Материал и методики исследования

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Материал исследования

В качестве материала исследования использовали цилиндрические образцы диаметром ø10 мм из β-титанового сплава TNTZ, Химический состав сплава представлен в таблице 2.1.

Молибденовый эквивалент сплава рассчитывали по формуле (2.1):

[ Mo ]экв,%масс=0,28[ Nb ]+0.22[ Ta ]                                                             (2.1)

[ Mo ]экв≈10.54%

Интенсивная пластическая деформация кручением

Для формирования наноструктуры в сплаве TNTZ применяли метод ИПДК.

Образцы вырезали методом электроэрозионной обработки с помощью электроискрового проволочно-вырезного станка «АРТА-120» в поперечных сечениях, толщиной 1,9 мм. Деформацию образцов проводили на гидравлическом прессе с максимальным давлением 6 ГПа и при температуре 20 ^оС. Образцы подвергали 1/4, 1/2,1 и 10 оборотам, что соответствовало эквивалентной степени деформации (0; 2,1; 2,7;3,5;5,8), которые рассчитывали с помощью выражения по Мизесу (2.2) [6]:

ε= , где N-число оборотов,  r- расстояние от центра образца, h- толщина диска.

Микроструктурные исследования

     Микроструктурные исследования образцов из сплава Ti-15Mo проводили методами оптической (ОМ), растровой (РЭМ). Образцы вырезали методом электроэрозионной обработки с помощью электроискрового проволочно-вырезного станка «АРТА-120».

Вырезанные плоскопараллельные образцы для исследований с помощью ОМ и РЭМ подвергали шлифовке на абразивной бумаге с переходом от крупной зернистости к мелкой (от Р100 до Р4000) на установках LaboPol. При этом каждый переход сопровождался сменой направления шлифовки на 90°. Далее поверхность образцов полировали на сукне MDchem с использованием водной суспензии OP-S на основе диоксида кремния. Травление образцов проводили в смеси плавиковой и азотной кислот (4 % HF+20 % HNO3) на основе глицерина или воды.

Для ПЭМ исследований микроструктуры вырезали тонкие диски диаметром 3 мм и толщиной 300 мкм. Далее с помощью шлифовки на абразивной бумаге с зернистостью Р1000 толщину заготовок уменьшали до 100 мкм. Фольги изготавливали методом двусторонней струйной полировки на установке TenuPol 5. При этом использовали электролит для титана (5 % хлорной кислоты, 35 % бутанола и 60 % метанола), полировку проводили в интервале температур -30… -25 °С, при напряжении 20-25 В.

Механические испытания

Измерение микротвердости

    Для измерения микротвердости вырезались плоские образцы, поверхность которых подвергалась механической шлифовке и полировке. Микротвердость по Виккерсу образцов определяли на приборе Микротвердомер Struers Duramin при нагрузке 100, 300 и 1000 г., и длительностью выдержки 10 секунд.

Измерения поводили на 5 образцах: исходном и крученых при ¼,1/2, 1 и 10 оборотах соответственно.

Результаты исследований.

В ходе практической работы были проведены исследования микроструктуры методом растровой электронной микроскопии. Рисунок 8. Исходное состояние характеризуется четкими, неоднородными равноосными структурными элементами β-фазы, с большим разносом по размерам и тройными стыками в 120^о .

После деформации состояние сплава качественно изменилась: структура стала однородной, без четкого контраста элементов, значительно уменьшились размеры структурных элементов, понизилась четкость зерен, искривились границы. Для дальнейшего исследования данной деформированной структуры, очевидно, необходимо проведение дополнительных исследований.

Р

Р

Рис.8. ПЭМ изображения сплава TNTZ: а) микроструктура сплава в исходном состоянии; б) микроструктура сплава после 10 оборотов ИПДК при комнатной температуре.[5]

      Были поведены исследования влияния степени деформации на механические свойства, а именно микротвердость. Был построен график (рисунок 9) зависимости степени деформации от микротвердости, на котором видно, что с увеличением степени деформации повышается твердость.

Рисунок 9- Диаграмма зависимости микротвердости от степени деформации образцов.

4. Вывод:

1. Провели анализ литературы по теме «фазовые превращения в β-титановых сплавах».

2. Освоили и применили методики пробоподготовки образцов сплава TNTZ.

3. Освоили методики оптической микроскопии, РЭМ, и измерения микротвердости.

4. ИПДК приводит к сильной деформации структуры, которая характеризуется однородной структурой, нечетким контрастом.

5. С увеличением степени деформации при ИПДК твердость равномерно повышается и достигает конкретно после 10 оборотов значения 255±4,40 (МПа).

5. Список литературы:

1. Е.В.Коллинз. Физическое металловедение титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1988. 224 с.; Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. / Под ред. Б.А.Колачева, С.Г.Глазунова. - М.: Металлургия, 1992. – 35 с.

2. Аношкин Н.Ф. (ред.) Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов, М.:Металлургия,1980-21-145с.

3. Кокс Ю.В. Физика прочности и пластичности. Пер. с англ., сборник. - М.: Металлургия, 1972. 304 с

4. A.Vinogradov, S.Hashimoto, Multiscale phenomena in fatigue of ultra-fine grain materials - an overview. // Materials Transactions. 2001. V.42(1). pp.74-84

5. Сегал В.М. Пластическая обработка металлов простым сдвигом / В.М. Сегал, В.И. Резников, А.С. Дробышевкий, В.И. Копылов // Известия АН СССР. Металлы. - 1981. - С.115-123

6. Бриджмен П. Исследования больших пластических деформаций и разрыва. Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства материалов / П. Бриджмен; пер. с англ. А.И. Лихтера; под ред. Л.Ф. Верещагина. - М.: Ин. лит-ра, 1955. - 444 с

7. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?