ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТИТАНА В СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ABC- ПРЕССОВАНИЯ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ МНОГОХОДОВОЙ ПРОКАТКОЙ Автор: Чабанец А.А., магистрант НИУ «ТПУ», МСФ, гр.4М252 Научный руководитель: Ерошенко А.Ю., м.н.с. ИФПМ СО РАН ИФПМ Томск 2010

2 Титан и сплавы на его основе являются распространенными конструкционными материалами. Сочетание низкой плотности, высоких коррозионной стойкости и прочности делает их привлекательными для многих областей, таких как авиация, космонавтика, химическая промышленность, медицина и др.; Одной из областей применения титана является медицина. Технически чистый титан марок ВТ 1-0 и ВТ 1-00, выпускаемый в России, по сравнению с титановыми сплавами не всегда обладает требуемым уровнем прочностных свойств, хотя отсутствие легирующих элементов как Al, V, Mo и др., токсичных для организма человека, определяет его применение в медицине ; Традиционные методы обработки металлов не позволяют обеспечить требуемый уровень прочностных свойств. В связи с этим весьма перспективным направлением материаловедения является формирование методами интенсивной пластической деформации субмикрокристаллического и / или наноструктурированного состояния в металлах, в том числе, в титана.

Объект исследований Технически чистый титан марки ВТ 1-0 Исходная структура: -твердый раствор ВТ1-0, средний размер зерна - 15 мкм Марка TiSiFeOHN ВТ1-0Основа0,100,250,200,0100,04 Химический состав титана, масс. % 5 мкм 10 мкм 3

1 – исходная заготовка (стрелкой показано направление приложенной нагрузки при прессовании), 2 – заготовка после первого цикла прессования, 3,4,5 – повторение последующих циклов прессования со сменой оси деформации Получение субмикрокристаллического титана Этап 1. Многократное одноосное прессование аbc- прессование Размеры заготовок титана после первого этапа прессования составляли мм. Многократное одноосное прессование проводилось в интервале скоростей с -1 при последовательном ступенчатом понижении температуры в интервале от 500 C до 400 C. Каждый цикл при заданной температуре включал 3-кратное прессование со сменой оси деформации. 1 2 Этап 2. Пластическая деформация прокаткой 1 – прокатка, 2 – вид заготовки после прокатки Накопленная деформация - 75% Размеры получаемых заготовок в форме прутков мм, Температура дорекристаллизационного отжига прутков C 4

Методы исследования : Просвечивающая электронная микроскопия (просвечивающий электронный микроскоп ЭМ 125 К) Измерение микротвердости (микротвердомер Duramin 5) 5

0,3 мкм Все исследуемые образцы субмикрокристаллического титана были предварительно подвергнуты отжигу при температуре 300°С. 6 0,25 мкм 300° С 0,8 мкм 500° С Зависимость среднего размера структурных элементов и зерна титана от температуры отжига 400° С 350° С 700° С 900° С 0,3 мкм 30 мкм

7 Зависимость микротвердости образцов от температуры отжига T °СT °С H, МПа , , , , , , , , ,84 350

1. Комбинированным методом интесивной пластической деформации, включающей трехстадийное abc- прессование и многоходовую прокатку, получено субмикрокристаллическое состояние в титана ВТ 1-0 со средним размером элементов структуры от 400 нм до 160 нм. 2. Построена температурная зависимость среднего размера элементов структуры ( фрагменты, субзерна и зерна ) и механических свойств от температуры отжига СМК титана. В качестве механических свойств была выбрана микротвердость. После отжига при 350° С наблюдаются признаки процесса рекристаллизации. Отжиг при 400° С приводит к исчезновению областей с зернами, имеющих размеры менее 0,1 мкм. При температурах выше 400° С имеют место процессы собирательной рекристаллизации и происходит существенное увеличение среднего размера зерен. По мере увеличения температуры отжига микротвердость образцов титана понижается. 3. Верхний порог термической стабильности для механических свойств заготовок титана, полученных комбинированным методом abc- прессования и прокатки, с сформированной субмикрокристаллической структурой равен 350° С. Автор выражает благодарность научному руководителю А. Ю. Ерошенко. за постановку задачи, помощь в эксперименте и обсуждении результатов ; Толмачева А. И. за помощь в подготовке образцов, сотрудникам лаборатории физики наноструктурных биокомпозитов ИФПМ СО РАН за выполнение части экспериментов и помощь в исследованиях. Заключение 8