Влияние мегапластической деформации в камере Бриджмена на фазовые превращения, коррозионное поведение и микротвердость титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0

  • Черетаева Алиса Олеговна Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия) http://orcid.org/0000-0002-3952-9556
  • Шурыгина Надежда Александровна Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия) http://orcid.org/0000-0003-2273-0963
  • Глезер Александр Маркович Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия) http://orcid.org/0000-0002-3491-1326
Ключевые слова: сверхчистый титан, технически чистый титан, мегапластическая деформация (МПД), камера Бриджмена, фазовые превращения, коррозионная стойкость, микротвердость, кручение под высоким давлением (КВД), ВТ1-00, ВТ1-0

Аннотация

Титан и его сплавы благодаря сочетанию легкости, высокой удельной прочности, коррозионной стойкости представляют интерес во многих областях промышленности – машиностроении, судостроении, авиастроении. Для применения в области медицины технически чистый титан наиболее предпочтителен из-за высокой биосовместимости и отсутствия в нем токсичных элементов. Чистый титан обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, однако уступает титановым сплавам по другим механическим характеристикам, таким как предел прочности, предел текучести, твердость. Перспективным методом повышения прочности титана до уровня сильно легированных сплавов является мегапластическая деформация (МПД). Работа посвящена изучению влияния МПД в камере Бриджмена на структуру (фазовые превращения, происходящие в чистом титане марок ВТ1-00 и ВТ1-0), коррозионную стойкость и микротвердость. Кручением под высоким давлением (КВД) получены образцы с разной степенью деформации: от 0,25 до 4 оборотов подвижной наковальни. Проведены исследования полученных образцов методами рентгеностуктурного анализа, электрохимических испытаний. Исследован фазовый состав образцов титана двух марок, содержащих 0,1 и 0,3 % примесей, до и после МПД. Установлено, что КВД приводит к образованию двухфазной смеси α+ω. Показан положительный эффект МПД на механические свойства титана. Микротвердость деформированного материала увеличивается по сравнению с исходным состоянием, при этом не происходит ухудшения коррозионной стойкости в исследованной среде. Титан при всех режимах деформации находится в пассивном состоянии. Для сплава ВТ1-0 стационарные потенциалы коррозии образцов после КВД имеют более положительное значение по сравнению с исходным недеформированным материалом.

Биографии авторов

Черетаева Алиса Олеговна, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия)

младший научный сотрудник МФМ-1 Научного центра металловедения и физики металлов

Шурыгина Надежда Александровна, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия)

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник МФМ-1 Научного центра металловедения и физики металлов

Глезер Александр Маркович, Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина, Москва (Россия)

доктор физико-математических наук, профессор, директор Научного центра металловедения и физики металлов

Литература

Rack H.J., Qazi J.I. Titanium alloys for biomedical applications // Materials Science and Engineering C. 2006. Vol. 26. № 8. P. 1269–1277.

Кардашев Б.К., Нарыкова М.В., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г. Влияние интенсивной пластической деформации на упругие свойства Ti и его сплавов // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 3. С. 71–76.

Глезер А.М. Современные методы создания высокопрочных многофункциональных материалов // Прочность неоднородных структур – ПРОСТ 2018: сборник трудов IХ Евразийской научно-практической конференции. М., 2018. С. 7.

Латыш В.В., Бурлаков И.А., Забельян Д.М., Алимов А.И., Петров П.А., Степанов Б.А., Бач Ву Чонг. Повышение прочности технического титана ВТ1-0 методом интенсивной пластической деформации // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2018. № 6. С. 54–60.

Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications // Progress in Materials Science. 2008. Vol. 53. № 6. Р. 893–979.

Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия, 1986. 224 с.

Шурыгина Н.А., Черетаева А.О., Глезер А.М., Дьяконов Д.Л., Щетинин И.В., Сундеев Р.В., Томчук А.А., Мурадимова Л.Ф. Влияние температуры мегапластической деформации в камере бриджмена на особенности формирования структуры и физико-химических свойств титана (ВТ1-0) // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2018. Т. 82. № 9. С. 1226–1238.

Balyanov A., Kutnyakova J., Amirkhanova N.A., Stolyarov V.V., Valiev R.Z., Liao X.Z., Zhao Y.H., Jiang Y.B., Xu H.F., Lowe T.C., Zhu Y.T. Corrosion resistance of ultra-fine-grained Ti // Scripta Materialia. 2004. Vol. 51. № 3. P. 225–229.

Hoseini M., Shahryari A., Omanovic S., Szpunar J.A. Comparative effect of grain size and texture on the corrosion behaviour of commercially pure titanium processed by equal channel angular pressing // Corrosion Science. 2009. Vol. 51. № 12. P. 3064–3067.

Ralston K.D., Birbilis N. Effect of grain size on corrosion: A review // Corrosion. 2010. Vol. 66. № 7. P. 0750051–07500513.

Balakrishnan A., Lee B.C., Kim T.N., Panigrahi B.B. Corrosion behaviour of ultra fine grained titanium in simulated body fluid for implant application // Trends in Biomaterials and Artificial Organs. 2008. Vol. 22. № 1. P. 54–60.

Амирханова Н.А., Валиев Р.З., Александров И.В., Исламгалиев Р.К., Кутнякова Ю.Б., Адашева С.Л., Черняева Е.Ю., Балянов А.Г., Даутова А.Т., Хайдаров Р.Р. Влияние равноканального углового прессования на коррозионное поведение ультрамелкозернистых материалов: никеля, алюминиевых сплавов, титанового сплава ВТ 1-0, магниевого сплава и УМЗ меди, полученной по различным маршрутам // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2006. T. 7. № 3. C. 42–51.

Nie M., Wang C.T., Qu M., Gao N., Wharton J.A., Langdon T.G. The corrosion behavior of commercial purity titanium processed by high-pressure torsion // Journal of Materials Science. 2014. Vol. 49. № 7. P. 2824–2831.

Klevtsov G.V., Valiev R.Z., Klevtsova N.A., Merson E.D., Pigaleva I.N. Corrosion resistance of steels with ultrafine grained structure in hydrogen sulfide environment // Letters on Materials. 2019. Vol. 9. № 3. P. 282–287.

Faghihi S., Li D., Szpunar J.A. Tribocorrosion behaviour of nanostructured titanium substrates processed by high-pressure torsion // Nanotechnology. 2010. Vol. 21. № 48. P. 485703.

Божко П.В., Коршунов А.В., Ильин А.П., Лотков А.И., Раточка И.В. Электрохимическое поведение пластически деформированного титана в растворах серной кислоты // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319. № 3. С. 17–24.

Semenov V.I., Huang S.-J., Tontchev N., Valiev R.R., Belov P.A., Bogale D., Wang A. Corrosion behavior of commercially-pure titamium with different microstructures // Materials science. Non-equilibrium phase transformations. 2017. Vol. 3. № 5. P. 167–171.

Хлебникова Ю.В., Егорова Л.Ю., Пилюгин В.П., Суаридзе Т.Р., Пацелов А.М. Эволюция структуры монокристалла α-титана при интенсивной пластической деформации кручением под давлением // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 7. С. 60–68.

Жиляев А.П., Попов В.А., Шарафутдинов А.Р., Даниленко В.Н., Жиляев А.П. Индуцированная сдвигом под давлением метастабильная ω-фаза в титане // Письма о материалах. 2011. Т. 1. № 4. С. 203–207.

Balakrishnan A., Lee B.C., Kima T.N., Panigrahib B.B. Corrosion behavior of ultra fine grained titanium in simulated body fluid for implant application // Trends in Biomaterials and Artificial Organs. 2008. Vol. 22. № 1. P. 58–64.

Опубликован
2020-03-28
Выпуск
Раздел
Технические науки