научная статья по теме РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО БОРОМ Физика

Текст научной статьи на тему «РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО БОРОМ»

^ ПРОЧНОСТЬ

И ПЛАСТИЧНОСТЬ

УДК 669.295:539.374:548.53

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ТИТАНА,

МОДИФИЦИРОВАННОГО БОРОМ

© 2015 г. Р. А. Гайсин*, В. М. Имаев*, **, Р. М. Имаев*, **

*Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа 450001, ул. Халтурина, 39 **Башкирский государственный университет, Уфа 450076, ул. Валиди, 32 e-mail: ramilgaisin@gmail.com Поступила в редакцию 28.03.2014 г.; в окончательном варианте — 20.05.2014 г.

Выполнено сравнительное исследование рекристаллизационного поведения при горячей деформации технически чистого титана (ВТ1-0) с добавкой 0.2 вес. % бора в литом состоянии и нелегированного технически чистого титана в горячекатаном и литом состояниях. Введение бора приводит к формированию однородно распределенных коротких волокон и частиц моноборида титана (TiB), способствующих существенному измельчению литой структуры. Рекристаллизационное поведение сплавов изучали после деформации сжатием при Т = 900...600°C с помощью EBSD-анализа. Установлено, что кинетика рекристаллизации, если сравнивать ВТ1-0 и ВТ1-0-0.2В с исходной литой структурой, существенно ускоряется благодаря присутствию боридов. Рекристаллизационное поведение ВТ1-0 с исходной горячекатаной структурой и ВТ1-0-0.2В с исходной литой структурой оказалось примерно схожим. На основе проведенного исследования предложены рекомендации, следование которым должно облегчить (удешевить) получение мелко- и ультрамелкозернистых полуфабрикатов из технически чистого титана.

Ключевые слова: титановые сплавы, моноборид титана, микроструктура, рекристаллизация. DOI: 10.7868/S0015323015010052

ВВЕДЕНИЕ

Технически чистый титан в литом состоянии обычно подвергают горячей штамповке, прокатке с целью получения относительно мелкозернистых прутков, слябов и др. полуфабрикатов, пригодных как для практического использования, так и для последующих деформационно-термических переделов с целью получения улучшенных механических свойств. Как известно [1], подобная стандартная обработка повышает стоимость литого титана примерно в два раза. Размер зерен, получаемый после стандартной горячей штамповки/прокатки, составляет обычно d = 15—50 мкм [1—8]. Измельчение структуры по сравнению с литым состоянием улучшает все основные механические характеристики титана и повышает его технологическую пластичность, что создает возможности для дальнейшего измельчения структуры с помощью деформационных методов. В частности, в последние годы немалое число работ было посвящено использованию больших пластических деформаций для формирования ультрамелкозернистой ^ < 1 мкм) структуры в титане. Для этого, как правило, используют теплую или холодную (вплоть до криогенной) деформацию с большой

суммарной степенью и сложные деформационные схемы (циклические и монотонные), такие как всесторонняя ковка, всесторонняя ковка с последующей прокаткой, равноканальное угловое прессование с последующей прокаткой, гидростатическая экструзия и др. [2—10]. С понижением температуры деформации степень деформации, необходимая для получения полностью рекри-сталлизованной структуры, значительно возрастает, что обусловлено изменением механизмов деформации и рекристаллизации. При переходе от горячей к теплой деформации механизм прерывистой динамической рекристаллизации сменяется механизмами фрагментации и непрерывной динамической рекристаллизации; кроме того, активизируется деформационное двойникование, способствующее формированию новых рекристаллизо-ванных зерен [3—5, 8]. При холодной деформации дефицит термической активации подавляет механизмы рекристаллизации, и основными структурообразующими механизмами деформации являются деформационное двойникование и фрагментация, а по мере увеличения деформации — только фрагментация, поскольку двойникование при измельчении зерен/фрагментов до d ~ 0.5—1 мкм подавляется [3, 4, 8].

Между тем, с практической точки зрения, применение теплой и холодной деформации титана с использованием разных схем нагружения и больших степеней деформации едва ли целесообразно, учитывая многократно возрастающую стоимость получаемого полуфабриката. В этой связи актуальной представляется задача сокращения числа деформационных переделов и уточнения условий деформационной обработки для получения однородной мелко- или ультрамелкозернистой структуры в технически чистом титане.

В работах последних лет было показано, что легирование титановых сплавов бором в количестве ~0.1 вес. % ведет к образованию коротких волокон, частиц моноборида титана (HB), которые способствуют существенному измельчению исходной литой структуры. Это повышает технологическую пластичность в литом состоянии и облегчает развитие рекристаллизации при горячей деформации [11—14]. В отношении титана влияние малых добавок бора на развитие рекристаллизации при горячей деформации не изучалось.

Целью настоящей работы явилось исследование влияния модифицирования бором на механические свойства и рекристаллизационное поведение технически чистого титана (сплава ВТ1-0) при горячей деформации сжатием. Содержание вводимого бора было выбрано на основе экспериментов, выполненных на титановых сплавах [11—14], согласно которым существенный эффект измельчения структуры слитка достигается уже при содержании бора 0.1—0.2 весовых процента. В работе сравнивается рекристаллизационное поведение литого сплава ВТ1-0, модифицированного бором, с ВТ1-0 без бора в горячекатаном и литом состояниях.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

В качестве исходных материалов были выбраны технически чистый титан (ВТ1-0) в виде обычного горячекатаного прутка 020 мм, а также сплавы ВТ1-0 и ВТ1-0-0.2 вес. % В (далее ВТ1-0-Б) в литом состоянии. Слитки указанных сплавов весом около 100 грамм были выплавлены методом ар-гонно-дуговой плавки на лабораторной установке фирмы "Edmund Bühler". Для этого в качестве исходных материалов использовали пруток ВТ1-0 и борный порошок чистотой 99.5%, произведенный в ОАО "АВИАБОР".

Температуру полиморфного превращения полученных сплавов оценивали на основе закалочных экспериментов. Для этого образцы небольшого сечения нагревали до температур в интервале 870—920°C через каждые 10°, выдерживали 15 мин и закаляли в воде, после чего проводили старение при Т = 600°C в течение часа. Темпера-

туру полиморфного превращения оценивали металлографически по уменьшению количества первичной а-фазы.

Механические испытания на сжатие проводили при температурах Т = 20 и 500—900°C с начальной скоростью деформации s' = 10-3 с-1. При комнатной температуре деформацию проводили до начала разрушения образца, при повышенных температурах - на одинаковую степень деформации s = 60%. Для испытаний на сжатие использовали образцы с размерами 5 х 5 х 8 мм3. После испытаний при повышенных температурах образцы извлекали из печи на воздух не более, чем за 30 секунд. Испытания проводили на испытательной машине фирмы Scheck Trebel RMS-100. Кривые зависимостей истинного напряжения течения от деформации строили с учетом равномерного увеличения поперечного сечения образцов в ходе испытания. На каждую точку испытывали два образца.

Образцы, деформированные при повышенных температурах, разрезали пополам вдоль направления приложения нагрузки и изучали микроструктуру полученного сечения. Микроструктурные исследования проводили на оптическом микроскопе Olympus GX-51 и сканирующем электронном микроскопе Mira-3 Tescan. В ВТ1-0-Б и ВТ1-0 с исходной литой структурой после горячей деформации металлографически оценивали объемную долю рекристаллизованных зерен, принимая во внимание образовавшиеся мелкие равноосные зерна. Для ВТ1-0 в горячекатаном состоянии объемная доля рекристаллизованной структуры не оценивалась. При изучении исходной и деформированной микроструктуры, полученной после горячей деформации, использовали также метод автоматического анализа картин дифракции обратно-рассеянных электронов (EBSD-анализ) с шагом сканирования 0.2-1 мкм. Малоугловые границы с разориентировкой менее 2°, учитывая погрешность EBSD-анализа, были исключены из рассмотрения. Оценивая долю большеугловых границ зерен, принимали во внимание границы с разори-ентировкой более 15°. EBSD-анализ использовали также для оценки среднего размера рекристаллизо-ванных зерен.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Микроструктура в исходном состоянии. На

рис. 1а-1в представлена исходная микроструктура литых сплавов ВТ1-0 и ВТ1-0-Б, а на рис. 1г — микроструктура ВТ1-0 в горячекатаном состоянии. Введение бора приводит к образованию однородно распределенных коротких волокон и частиц моноборида титана (TiB) [15] длиной до 100 мкм, расположенных преимущественно по границам колоний и способствовавших существенному из-

Рис. 1. Исходная микроструктура сплавов ВТ1-0 и ВТ1-0-Б, полученная с помощью сканирующей электронной микроскопии на основе ББ8В-анализа (а, б) и оптической микроскопии (в, г):

а — литое состояние ВТ1-0; б, в — литое состояние ВТ1-0-Б, г — ВТ1-0 в горячекатаном состоянии; а, б — черным линиям соответствуют большеугловые границы зерен, белым — малоугловые.

мельчению литой структуры. Размер колоний и длина а-пластин в ВТ1-0-Б составляет примерно 10-100 мкм против ~100—1000 мкм в литом ВТ1-0. Микроструктура горячекатаного сплава ВТ1-0 характеризуется относительно мелкозернистой, преимущественно равноосной структурой со средним размером зерен d = 20 мкм (рис. 1г).

На рис. 2 представлены результаты измерения спектров разориентировок границ в исходных состояниях сплавов, полученные с помощью ББ8Э-анализа. Спектры разориентировок границ в литых сплавах ВТ1-0 и ВТ1-0-Б выглядят подобно: доля большеугловых, преимущественно специальных, границ зерен составляет 68.7 и 65.9% соответственно в ВТ1-0 и ВТ1-0-Б, остальные границы зерен являются малоугловыми. Спектр разориен-

тировок границ в сплаве ВТ1-0 в горячекатаном состоянии примерно на одну треть состоит из большеугловых границ зерен преимущественно произвольного типа (о чем свидетельствует непрерывность спектра большеугловых границ зерен с незначительными пиками в области 30° и 90°, соответствующими специальным границам),

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»