Исследованы механическая стабильность при длительном нагружении и термостабильность при отжиге нано-и микрокристаллического титана, полученного разными методами интенсивной пластической дефор-мации. Выявлено и проанализировано влияние на термомеханическую стабильность нанопористости и доли большеугловых границ, сформировавшихся в результате интенсивной пластической деформации. Установле-но, что в зависимости от температуры нагружения или отжига существенное влияние на термомеханическую стабильность титана помимо указанных выше структурных характеристик могут оказывать либо двойниковые границы зерен, либо дисперсные частицы карбида титана. ВведениеТитан и сплавы на его основе находят широкое применение: от аэрокосмической техники до изделий биомедицинского назначения. В связи с этим разработка путей получения титана с высокими механическими ха-рактеристиками и исследование структурных особенно-стей, их определяющих, являются одной из важных задач современного материаловедения. В настоящее время для решения этой задачи широко используется перевод тита-на [1-4], как и других металлов и сплавов [5][6][7], в нано-и микрокристаллическое состояние за счет воздействия различных режимов интенсивной пластической дефор-мации (ИПД). Основными структурными факторами, определяющими высокие механические характеристики после ИПД, являются размер зерен, состояние и струк-тура границ зерен, включая их разориентацию.Следует, однако, учитывать, что из-за накопления при ИПД большой избыточной энергии границы нано-и микрозерен находятся в неравновесном состоянии. В силу этого изучение влияния внешних механических и термических воздействий на неравновесную дефектную структуру и, как следствие, на высокопрочное состоя-ние, которое эта структура обусловливает, становится актуальным для решения ряда фундаментальных и при-кладных вопросов физики прочности [8].В настоящей работе рассмотрены результаты ис-следования влияния дефектной структуры и внешних воздействий (температуры, нагрузок) на механическую и термическую стабильность нано-и микрокристалли-ческого титана, полученного разными методами ИПД. Для оценки механической стабильности, которая имеет важное значение особенно при длительных нагружениях, проводилось сопоставление влияния величины нагрузки на долговечность при испытании полученных разными методами ИПД образцов в условиях ползучести. Термо-стабильность оценивалась по влиянию на механические свойства (в основном микротвердость) температуры и времени отжига. Материал и экспериментальные методикиВ качестве материала для исследования использо-вались различные партии технически чистого титана ВТ1-0, суммарное содержание примесей в которых со-ставляло 0.3 wt.%.Для ИПД с помощью винтовой и продольной прокат-ки (ВПП) использовались две партии (партии A и B) титана ВТ1-0, содержание примесей (H, N, Fe, O, Al, Si) в которых было практически одинаковым. Основное различие партий заключалось в том, что, как уста-новлено методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, содержание углерода в партии B было в 2 раза больше, чем в пар...
Изучено поведение упругих (модуль Юнга) и микропластических свойств титана в зависимости от исходной структуры и последующей интенсивной пластической деформации, переводящей материал по размеру зерна в субмикрокристаллическое структурное состояние. Показано, что различная исходная структура металла в значительной степени предопределяет его упругие свойства после деформации. DOI: 10.21883/JTF.2017.09.44910.2172 Введение Широкая сфера применения титана и его сплавов стимулирует систематические исследования их механи-ческих свойств, особенно после перевода титана за счет интенсивной пластической деформации (ИПД) в вы-сокопрочное субмикрокристаллическое, наноструктур-ное состояние [1][2][3][4]. Использование этого материала в медицинской технике при изготовлении имплантантов требует получения высокопрочного титана, который дол-жен обладать низким значением модуля упругости, как можно ближе к модулю упругости костной ткани [1,4].Настоящая работа посвящена изучению упругих и микропластических свойств титана с различным состоя-нием структуры и составом примесей до и после ИПД. Материалы и методика исследованийB настоящей работе были исследованы три партии титана с разным содержанием примесей. Химический со-став первой партии (ВТ1-0): 0.28% примесей, из которых 0.12% составляло железо. Партия 2 (ПТ3-В) имела 5.7% примесей, среди которых было 3.5% алюминия и 2% ванадия. Партия 3 (Grade 4) содержала 0.78% примесей, из которых 0.39% было железо.Перевод в наноструктурное состояние осуществлялся с помощью ИПД отработанным режимом винтовой и продольной прокатки [1,2].Структурные исследования проводились методами оп-тической и просвечивающей растровой электронной микроскопии. Установлено, что титан ВТ1-0 (партия 1) в исходном крупнозернистом состоянии имел пластин-чатые зерна размером ∼ (150 × 10) µm, а также вкрап-ления карбида титана в границах зерен размером около 1 µm. После ИПД наблюдались достаточно равноосные зерна размером ∼ (250 × 290) nm. В сплаве ПТ3-В (пар-тия 2) в исходном состоянии наблюдались пластинчатые зерна размером ∼ (100 × 5) µm, а после ИПД слегка вы-тянутые зерна ∼ (350 × 200) nm. Для партии 3 (Grade 4) в исходном состоянии наблюдалась почти равноосная структура со средним размером зерна около 40 µm. После ИПД -равноосные зерна ∼ 250 nm. В качестве примера на рис. 1 и 2 приведены микроструктруры исследуемых сплавов ВТ1-0 и ПТ3-В в крупнозернистом и наноструктурном состояниях.Для измерений модуля Юнга и внутреннего трения, а также изучения микропластических свойств титана в широком диапазоне амплитуд колебательных дефор-маций использовалась акустическая методика -резо-нансный метод составного пьезоэлектрического вибра-тора [5]. Измерялись амплитудные зависимости модуля Юнга E(ε) и логарифмического декремента δ(ε). По ре-зультатам измерений E(ε) строились диаграммы мик-ропластического деформирования σ (ε d ): здесь σ = Eε (закон Гука), а ε d -нелинейная неупругая (микропла-стическая) деформация. Подробное описание процедуры подобных построений из экспериментальных данных можно найти в [6,7]. Здесь лишь отм...
Исследовано влияние обработки фемтосекундным лазерным излучением на механические свойства пластинчатых образцов субмикрокристаллического титанового сплава ВТ1-0 при активной деформации растяжением и усталостных испытаниях методом консольного изгиба. DOI: 10.21883/JTF.2018.03.45597.2367 Введение Известно, что среди современных металлических био-материалов для хирургических имплантатов широкую перспективу применения имеет субмикрокристалличе-ский (СМК) или наноструктуриванный (НС) нелегиро-ванный титан [1]. Формирование СМК и НС состояний в сплавах титана приводит к значительному улучше-нию комплекса их механических, физико-химических и других свойств, в том числе необходимых для их использования в качестве материала для медицинских имплантатов в травматологии, ортопедии, стоматологии и других областях медицины и техники.Перспективным направлением для повышения биосов-местимости СМК титана с биологическими тканями яв-ляется модификация поверхности с использованием им-пульсных лазеров фемтосекундной длительности. Фем-тосекундное лазерное облучение (ФЛО) обеспечивает меньшее загрязнение по сравнению с другими методами поверхностной обработки, обладает высокой техноло-гичностью, применимо для обработки деталей со слож-ной поверхностью. Важным преимуществом лазерных импульсов с ультракороткой фемтосекундной длительно-стью является малая глубина (менее микрометра) зоны теплового воздействия [2]. Это позволяет осуществлять модификацию тонких приповерхностных слоев практи-чески без разогрева объема материала, который обычно сопровождается разупрочнением вследствие деградации СМК и НС состояний или полного их устранения вслед-ствие развития процессов возврата и рекристаллизации. По этой причине применение фемтосекундного лазера особенно актуально для модификации поверхности ти-тановых сплавов в СМК и НС состояниях, поскольку развитие указанных выше процессов, протекающих при повышенных температурах, приводит к уменьшению характеристик прочности рассматриваемых материалов, характерных для крупнозернистой структуры [3,4].Управляемое изменение рельефа поверхности путем проведения ФЛО является перспективным направлени-ем повышения остеоинтеграции, поскольку нанорельеф поверхности особенным образом влияет на поведение различных типов клеток, а именно способствует повы-шению биоактивности остеобластов [5,6]. Управляемое изменение рельефа поверхности металлических имплан-татов посредством ФЛО и её влияние на их биосов-местимость являлись предметом ряда исследований по-верхностной обработки путем ФЛО [5][6][7]. Однако вопрос о влиянии ФЛО на механические свойства титановых сплавов на сегодняшний день мало изучен. В настоящей работе проведено исследование влияния ФЛО на ме-ханические свойства субмикрокристаллического титана ВТ1-0. 396
Regularities of the formation of ultrafine-grained (UFG) and submicrocrystalline (SMC) structures in new nickel-free low-modulus Ti–Nb–Mo–Zr titanium β alloys under the action of plastic deformation were studied. Temperature-time ranges of the development of dynamic recrystallization processes under the simultaneous action of temperature and plastic deformation were determined. The recrystallization diagram of II type of the Ti–28Nb–8Mo–12Zr alloy was constructed and analyzed. It was shown using scanning electron microscopy and electron backscatter diffraction method that the UFG structure with an average grain size of no more than 7 μm and high fraction of high-angle grain boundaries is formed in the investigated alloys as a result of longitudinal rolling followed by annealing for quenching. It was found that the formation of the UFG structure leads to a significant increase in the strength and plastic characteristics of these alloys. The regularities of the formation of UFG and SMC structures in the titanium β alloys Ti–28Nb–8Mo–12Zr and VT30 widely used in industry under the action of plastic deformation by the helical rolling method were studied. It was shown that the helical rolling of the VT30 alloy leads to the formation of the homogeneous UFG state as opposite to the developed Ti–28Nb–8Mo–12Zr β alloy where this method causes structure softening with micropores and microcracks formed in the central region. It is possible to form a nanostructured state with an average grain size of about 100 nm in Ti–Nb–Mo–Zr titanium β alloys using high-pressure torsion method.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.