О влиянии скорости деформирования на механическое поведение сплава титана Ti–3,5Al–1,1Zr–2,5V при растяжении

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Толмачев Тимофей Павлович
Зайцев Дмитрий Викторович
Якупов Ратмир Раильевич
Панфилов Глеб Петрович
Панфилов Петр Евгеньевич

Аннотация

Изучена скоростная зависимость деформационного поведения образцов круглого сечения, приготовленных из сплава Ti–3,5Al–1,1Zr–2,5V, в условиях одноосного растяжения при комнатной температуре. Образцы длиной 200 мм были разделены на три группы по пять штук в каждой. Первая группа образцов была испытана при скорости перемещения траверсы 0,05 мм/мин, вторая группа – при скорости 5 мм/мин, третья группа – при скорости 500 мм/мин. Аттестация микроструктуры титанового сплава в недеформированном состоянии показала, что средний размер зерен α-фазы титана был около 7 мкм, а межзеренные границы преимущественно больше угловые, т. е. соседние зерна разориентированы более чем на 15°. Проведение механических испытаний показало, что характер деформационного поведения титанового сплава не зависит от скорости нагружения. Несмотря на это, с увеличением скорости деформирования возрастали пределы текучести и прочности, тогда как величина полной деформации снижалась. В месте разрушения образцов наблюдалась шейка. Коэффициент сужения не зависел от скорости растяжения. Качественных изменений в характере механического поведения и в морфологии поверхности изломов образцов (присущий вязкому разрушению чашечный излом) не наблюдалось. Увеличение деформируемости образцов со снижением скорости растяжения подтверждается исследованиями микроструктуры образцов. Ширина дифракционных пиков образцов, испытанных с меньшей скоростью, была больше. Флуктуация полученных значений ширины дифракционных линий относительно аппроксимирующей прямой свидетельствует о скоростной чувствительности зерен «твердых» и «мягких» ориентировок. Это указывает на существование последовательности активации систем скольжения. Так, в первую очередь нагружаются «мягкие» зерна, благоприятно ориентированные для легкого призматического скольжения в плоскостях (100) и (110). Далее происходит их упрочнение, что способствует перераспределению нагрузки на «твердые» зерна с базисными нормалями, близкими к оси нагружения, которые на начальном этапе деформировались упруго.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Выпуск
Раздел
Статьи
Биографии авторов

Толмачев Тимофей Павлович, Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия); Уральский федеральный университет, Екатеринбург (Россия)

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории физики высоких давлений, научный сотрудник кафедры «Физика конденсированного состояния и наноразмерных систем» Института естественных наук и математики

Зайцев Дмитрий Викторович, Уральский федеральный университет, Екатеринбург (Россия); Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург (Россия)

доктор физико-математических наук, доцент кафедры «Физика конденсированного состояния и наноразмерных систем», ведущий научный сотрудник лаборатории «Медицинское материаловедение и биокерамика»

Якупов Ратмир Раильевич, Уральский федеральный университет, Екатеринбург (Россия)

младший научный сотрудник кафедры «Физика конденсированного состояния и наноразмерных систем» Института естественных наук и математики

Панфилов Глеб Петрович, Уральский федеральный университет, Екатеринбург (Россия)

магистрант, лаборант кафедры «Физика конденсированного состояния и наноразмерных систем» Института естественных наук и математики

Панфилов Петр Евгеньевич, Уральский федеральный университет, Екатеринбург (Россия)

доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Физика конденсированного состояния и наноразмерных систем» Института естественных наук и математики

Литература

1. Singh G., Ramamurty U. Boron modified titanium alloys // Progress in Materials Science. 2020. Vol. 111. P. 100653.
2. Wu Z., Zhang Y.-W., Jhon M.H, Gao H., Srolovitz D.J. Nanowire Failure: Long = brittle and short = ductile // Nano Letters. 2012. Vol. 12. № 2. P. 910−914.
3. Hémery S., Villechaise P. Investigation of Size Effects in Slip Strength of Titanium Alloys: α Nodule Size Dependence of the Critical Resolved Shear Stress // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2018. Vol. 49. № 10. P. 4394–4397.
4. Zhang J., Li X., Xu D., Yang R. Recent progress in the simulation of microstructure evolution in titanium alloys // Progress in Natural Science: Materials International. 2019. Vol. 29. № 3. P. 295–304.
5. Patnaik S.N., Hopkins D.A. Strength of materials: a unified theory. Amsterdam: Elsevier, 2004. 750 p.
6. Smallman R.E., Bishop R.J. Modern physical metallurgy and materials engineering. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1999. 438 p.
7. Campbell J. Castings. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2003. 335 p.
8. Thompson R.P., Clegg W.J. Predicting whether a material is ductile or brittle // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2018. Vol. 22. № 3. P. 100–108.
9. Falodun O.E., Obadele B.A., Oke S.R., Okoro A.M., Olubambi P.A. Titanium-based matrix composites reinforced with particulate, microstructure, and mechanical properties using spark plasma sintering technique: a review // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 102. № 5-8. P. 1689–1701.
10. Argon A.S. Strengthening Mechanisms in Crystal Plasticity. Oxford: Oxford University Press, 2007. 207 р.
11. Anderson P.M., Rice J.R. Dislocation Emission from Cracks in Crystals or along Crystal Interfaces // Scripta Metallurgica. 1986. Vol. 20. № 11. P. 1567–1472.
12. Eylon D., Fujishiro S., Postans H.J., Froes F.H. High-temperature titanium alloys – A Review // JOM. 1984. Vol. 36. № 11. P. 55–62.
13. Swinburne T.D., Dudarev S.L., Sutton A.P. Classical Mobility of Highly Mobile Crystal Defects // Physical Review Letters. 2014. Vol. 113. № 21. P. 215501.
14. Ohr S.M. An electron-microscopy study of crack tip deformation and its impact on the dislocation theory of fracture // Materials Science and Engineering. 1985. Vol. 72. № 1. P. 1–35.
15. Rajadurai M., Raja Annamalai A. Effect of various sintering methods on microstructures and mechanical properties of titanium and its alloy (Ti–Al–V–X): A review // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2017. Vol. 58. № 4. P. 434–448.
16. Lee T.C., Robertson I.M., Birnbaum H.K. TEM in situ deformation study of the interaction of lattice dislocations with grain boundaries in metals // Philosophical Magazine A: Physics of Condensed Matter, Structure, Defects and Mechanical. 1990. Vol. 62. № 1. P. 131–153.
17. Kacher J., Robertson I.M. In situ and tomographic analysis of dislocation / grain boundary interactions in α-titanium // Philosophical Magazine. 2014. Vol. 94. № 8. P. 814–829.
18. Moussa C., Bernacki M., Besnard R., Bozzolo N. Statistical analysis of dislocations and dislocation boundaries from EBSD data // Ultramicroscopy. 2017. Vol. 179. P. 63–72.
19. Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А., Уманский Я.С. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.
20. Niezgoda S.R., Kanjarla A.K., Beyerlein I.J., Tome C.N. Stochastic modeling of twin nucleation in polycrystals: an application in hexagonal close-packed metals // International Journal of Plasticity. 2014. Vol. 56. P. 119–138.