Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации

Исследованы три технологические схемы интенсивной пластической деформации (ИПД): осадка с кручением, осадка-протяжка и осадка-протяжка в сочетании с прессованием. Описаны структуры и свойства образцов из молибдена и вольфрама, обработанных по этим схемам. Показано, что в исследованных образцах в рез...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автори:	Шундалов, В.А., Шарафутдинов, А.В., Латыш, В.В., Михайлов, И.Н., Шестакова, Л.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2003
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167968
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации / В.А. Шундалов, А.В. Шарафутдинов, В.В. Латыш, И.Н. Михайлов, Л.О. Шестакова // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 113-120. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-167968
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1679682020-04-19T01:25:56Z Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации Шундалов, В.А. Шарафутдинов, А.В. Латыш, В.В. Михайлов, И.Н. Шестакова, Л.О. Исследованы три технологические схемы интенсивной пластической деформации (ИПД): осадка с кручением, осадка-протяжка и осадка-протяжка в сочетании с прессованием. Описаны структуры и свойства образцов из молибдена и вольфрама, обработанных по этим схемам. Показано, что в исследованных образцах в результате ИПД по разным схемам формируются нанокристаллические (НК) структуры. Three technological schemes of severe plastic deformation (SPD), such as torsional upsetting, upsetting-broaching and upsetting-broaching combined with extrusion have been investigated. Structure and properties of molybdenum and tungsten specimens treated according to the above schemes are described. It is shown that in the investigated specimens the nanocrystalline (NC) structures are formed as a result of SPD schemes. 2003 Article Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации / В.А. Шундалов, А.В. Шарафутдинов, В.В. Латыш, И.Н. Михайлов, Л.О. Шестакова // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 113-120. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.-z http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167968 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследованы три технологические схемы интенсивной пластической деформации (ИПД): осадка с кручением, осадка-протяжка и осадка-протяжка в сочетании с прессованием. Описаны структуры и свойства образцов из молибдена и вольфрама, обработанных по этим схемам. Показано, что в исследованных образцах в результате ИПД по разным схемам формируются нанокристаллические (НК) структуры.
format	Article
author	Шундалов, В.А. Шарафутдинов, А.В. Латыш, В.В. Михайлов, И.Н. Шестакова, Л.О.
spellingShingle	Шундалов, В.А. Шарафутдинов, А.В. Латыш, В.В. Михайлов, И.Н. Шестакова, Л.О. Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации Физика и техника высоких давлений
author_facet	Шундалов, В.А. Шарафутдинов, А.В. Латыш, В.В. Михайлов, И.Н. Шестакова, Л.О.
author_sort	Шундалов, В.А.
title	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
title_short	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
title_full	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
title_fullStr	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
title_full_unstemmed	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
title_sort	развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2003
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167968
citation_txt	Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации / В.А. Шундалов, А.В. Шарафутдинов, В.В. Латыш, И.Н. Михайлов, Л.О. Шестакова // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 1. — С. 113-120. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT šundalovva razvitietehnologičeskihmetodovformirovaniânanostrukturyivysokopročnogosostoâniâvprocessahintensivnojplastičeskojdeformacii AT šarafutdinovav razvitietehnologičeskihmetodovformirovaniânanostrukturyivysokopročnogosostoâniâvprocessahintensivnojplastičeskojdeformacii AT latyšvv razvitietehnologičeskihmetodovformirovaniânanostrukturyivysokopročnogosostoâniâvprocessahintensivnojplastičeskojdeformacii AT mihajlovin razvitietehnologičeskihmetodovformirovaniânanostrukturyivysokopročnogosostoâniâvprocessahintensivnojplastičeskojdeformacii AT šestakovalo razvitietehnologičeskihmetodovformirovaniânanostrukturyivysokopročnogosostoâniâvprocessahintensivnojplastičeskojdeformacii
first_indexed	2025-07-15T02:07:02Z
last_indexed	2025-07-15T02:07:02Z
_version_	1837676864253984768
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 113 PACS: 81.40.z В.А. Шундалов, А.В. Шарафутдинов, В.В. Латыш, И.Н. Михайлов, Л.О. Шестакова РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРЫ И ВЫСОКОПРОЧНОГО СОСТОЯНИЯ В ПРОЦЕССАХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Государственное унитарное предприятие «Научное конструкторско-технологическое бюро «Искра» г. Уфа, Россия Исследованы три технологические схемы интенсивной пластической деформации (ИПД): осадка с кручением, осадкапротяжка и осадкапротяжка в сочетании с прессованием. Описаны структуры и свойства образцов из молибдена и вольфрама, обработанных по этим схемам. Показано, что в исследованных образцах в резуль- тате ИПД по разным схемам формируются нанокристаллические (НК) структуры. Получение в материалах НК-структуры привлекает пристальное внимание исследователей, конструкторов и технологов. Первых интересует взаимо- связь необычных механических, физических свойств и структурного строе- ния материала; вторых  использование высокопрочных заготовок для изго- товления деталей в авиационной, ракетной технике, медицине, машино- строении; третьих  способы получения крупных нанокристаллических заго- товок и полуфабрикатов [1]. Так, например, в заготовках из технически чистого титана ВТ1-0 со сред- ним размером микрозерна 0.15 m предел прочности b повышен с 460 MPa (исходное горячекатаное состояние, средний размер микрозерен 15 m) до 1100 MPa, при этом сохранены хорошие пластические свойства материала [2,3]. В материале с НК-структурой существенно изменяются и физические па- раметры: магнитные свойства, электросопротивление, теплоемкость, диффу- зионные свойства и т.д. [1]. Известен ряд способов получения НК-структуры в материалах: порошко- вая металлургия, закалка из расплава, ИПД, химический синтез и т.д. Боль- шой интерес представляют деформационные методы, позволяющие реализо- вать уникальные свойства материалов в образцах малого размера и высокие свойства в достаточно массивных полуфабрикатах и заготовках. В данной работе на примере получения НК-структуры в труднодеформи- руемых тугоплавких металлах (вольфраме, молибдене, титане) рассмотрена ИПД методами осадки с кручением и свободной ковки по схеме осад- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 114 капротяжка в изотермических условиях с многократным изменением оси приложения деформирующего усилия. Первый способ предполагает создание в деформируемой заготовке (как правило, небольшого размера:  520 mm, толщиной 0.21.0 mm) условий высокого квазигидростатического давления для обеспечения повышенной пластичности материала и деформации простого сдвига посредством прило- жения к заготовке крутящего момента. Для реализации данного метода спе- циалистами ГУП НКТБ «Искра» в 1996 г. была спроектирована и изготовле- на установка СКРУДЖ-60М (ее схема, описание работы и техническая ха- рактеристика приведены в [4]). Она позволяет получать НК-структуру в раз- личных материалах и проводить экспериментальные работы по достижению наивысших механических и физических характеристик. Технологическая схема ИПД осадкойпротяжкой с многократным изме- нением оси приложения деформирующего усилия (рис. 1) позволяет сущест- венно повысить однородность деформации по сечению заготовки и предпо- лагает поэтапное проведение осадки и протяжки в изотермических условиях. Рис. 1. Технологическая схема ИПД осадкойпротяжкой [1] Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 115 Для осуществления данной схемы разработана и изготовлена штамповая оснастка «Плоские бойки» (рис. 2). С помощью резистивного нагревателя на рабочих частях оснастки поддержива- ются изотермические условия при тем- пературе до 950°С. Оснастку монтиро- вали в рабочей зоне пресса ДБ2434 усилием 2.5 MN. Получение НК-структуры в заготовках из молибдена Для получения НК-структуры в молибдене использовали прутки квадрат- ного сечения 1717300 mm cо средним размером зерен 60 m (рис. 3,а). Микротвердость исходного материала составляла НV = = 1830 MPa. а б в Рис. 2. Штамповая оснастка «Плоские бойки» Рис. 3. Микроструктура образца из молибдена (а  исходный пруток, 20000) после ИПД методами: б  осадки с кручением (80000), в  осадкипротяжки в поперечном направлении (50000) Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 116 После ИПД методом осадки с кручением (20°C, удельная нагрузка 6 GPa, угол поворота 10 rad) микротвердость образцов составила 7800 MPa. Мик- роструктура деформированного образца представлена на рис. 3,б. Из прутков изготовили заготовки размером 171745 mm, которые под- вергли ИПД осадкойпротяжкой в изотермических условиях в интервале температур 1000200°С. Один цикл деформирования включал в себя осадку (со степенью дефор- мации  = 50%) и протяжку ( = 50%). Образцы подвергнуты ИПД в объеме более 1000% суммарной дробной деформации. Скорость деформации состав- ляла 104103 s1. Типичная структура полученных образцов в поперечном направлении представлена на рис. 3,в. Средний размер зерен составил около 0.3 m, микротвердость образца НV = 3900 MPa. Получение НК-структуры в заготовках из вольфрама В качестве исходного материала для получения образцов методами ИПД использовали прутки из вольфрама  16 mm. Структура исходного состояния образцов, наблюдаемая в просвечиваю- щем микроскопе, характеризовалась средним размером зерен около 5 m (рис. 4,а) и плотностью решеточных дислокаций 3·109 m2. Образцы подвергали ИПД по следующим вариантам: 1) осадка с кручением; 2) осадкапротяжка (циклическое деформирование); 3) осадкапротяжка в сочетании с прессованием. В связи с высокой химической активностью вольфрама при температурах выше 400C с целью снижения газонасыщения на образцы перед деформиро- ванием наносили защитное технологическое многослойное покрытие. Получение образцов ИПД методом осадки с кручением проводили при комнатной температуре и 300C на установке СКРУДЖ-60М при следующих технологических параметрах: удельные нагрузки 56 GPa, угол поворота ин- струмента (нижнего бойка) 10 rad. Образцы  8 mm имели толщину 0.150.18 mm. После обработки при комнатной температуре внутри зерен наблюдали по- явление многочисленных субзерен и повышение плотности решеточных дис- локаций (рис. 4,б). Средний размер зерен не изменился, что свидетельствует о слабом измельчении структуры при данном режиме обработки. В результате обработки при температуре 300C в структуре образцов поя- вилась значительная разнозернистость (рис. 4,в). В частности, в ней наблю- дались участки, в которых размер зерна уменьшился до 0.5 m. В то же время были выявлены зерна с размером около 3 m, содержащие субзерна, дисло- кации и контуры изгиба. Это указывает на возможность более сильного из- мельчения структуры образцов при повышенных температурах. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 117 а б в г д е ж Рис. 4. Микроструктура образца из вольфрама (а  исходный пруток, 10000) после ИПД методом осадки с кручением при температуре: б  20C (10000), в  300C (20000), г  300C + отжиг при 800C (10000), д  300C + отжиг при 1100C (10000), е  то же (20000), ж  500C (10000) Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 118 С целью исследования термостабильности структуры образец, деформи- рованный при температуре 300C, подвергли вакуумному отжигу при 800 и 1100C. Изучение структуры показало, что после отжига при 800С наблю- дался рост среднего размера зерна до величины 5 m и более. Вместе с тем внутри зерен сохранились субзерна и повышенная плотность решеточных дислокаций (рис. 4,г). Отжиг при температуре 1100С привел к еще больше- му росту среднего размера зерен при сохранении субзеренной структуры (рис. 4,д,е). Деформацию образцов  15 mm и толщиной 0.5 mm осуществляли при температуре 500C со скоростью 1 min, удельной нагрузке 6 GPa и угле по- ворота 10 rad. Микротвердость вольфрама после этого повысилась до вели- чины 6145 MPa. Исследование методом просвечивающей электронной мик- роскопии подтвердило измельчение субзеренной структуры (рис. 4,ж). После деформации средний размер субзерен составил 0.50.6 m. Изме- нилась тонкая структура металла. По фотографиям видно, что повысилась плотность внутризеренных и граничных дислокаций. При больших увеличе- ниях можно наблюдать формирование ячеистой структуры с размером ячеек 0.150.3 m, разделенных малоугловыми дислокационными границами. ИПД осадкойпротяжкой проводили в интервале температур 1100550C в оболочке из конструкционной стали 45. На образцах ( 8.5 mm, длина 35 mm), подвергнутых такой циклической обработке с суммарной степенью деформации более 600% и последующему прессованию при температуре 550C, получен средний размер микрозерен 0.8 m. ИПД осадкойпротяжкой с прессованием осуществляли в интервале тем- ператур 1100530C. Степень деформации при осадке составила 5060% за один цикл. Прессование проводили со сменой оси приложения нагрузки на 90. Образец после тройного цикла осадкапрессование имел  9 mm, длину 120 mm и средний размер микрозерна 0.60.7 m. Образцы из вольфрама по- сле ИПД представлены на рис. 5. Можно отметить, что вольфрам обладает удовле- творительной пластичностью в интервале температур 1100530C, но для его обра- ботки давлением желательно использовать технологиче- ские схемы, обеспечивающие в образце условия всесторон- него объемного сжатия. Рис. 5. Внешний вид образцов из вольфрама после ИПД Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 119 Получение НК-структуры в образцах из титанового сплава ВТ1-0 Для получения НК-структуры использовались ИПД методом осадки с кручением и осадкипротяжки. В качестве исходного материала применяли горячекатаный пруток  50 mm с размером микрозерна 5080 m и исходной микротвердостью HV = 1600 MPa. Микроструктура прутка из сплава ВТ1-0 представлена на рис. 6. Рис. 6. Микроструктура прутка  50 mm Рис. 7. Микроструктура образца из сплава ВТ1-0 после ИПД методом осадки с кру- чением После проведения ИПД осадкой с кручением при комнатной температуре, удельных давлениях 6 GPa и угле поворота 10 rad средний размер микрозе- рен уменьшился до 0.10.15 m (рис. 7), а микротвердость возросла до значения HV = 4000 MPa. Циклическую ИПД осад- койпротяжкой проводили на цилиндрических заготовках ( 45mm, длина 60 mm) в ин- тервале температур 800100C в изотермических условиях. С уменьшением температуры обработки су- щественно уменьшались раз- меры микрозерен и повыша- лась микротвердость загото- вок (рис. 8). Рис. 8. График зависимости микротвердости (I, ) и размера микрозерен (II, ) от темпе- ратуры завершающего перехода: 19  поряд- ковый номер образца Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 1 120 1. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные интен- сивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). 2. В.В. Латыш, Ф.Ф. Мухаметов, Г.И. Рааб, Р.З. Валиев, в сб.: Актуальные вопросы ортопедии и травматологии, Уфа (1997), с. 74. 3. V.S. Zhernakov, V.V. Latysh, V.V. Stolyarov, A.J. Zharikov, R.Z. Valiev, in: Proc. of the Fourth Conference on Nanostructural Materials (NANO-98), Stockholm (1998), p. 609. 4. А.В. Шарафутдинов, В.А. Шундалов, В.В. Латыш, Р.З. Валиев, И.Н. Михайлов, ФТВД 12, ¹ 4, 76 (2002). V.A. Shundalov, A.V. Sharafutdinov, V.V. Latysh, I.N. Mikhailov, L.O. Shestakova DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL METHODS FOR THE FORMATION OF NANOSTRUCTURE AND HIGH-STRENGTH STATE DURING SEVERE PLASTIC DEFORMATION PROCESSES Three technological schemes of severe plastic deformation (SPD), such as torsional upset- ting, upsettingbroaching and upsetting-broaching combined with extrusion have been in- vestigated. Structure and properties of molybdenum and tungsten specimens treated accord- ing to the above schemes are described. It is shown that in the investigated specimens the nanocrystalline (NC) structures are formed as a result of SPD schemes. Fig. 1. Technological scheme of upsettingbroaching [1] Fig. 2. Die attachments «Flat block heads» Fig. 3. Microstructure of molybdenum specimen (a – initial rod, 20000) after SPD by: б – torsional upsetting (80000), в – upsettingbroaching in transverse direction (50000) Fig. 4. Microstructure of tungsten specimen (a – initial rod, 10000) after SPD by torsional upsetting at temperature: б – 20C (10000), в – 300C (20000), г – 300C + annealing at 800C (10000), д – 300C + annealing at 1100C (10000), e – the same (20000), ж – 500C (10000) Fig. 5. Appearance of tungsten specimens after SPD Fig. 6. Microstructure of  50 mm rod Fig. 7. Microstructure of BT1-0 alloy specimen after SPD by torsional upsetting Fig. 8. Microhardness (I, ) and micrograin size (II, ) versus temperature of final transition: 1–9  ordinal number of specimen РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ �НАНОСТРУКТУРЫ И ВЫСОКОПРОЧНОГО СОСТОЯНИЯ �В ПРОЦЕССАХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ DEVELOPMENT OF TECHNOLOGICAL METHODS FOR THE FORMATION �OF NANOSTRUCTURE AND HIGH-STRENGTH STATE DURING SEVERE PLASTIC DEFORMATION PROCESSES

Развитие технологических методов формирования наноструктуры и высокопрочного состояния в процессах интенсивной пластической деформации

Репозитарії

Схожі ресурси