и степени деформации на микроструктуру сплава. С уменьшением238 НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ Серия: Математика. Физика. 2012. №17(136). Вып. 28скорости деформации наблюдается существенное укрупнение зерен. При е = 100% средний размер зерна составил 290 нм при 5х10-4с-1 , 490 нм при 2х10-4с-1 и 530 нм при 2х10-5с-1 . График на рис. 16 представляет деформационно-индуцированный рост зерен при 2х10-4с-1 и Т=550°С. Видно, что деформация существенно ускоряет рост зерен в сплаве в сравнении с отжигом. Причем некоторые зерна а-фазы достигают к степени деформации 800% 1400 нм (Рис. 5а). При этом укрупнение зерен не выводит сплав из состояния сверхпластичности. Коэф­фициент скоростной чувствительности m равен 0.52, 0.62 и 0.65, соответственно, для степеней деформации 100, 200, и 500%. При этом в оптимальных условиях не обнаруживается порооб­разования в сплаве. Исследование эволюции кристаллографической текстуры в ходе отжига и сверхпластической деформации выявило существенные ее изменения (Рис. 3). Отжиг слабо влияет на текстуру. Однако, увеличение степени деформации от 100 до 500% при оптимальной скорости деформации 2х10-4с-1 ведет размытию полюсной фигуры (Рис. Зг). Отметим, что фактор Керна, расчитанный из полюсной плотности [6], снижается по сравнению с исходным состоянием с 0,55 до 0,42 при достижении деформации в 500%) и скорости 2х10-4с-1 . Такие структурные изменения могут быть связаны с развитием зернограничного проскальзывания.RD RD RD RDа) б) в) г)Рис. 3. Полюсные фигуры ( 0 0 0 2 )  сплава BT6 в различных состояниях:(а) исходное состояние, (б) после отжига в течение 3 0  мин, (в) после деформации со скоростью 2 х 1 0 - 4 с - 1  на степень деформации 1 0 0 % )  и (г) 5 0 0 % ) .Измельчение размера зерна до 135 нм делает возможным проявление сверхпластичности при экстремально низкой для сплава BT6 температуре -  550°С с высокими значениями ко­эффициента скоростной чувствительности и относительного удлинения. Известно [1,7], что сверхпластическое поведение двухфазных сплавов наиболее ярко наблюдается при отноше­нии объемной доли а//3 фаз близким к 1. Рассматриваются две причины [1]: зернограничное проскальзывание осуществляется легче по межфазным границам, а микроструктура более ста­бильная в этом состоянии. Между тем наноструктурный сплав BT6, в котором при Т=550°С доля /5-фазы лишь 10%) показывает сопоставимые значения относительного удлинения. При этом оценка энергии активации, сохранение равнооосности зерен, размытие текстуры одно­значно свидетельствует в пользу главного механизма деформации зернограничного проскаль­зывания. Вероятно, такое необычное поведение связано с ускоренным ростом зерен в процессе сверхпластического течения (Рис. 16), который снимает перенапряжения, возникающие при деформации. Косвенно, это подтверждает факт отсутствия пор в образцах после деформации.Работа была поддержана грантом П№725 Министерства Науки и Образования Российской Федерации.НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ К /Я  Серия: Математика. Физика. 2012. №17(136). Вып. 28 239Литература1. Kaibyshev О.А. Superplasticity of Alloys, Intermetallides and Ceramics /  Berlin: Springer- Verlag, 1992.2. Salishchev G.A. et al. Submicrocrystalline and nanocrystalline structure formation in materials and search for outstanding superplastic properties / /  Mater. Sci. Forum. -  1994. -  170-172. -  P.121-130.3. Ко Y.G. et al. Low-temperature superplasticity of ultra-fine-grained Ti-6AI-4V processed by equal-channel angular pressing / /  Metall. Mater. Trans. -  2006. -  37A. -  P.381-391.4. Sargent G.A. et al. Low-temperature coarsening and plastic flow behavior of an titanium billet material with an ult.rafine microstructure / /  Metall. Mater. Trans. -  2008. -  39A. -  P.2949-2964.5. Sergueeva A.V. et al. Superplastic behaviour of ultrafine-grained Ti-6A1-4V alloys / /  Mater. Sci. Eng. -  2002. -  A323. -  P.318-325.6. Wasserman G., Greven I. Texturen metallischer Werkstoffe /  Berlin: Springer-Verlag, 1962.7. Donachie M.J., Jr. Titamium: a Technical Guide /ASM International, USA, 2000.STRUCTURAL CHANGES AND MECHANICAL BEHAVIOR DURING LOW-TEMPERATURE SUPERPLASTICITY OF NANOSTRUCTURED ALLOY TI-6AL-4V G.A. Salishchev, E.A. Kudryavtsev, S.V. ZherebtsovBelgorod State University,Pobedy St., 85, Belgorod, 308015, Russia, e-mail: salishchev@bsu.edu.ruAbstract. After isothermal multidirectional forging, the average grain size 135 nm in two-phase titanium alloy Ti-6-4 has been obtained. It has been the low-temperature superplasticity at 550°C in fine-grained state. At the optimum strain rate of 2xl0_4s_1 elongation to failure was 1000% and the stain rate sensitivity value was m=0,47. The evolution of the microstructure during low-temperature deformation plays a key role in the process of superplastic flow.Key words: low-temperature superplasticity, multidirectional forging, ult.rafine grain structure, microstructure evolution.

Структурные изменения и механическое поведение при низкотемпературной сверхпластичности наноструктурного сплава ВТ6

http://dspace.bsu.edu.ru/bitstream/123456789/13972/1/Salishchev_Strukturnye.pdf

Структурные изменения и механическое поведение при низкотемпературной сверхпластичности наноструктурного сплава ВТ6

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

DSpace at Belgorod State University

DSpace at Belgorod State University