Известия РАН. Механика твердого тела, 2020, № 5, стр. 38-50

ФРАКТОГРАФИЯ, ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ И СТРУКТУРНАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ УДАРНОМ НАГРУЖЕНИИ НЕРАВНОВЕСНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti–6Al–4V

И. В. Власов a, В. Е. Егорушкин a, В. Е. Панин abc*, А. В. Панин ab, О. Б. Перевалова a

a Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Томск, Россия

b Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Томск, Россия

c Национальный исследовательский Томский государственный университет
Томск, Россия

* E-mail: viv@ispms.tsc.ru

Поступила в редакцию 20.02.2020
После доработки 27.03.2020
Принята к публикации 04.04.2020

Аннотация

Впервые исследован титановый сплав Ti–6Al–4V с сильнонеравновесными α- и β‑фазами. Для этого он был подвержен поперечно-винтовой прокатке (ПВП) при T = 1000°C (выше температуры полиморфного превращения), а затем закален в воде, чтобы частично сохранить в α-фазе – ванадий, а в β-фазе – алюминий. При активном одноосном растяжении неравновесный сплав ВТ6 деформировался в отсутствие деформационного упрочнения при комнатной температуре. Сплавы, обработанные ПВП ниже температуры полиморфного превращения, показали традиционное параболическое упрочнение. Неравновесность сплава ВТ6 обусловила сильное возрастание его ударной вязкости при низких температурах вплоть до T = –70°C. Усталостная долговечность неравновесного сплава возросла в два раза. Если исходный сплав при низких отрицательных температурах имеет вязко-хрупкое разрушение, то неравновесный сплав деформируется вязко со всеми признаками структурной турбулентности. Структурная турбулентность в неравновесном сплаве проявляется в интервале температур от 20 до –70°C, при деформации 3D-напечатанных образцов, в условиях ударного расслоения диффузионно спеченных многослойных пакетов сплава ВТ6.

Ключевые слова: сплав Ti–6Al–4V, неравновесные фазы α и β, низкотемпературная ударная вязкость, усталостная долговечность, структурная турбулентность

DOI: 10.31857/S0572329920050153

Список литературы

  1. Peters M., Gysler A., Lütyering G. Titanium’80. Science and Technology. Metallurgical Society of AIME, 1980. 1777 p.

  2. Lucas J.J., Jaffee R.I., Burte H.M. Improvements in the Fatigue Strength of Ti–6Al–4V Forgings // Titanium Science and Technology. Plenum Press, 1973. P. 2081–2096.

  3. Zwicker U. Titan and Titanlegierungen. Berlin: Springer, 1974. 101 p.

  4. Collings E.W. The Physical Metallurgy of Titanium Alloys. OH: American Society for Metals, 1984. 261 p.

  5. Панин В.Е., Панин А.В., Перевалова О.Б., Шугуров А.Р. Мезоскопические структурные состояния на наномасштабном уровне в поверхностных слоях титана и его сплава Ti–6Al–4V, создаваемые ультразвуковой и электронно-пучковой обработкой // Физ. мезомех. 2018. Т. 21. № 5. С. 5–15.

  6. Панин В.Е., Сурикова Н.С., Смирнова А.С., Почивалов Ю.И. Мезоскопические структурные состояния в пластической деформации наноструктурных металлических материалов // Физ. мезомех. 2018. Т. 21. № 3. С. 12–17.

  7. Panin V.E., Derevyagina L.S., Panin S.V., Shugurov A.R., Gordienko A.I. The role of nanoscale strain-induced defects in the sharp increase of low-temperature toughness in low-carbon and low-alloy steels // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 768. P. 138491.

  8. Панин В.Е., Шулепов И.А., Деревягина Л.С., Панин С.В., Гордиенко А.И., Власов И.В. Создание наномасштабных мезоскопических структурных состояний для образования мартенситных фаз в низколегированной стали с целью получения высокой низкотемпературной ударной вязкости // Физ. мезомех. 2019. Т. 22. № 6. С. 5–13.

  9. Панин В.Е., Шулепов И.А., Панин А.В., Перевалова О.Б., Власов И.В. Влияние наномасштабных мезоскопических структурных состояний, связанных с кривизной кристаллической решетки, на механическое поведение титанового сплава Ti–6Al–4V // Физ. мезомех. 2019. Т. 22. № 6. С. 14–23.

  10. Панин В.Е., Сурикова Н.С., Панин С.В., Шугуров А.Р., Власов И.В. Влияние наномасштабных мезоскопических структурных состояний, связанных с кривизной кристаллической решетки, на механическое поведение Fe–Cr–Mn аустенитной стали // Физическая мезомеханика. 2019. Т. 22. № 3. С. 5–14.

  11. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Кузнецов П.В., Гальченко Н.К., Шугуров А.Р., Власов И.В., Дерюгин Е.Е. Структурная турбулентность пластического течения и вязкого разрушения низколегированной стали в условиях кривизны кристаллической решетки // Физ. мезомех. 2019. Т. 22. № 4. С. 16–28.

  12. Panin V.E., Egorushkin V.E., Elsukova T.F., Surikova N.S., Pochivalov Yu.I., Panin A.V. Multiscale Translation-Rotation Plastic Flow in Polycrystals. Handbook of Mechanics of Materials. Springer Nature Singapore Pte Ltd, 2018. 38 p. https:// doi.org/https://doi.org/10.1007/978-981-10-6855-3_77-1.

  13. Кузнецов П.В., Панин В.Е., Гальченко Н.К. Механизм упрочнения низкоуглеродистых и низколегированных сталей с одновременным возрастанием пластичности и вязкости разрушения // Физ. мезомех. 2019. Т. 22. № 5. С. 19–27.

  14. Кайбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов. М.: Металлургия, 1975. 280 с.

  15. Грабский М.В. Структурная сверхпластичность металлов. М.: Металлургия, 1975. 272 с.

  16. Новиков Н.Н., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном. М.: Металлургия, 1981. 168 с.

  17. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. М.: Металлургия, 1984. 272 с.

  18. Джифкинс Р.С. Механизмы сверхпластической деформации // Сверхпластическая формовка конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1985. С. 11–35.

  19. Сурикова Н.С., Панин В.Е., Деревягина Л.С., Луттфуллин Р.Я., Манжина Э.В., Круглов А.А., Саркеева А.А. Микромеханизмы деформации и разрушения слоистого материала из титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении // Физ. мезомех. 2014. Т. 17. № 5. С. 39–50.

  20. Саркеева А.А., Круглов А.А., Бородин Е.М., Гладковский С.В., Луттфуллин Р.Я. Поведение при ударном нагружении слоистого материала из титанового сплава // Физ. мезомех. 2012. Т. 15. № 5. С. 51–57.

  21. Бондар А.А., Великанова Т.Я., Даниленко В.М., Дементьев В.М., Козлов Э.В., Лукашенко Г.М., Сидорко В.Р., Штерн Д.М. Стабильность фаз и фазовые равновесия в сплавах переходных металлов. Киев: Наукова думка, 1991. 200 с.

  22. Zhu Tanqkui, Li Miaoquan. Lattice variations of Ti–6Al–4V alloy with hydrogen content // Materials characterization. 2011. V. 62. P. 724–729.

  23. Прядко Т.В. Особенности гидрирования сплавов системы Ti–V // Металлофизика. Новейшие технологии. 2015. Т. 37. № 2. С. 243–255.

  24. Мухамедов А.М. Эффект потери индивидуальности частицами турбулентной среды в процессе движения: связь между турбулентной мезодинамикой и турбулентной микроскопической феноменологией // Физ. мезомех. 2014. Т. 17. № 2. С. 25–34.

  25. Мухамедов А.М. Геометрические модели мезомеханики сплошной среды: динамические степени свободы с неэйлеровой пространственно-временной эволюцией // Физ. мезомех. 2018. Т. 21. № 4. С. 13–21.

  26. Mukhamedov A.M. Developed Turbulence: New Methods for Turbulence Modeling // Phys. mesomech. 2019. V. 22. № 3. P. 181–187.

  27. Egorushkin V.E. Dynamics of Plastic Deformation. Localized Inelastic Strain Waves in Solids // Physical Mesomechanics of Heterogeneous Media and Computer-Aided Design of Materials / Ed. by V.E. Panin. Cambridge: Int, Sci. Pub., 1998. P. 41–64.

  28. Matsukawa Y., Zinkle S.J. One-dimensional fast migration of vacancy clusters in metals // Science. 2007. V. 318. P. 959–962.

  29. Стид Дж.В., Этвуд Дж.Л. Супрамолекулярная химия. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2007. Т. 1. 480 с. Т. 2. 416 с.

  30. Гузев М.А., Дмитриев А.А. Бифуркационное поведение потенциальной энергии системы частиц // Физ. мезомех. 2013. Т. 16. № 3. С. 27–33.

Дополнительные материалы отсутствуют.