Упругие И Микропластические Свойства Титана В Различных Структурных Состояниях

Abstract

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...

Влияние Термообработки На Упругие И Микропластические Свойства Ультрамелкозернистого Титана С Разным Содержанием Примесей

“…Настоящая работа посвящена исследованию влияния интенсивной пластической деформации (ИПД) на упругопластические свойства титана. Этот металл в ультрамелкозернистом (УМЗ) состоянии после ИПД используется в медицине в качестве имплантата [1][2][3][4], поскольку мелкое зерно обеспечивает его высокую прочность [5]. Большое значение здесь имеет постоянство упругих и других механических свойств, в частности их термическая стабильность.…”

“…Перевод в УМЗ-состояние осуществлялся с помощью отработанного режима винтовой и продольной прокатки [1,3]. Следует отметить, что после ИПД все исследованные марки титана имели почти одинаковую поликристаллическую структуру с размером зерен ∼ 250 × 290 nm.…”

“…Этот метод представляется более надежным и информативным, чем оценка упругих свойств по данным механических испытаний, например наноиндентирования, которое практически нечувствительно [6] к влиянию пористости, или ультразвукового метода [7]. Как и в предыдущих экспериментах [1,2], использовались умеренные амплитуды, такие, чтобы дислокационная структура не менялась после приложения к образцу акустической нагрузки. УМЗ-образцы титана для акустических измерений имели форму стержней прямоугольного сечения ∼ 2 × 4 mm длиной около 22 mm.…”

“…Здесь характерными являются небольшие, почти всегда немонотонные изменения всех трех параметров (E, δ i и σ s ) при увеличении температуры и длительности отжига. Это может быть связано с тем, что помимо подвижности дислокаций на эти параметры могут оказывать влияние другие факторы, такие как площадь границ зерен, пористость, суммарная плотность дислокаций и дальнодействующие поля внутренних напряжений [1]. Перечисленные факторы способны как увеличивать, так и уменьшать значения E, δ i и σ s .…”