Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К
В настоящей работе методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние температуры равноканально-углового прессования−«конформ» (РКУП-К) на микроструктуру и механизмы деформации объемных заготовок из Ti Grade 4. Заготовки подвергали РКУП-К с числом проходов от 1 до 8 по маршруту ВС при температ...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Физика и техника высоких давлений |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69576 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К / В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 77-89. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-69576 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-695762014-10-17T03:02:05Z Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К Ситдиков, В.Д. Александров, И.В. Исламгалиев, Р.К. В настоящей работе методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние температуры равноканально-углового прессования−«конформ» (РКУП-К) на микроструктуру и механизмы деформации объемных заготовок из Ti Grade 4. Заготовки подвергали РКУП-К с числом проходов от 1 до 8 по маршруту ВС при температурах 200 и 400°C. Установлено, что эволюция микроструктуры и кристаллографической текстуры имеет особенности, зависящие от температуры РКУП-К. Кроме того, обнаружены закономерности формирования преимущественных ориентировок, а также оценена активность тех или иных систем скольжения и двойникования в титановых заготовках в зависимости от числа проходов и температуры РКУП-К. У даній роботі методом рентгеноструктурного аналізу досліджено вплив температури рівноканально-кутового пресування−«конформ» (РККП-К) на мікроструктуру й механізми деформації об’ємних заготовок з Ti Grade 4. Заготовки піддавали РККП-К з числом проходів від 1 до 8 за маршрутом ВС при температурах 200 і 400°C. Встановлено, що еволюція мікроструктури і кристалографічної текстури має особливості, які залежать від температури РККП-К. Крім того, виявлено закономірності формування переважних орієнтувань, а також оцінено активність тих чи інших систем ковзання й двійникування у титанових заготовках в залежності від числа проходів і температури РККП-К. In the present paper, the effect of the temperature of equal channel angular pressing «Conform» (ECAP-Conform) on the microstructure and the deformation mechanisms of bulk Ti Grade 4 billets was investigated by X-ray analysis. The billets were subjected to ECAP-Conform with the number of passes from 1 to 8 via the ВС route at 200 and 400°С. It was established that the evolution of microstructure and crystallographic texture had characteristic features dependent on the ECAP-Conform temperature. In addition, the mechanisms of preferred orientation formation were established. The activity of various slip systems and twinning in titanium billets was estimated depending on the number of passes and the ECAP-Conform temperature. In particular, at a temperature of 200°С, the size of coherent scattering domains decreases, besides, monotonous growth of meansquare microdistortions and dislocation density is observed with the increasing number of passes. At the same temperature, during the first pass of ECAP-Conform, activation of twinning processes that facilitate microstructure refinement occurs. At 400°C the value of mean-square microdistortions as well as the dislocation density in the crystalline lattice after 4 passes start decreasing, which indicates to the processes of dynamic recovery and, feasibly, dynamic recrystallization. 2012 Article Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К / В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 77-89. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 68.55.jm http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69576 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 |
В настоящей работе методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние температуры равноканально-углового прессования−«конформ» (РКУП-К) на микроструктуру и механизмы деформации объемных заготовок из Ti Grade 4. Заготовки подвергали РКУП-К с числом проходов от 1 до 8 по маршруту ВС при температурах 200 и 400°C. Установлено, что эволюция микроструктуры и кристаллографической текстуры имеет особенности, зависящие от температуры РКУП-К. Кроме того, обнаружены закономерности формирования преимущественных ориентировок, а также оценена активность тех или иных систем скольжения и двойникования в титановых заготовках в зависимости от числа проходов и температуры РКУП-К. |
| format |
Article |
| author |
Ситдиков, В.Д. Александров, И.В. Исламгалиев, Р.К. |
| spellingShingle |
Ситдиков, В.Д. Александров, И.В. Исламгалиев, Р.К. Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Ситдиков, В.Д. Александров, И.В. Исламгалиев, Р.К. |
| author_sort |
Ситдиков, В.Д. |
| title |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К |
| title_short |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К |
| title_full |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К |
| title_fullStr |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К |
| title_full_unstemmed |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К |
| title_sort |
рентгеноструктурный анализ сплава ti grade 4, подвергнутого ркуп-к |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69576 |
| citation_txt |
Рентгеноструктурный анализ сплава Ti Grade 4, подвергнутого РКУП-К / В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 77-89. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT sitdikovvd rentgenostrukturnyjanalizsplavatigrade4podvergnutogorkupk AT aleksandroviv rentgenostrukturnyjanalizsplavatigrade4podvergnutogorkupk AT islamgalievrk rentgenostrukturnyjanalizsplavatigrade4podvergnutogorkupk |
| first_indexed |
2025-07-05T19:05:32Z |
| last_indexed |
2025-07-05T19:05:32Z |
| _version_ |
1836834968321392640 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
© В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев, 2012
PACS: 68.55.jm
В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, Р.К. Исламгалиев
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ СПЛАВА Ti GRADE 4,
ПОДВЕРГНУТОГО РКУП-К
Уфимский государственный авиационный технический университет
ул. К. Маркса, 12, г. Уфа, 450000, Россия
Статья поступила в редакцию 5 октября 2012 года
В настоящей работе методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние
температуры равноканально-углового прессования−«конформ» (РКУП-К) на микро-
структуру и механизмы деформации объемных заготовок из Ti Grade 4. Заготовки
подвергали РКУП-К с числом проходов от 1 до 8 по маршруту ВС при температурах
200 и 400°C. Установлено, что эволюция микроструктуры и кристаллографической
текстуры имеет особенности, зависящие от температуры РКУП-К. Кроме того,
обнаружены закономерности формирования преимущественных ориентировок, а
также оценена активность тех или иных систем скольжения и двойникования в ти-
тановых заготовках в зависимости от числа проходов и температуры РКУП-К.
Ключевые слова: равноканально-угловое прессование−«конформ», Ti Grade 4,
рентгеноструктурный анализ
Введение
В настоящее время среди методов интенсивной пластической деформации
(ИПД) основными методами являются РКУП и кручение под высоким давле-
нием [1−3]. Данные методы позволяют получать объемные наноструктурные
и ультрамелкозернистые (УМЗ) заготовки из различных металлов и сплавов,
характеризующиеся повышенными механическими свойствами и высоким
потенциалом промышленного использования. В частности, к настоящему
времени показано, что материалы, подвергнутые ИПД, могут демонстриро-
вать очень высокую прочность в сочетании с достаточной пластичностью,
высокую усталостную прочность, низкотемпературную или высокоскорост-
ную сверхпластичность [1]. При этом характерной особенностью объемных
наноструктурных материалов, полученных методами ИПД, являются крайне
малый размер зерен, наличие высокой плотности дефектов кристаллического
строения в границах зерен и их сильнонеравновесное состояние [1−3].
C целью производства объемных наноструктурных заготовок для про-
мышленного применения и повышения эффективности этих методов в
Уфимском государственном авиационном техническом университете пред-
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
78
ложен ряд новых методов. Среди них: РКУП в параллельных каналах и
РКУП-К [3]. Особенно интересным с практической точки зрения является
РКУП-К, поскольку данный процесс позволяет получать длинномерные
прутки с улучшенными прочностными свойствами [3]. Повышению прочно-
сти может способствовать понижение температуры деформации РКУП-К и
выбор оптимального числа проходов.
Известно, что температура − один из важнейших параметров пластиче-
ской деформации, в том числе при ИПД [1,2]. Понижение температуры мо-
жет активизировать новые системы скольжения, системы двойникования,
заблокировать механизмы переползания дислокаций. При низких темпера-
турах становятся невозможными процессы динамического возврата и рекри-
сталлизации.
РКУП-К − достаточно новый процесс, и в связи с этим влияние темпера-
туры РКУП-К на характер измельчения структурных составляющих, дейст-
вующих систем скольжения и систем двойникования все еще не исследова-
но. Традиционное РКУП Ti Grade 4 обычно проводят при достаточно высо-
ких (400°C) температурах [1,2]. В связи с этим актуальным является иссле-
дование возможности понижения температуры РКУП, в том числе РКУП-К,
что позволило бы повысить эффективность данного метода. В то же время
следует помнить, что при слишком низких температурах появляются про-
блемы стойкости оснастки и вопросы, связанные с необходимостью прикла-
дывать очень высокие усилия деформации.
Рентгеноструктурный анализ (РСА), дающий возможность оценить раз-
мер областей когерентного рассеяния (ОКР), упругие микроискажения кри-
сталлической решетки, плотность дислокаций, активность действующих
систем скольжения и двойникования и т.д., является важнейшим инструмен-
том исследования объемных наноструктурных материалов. С помощью РСА
можно успешно контролировать изменения микроструктуры и устанавли-
вать механизмы, приводящие к таким изменениям [4].
Цель данной работы − РСА влияния температуры и числа проходов
РКУП-К на характер эволюции микроструктуры и механизмы, обеспечи-
вающие течение материала в ходе РКУП-К, а также выявление структурных
параметров, ответственных за формирование высокопрочного состояния.
2. Материал и методика рентгеноструктурного анализа
В качестве исходного материала был выбран Ti марки Grade 4 (Ti − 99.45 wt%,
С − 0.04, Fe − 0.14, N2 − 0.006, H2 − 0.0015, O2 − 0.36 wt%) со средним раз-
мером зерен 10 μm. Исходные заготовки отожженного Ti имели форму пря-
моугольного параллелепипеда с длиной 250 mm и квадратным основанием
11 × 11 mm. Заготовки были подвергнуты РКУП-К при температурах 200 и
400°С. Различный уровень степени накопленной деформации достигали за
счет неоднократного продавливания образца через два канала, пересекаю-
щихся под углом Ф = 120° (рис. 1).
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
79
РКУП-К проводили по маршруту
ВС, при котором между последова-
тельными проходами образец пово-
рачивали на угол 90° относительно
продольной оси заготовки (ось 1).
Экспериментальные данные были
получены с использованием рент-
геновского дифрактометра Rigaku
Ultima IV с фокусировкой гонио-
метра по методу Брэгга−Брентано.
Съемку образцов проводили с ис-
пользованием Cu Kα-излучения
(40 kW, 30 mA) и плоского графито-
вого монохроматора 〈0002〉 на отра-
женном пучке. Для расчетов использовали длины волн λKα1 = = 1.54060 Å и
λKα2 = 1.54439 Å. Общий вид рентгенограмм снимали с шагом сканирования
0.05° и временем экспозиции в каждой точке, равным 5 s. Прецизионные
съемки для выделенных рентгеновских пиков осуществляли с шагом 0.02° и
временем счета, равным 10 s. Количественную оценку размеров ОКР, сред-
неквадратичных микроискажений проводили с использованием программ-
ного пакета PDXL (www.rigaku.com). Плотность дислокаций рассчитывали
согласно методике, разработанной в работе [5].
Анализ процессов текстурообразования был выполнен с использованием
дифрактометра ДРОН-3м, оснащенного автоматической текстурной при-
ставкой. При съемке полюсных фигур (ПФ) использовали фильтрованное
рентгеновское излучение Cu Kα1. Съемку на отражение проводили в преде-
лах изменения радиального угла γ от 0 до 75° и азимутального угла δ от 0
до 360°.
Диаметр облучаемой области соответствовал 0.6 mm. Исследование осу-
ществляли в геометрическом центре поперечного сечения заготовки (плос-
кость 2−1) (рис. 1). В результате получали набор интенсивностей отражен-
ных рентгеновских лучей. Функции распределения ориентировок (ФРО) и
полные ПФ строили, основываясь на результатах съемки неполных ПФ для
плоскостей (10 10 ), (0002) и (1011). Результаты экспериментальных иссле-
дований представляли в виде полных ПФ и ФРО, рассчитанных с использо-
ванием пакета программ LaboTEX [6].
3. Методика моделирования кристаллографических текстур
Моделирование процессов текстурообразования проводили в рамках вяз-
копластической самосогласованной (ВПСС) модели [7]. В качестве исход-
ной текстуры использовали экспериментальную текстуру образца Ti, пред-
ставленную в виде 1000 отдельных ориентировок. Учет влияния двойнико-
вания на кристаллографическую текстуру осуществляли по схеме преобла-
Рис. 1. Схема, иллюстрирующая РКУП-К,
и использованная система координат
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
80
дающей переориентации двойникованием, предложенной Tomé [8]. Дефор-
мационное упрочнение процессов текстурообразования рассчитывали со-
гласно модели Voce [9].
Для выявления активных систем скольжения, которые ответственны за
появление тех или иных максимумов на ПФ, на основе литературного ана-
лиза были выбраны наиболее типичные для Ti с ГПУ-решеткой семь систем
скольжения и двойникования. К этим системам относятся: базисные {0001}
〈 1120 〉, призматические {10 10 } 〈 1210 〉, пирамидальные 1-го рода {1011}
〈 1210 〉 и {1011} 〈 1123 〉, пирамидальные 2-го рода {1122 } 〈 1123 〉 системы
скольжения, а также системы двойникования растяжением {10 12 } 〈 1011〉 и
сжатия { 2112 } 〈 2113 〉.
Каждому семейству плоскостей скольжения и двойникования задавали
значение относительного критического скалывающего напряжения сдвига
τ0. Для различных систем скольжения и двойникования значения τ0 были
взяты для различных температур из [10].
4. Результаты и их обсуждение
Рентгеноструктурные исследования. Сравнительный анализ характери-
стик микроструктуры, установленных методом РСА при температурах 200 и
400°С, показывает, что в наноструктурном состоянии, полученном в резуль-
тате РКУП-К, размеры ОКР, уровень упругих микроискажений кристалли-
ческой решетки, а также плотность дислокаций существенно отличаются от
таковых в крупнокристаллическом состоянии (табл. 1).
Таблица 1
Параметры структуры образцов титана, полученных методом РКУП-К
ОКР, nm
Микроискажения 〈ε2〉,
10−4
Плотность дислокаций
ρ, 1015 m−2Состояние
200°C 400°С 200°С 400°С 200°С 400°С
Исходное 69.5 ± 11 7.81 ± 1.02 ∼ 0.13
1 проход 31 ± 3 38 ± 4 15.13 ± 1.84 15.32 ± 1.93 ∼ 0.58 ∼ 0.46
2 прохода 28 ± 3 34 ± 3 18.76 ± 2.17 16.61 ± 2.23 ∼ 0.79 ∼ 0.57
4 прохода 26 ± 3 32 ± 3 20.03 ± 2.24 13.09 ± 1.71 ∼ 0.90 ∼ 0.48
8 проходов 25 ± 2 − 24.90 ± 2.30 – ∼ 1.17 –
6 проходов − 33 ± 2 − 9.19 ± 1.06 − ∼ 0.32
Размер ОКР в результате шести проходов РКУП-К (Т = 400°С) уменьша-
ется примерно в два раза (по сравнению с таковым в крупнокристалличе-
ском состоянии) и составляет 33 ± 2 nm, что не противоречит результатам,
полученным в работе [11] для технически чистого Ti (grade 2). При 400°С
измельчение ОКР меньше, чем при 200°С, и зависимость его от числа про-
ходов немонотонная (табл. 1). Величина среднеквадратичных микроискаже-
ний кристаллической решетки после большого числа проходов начинает па-
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
81
дать так же, как и плотность дислокаций. Это указывает на протекание при
400°С процессов динамического возврата и, возможно, динамической рек-
ристаллизации.
При понижении температуры РКУП-К до 200°С происходит закономер-
ное уменьшение размеров ОКР с увеличением числа проходов. При этом
уровни среднеквадратичных микроискажений и плотность дислокаций мо-
нотонно растут. Уровень среднеквадратичных микроискажений кристалли-
ческой решетки после 1-го прохода РКУП-К примерно в два раза, а после 8
проходов − примерно в четыре раза превышает аналогичную величину, со-
ответствующую крупнокристаллическому состоянию. В то же время плот-
ность дислокаций в результате 8 проходов РКУП-К возрастает более чем в
девять раз (ρ ~ 1.17·1015 m−2, табл. 1), что свидетельствует о высокой плот-
ности внесенных дефектов. Однако данное значение плотности дислокаций
несколько ниже по сравнению с таковым для чистого Ti после 8 проходов
РКУП с последующей холодной прокаткой (ρ ∼ 3·1015 m−2) [11]. Данное раз-
личие, по-видимому, связано с чистотой сопоставляемых материалов, степе-
нью и температурой деформации.
Таким образом, РСА показывает, что действительно понижение темпера-
туры проведения РКУП-К способствует дополнительному измельчению
микроструктуры и затрудняет протекание процессов динамического возврата.
С другой стороны, значительное измельчение зеренной структуры может
быть также достигнуто с помощью других методов ИПД. В частности, пред-
ставляет интерес сравнение результатов, полученных на образцах, подверг-
нутых РКУП-К, с результатами РСА-исследований образцов титана (табл. 2),
измельченных методами криогенного размола [12], интенсивной пластиче-
ской деформации кручением (ИПДК) [1], всесторонней ковки [13].
Таблица 2
Параметры структуры порошковых образцов титана, полученных
различными методами ИПД
Состояние ОКР, nm
Микроискажения
〈ε2〉, 10−4
Плотность дислока-
ций ρ, 1015 m−2
Порошок, подвергнутый
криогенному размолу 61.8 6.01 0.11
Криогенный размол +
ИПДК (10 оборотов) 21.9 24.4 1.31
Криогенный размол +
всесторонняя ковка 17.5 9.8 0.66
Криогенный размол + все-
стороння ковка + ИПДК
(5 оборотов, 300°С)
20.6 30.7 1.75
Из табл. 2 следует, что применение ИПДК приводит к дополнительному
измельчению зеренной структуры в порошках, предварительно подвергну-
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
82
тых криогенному размолу. В частности, размер ОКР снижается с 61 до 22 nm,
при этом среднеквадратичные микроискажения и плотность дислокаций
достигают значений 24.4·10−4 и 1.31·1015 m−2 соответственно. В результате
всесторонней ковки размер ОКР уменьшается существенно, однако микро-
искажения и плотность дислокаций относительно невысоки (табл. 2). Ком-
бинация всесторонней ковки с ИПДК при 300°С приводит к тому, что размер
ОКР в порошке титана уменьшается примерно в 3 раза и составляет около
20 nm, при этом плотность дислокаций достигает величины 1.75·1015 m−2,
что свидетельствует о высокопрочном состоянии.
Таким образом, результаты исследований методом РСА показывают, что в
монолитных образцах титана, полученных консолидацией порошков различ-
ными методами ИПД, можно также сформировать нанокристаллическую
структуру, характеризующуюся малым размером ОКР и чрезвычайно высокой
плотностью дислокаций. Вместе с тем наблюдающиеся в них значения ОКР
существенно ниже, а величины среднеквадратичных микроискажений кристал-
лической решетки и плотности дислокаций существенно выше по сравнению с
таковыми для образцов, подвергнутых РКУП-К при температуре 200°С.
Текстурные исследования. Экспериментальные полные ПФ (0002) в
различных исследованных состояниях при температуре 400°С представле-
ны на рис. 2. На периферии ПФ исходного состояния наблюдаются два
текстурных максимума, относящихся к ориентировке типа {0001} 〈 1120 〉
(рис. 2,а). В центре ПФ располагается фибра { 0110 } 〈uvtw〉, ориентирован-
ная вдоль вертикальной оси ПФ. Расположение текстурных максимумов на
ПФ (0001) в исходном состоянии подобно тому, что наблюдается при про-
катке [9], и обусловлено термомеханическим процессом получения исход-
ного прутка.
Экспериментальная ПФ (0002) после первого прохода РКУП-К при T =
= 400°С (рис. 2,б) характеризуется двумя главными максимумами, располо-
женными на периферии ПФ под углами ~ 60° по отношению к оси 1, соот-
ветствующей ориентации продольной оси заготовки. Расположение тек-
стурных максимумов подобно тому, что наблюдается при обычном РКУП с
углами пересечения каналов 120°. При этом такую текстуру можно охарак-
теризовать с помощью идеальных ориентировок Н1θ, Н2θ, Н3θ, Н4θ, Н5θ и
Н6θ, соответствующих текстуре простого сдвига (рис. 3) [14]. Максимумы
свидетельствуют об активности базисных систем скольжения в плоскости
сдвига (ориентировка Н1θ) и систем двойникования (ориентировка Н6θ).
Кроме того, в центре ПФ виден еще один максимум, соответствующий
ориентировке Н2θ (0001) 〈 1010 〉 (рис. 2,б и 3). Характер расположения всех
текстурных максимумов на ПФ (0002) указывает на то, что базисные плос-
кости установлены преимущественно параллельно плоскости сдвига (плос-
кость пересечения каналов). При этом они благоприятно ориентированы для
скольжения 〈а〉 дислокаций по данной плоскости, а также по пирамидаль-
ным плоскостям первого и второго порядков.
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
83
а б в
г д
Рис. 2. Экспериментальные ПФ (0002) для Ti Grade 4 в различных состояниях: а −
исходное, б − 1 проход РКУП-К, в − 2, г − 4, д − 8 проходов. Продольное сечение,
T = 400°C
После 2 проходов кристаллогра-
фические ориентировки зерен отли-
чаются от таковых, характерных для
состояния после 1-го прохода. Об
этом свидетельствует изменение
расположения текстурных максиму-
мов (рис. 2,в). Базисная плоскость,
которая была параллельна плоскости
сдвига (перпендикулярна плоскости
1−2) после 1-го прохода, поворачи-
вается на угол ∼ 30° относительно
оси 2. Это приводит к появлению
новой ориентировки ( 0111 ) 〈 2111〉,
смещенной к центру ПФ. Кроме то-
го, полюсная плотность ориентиров-
ки Н2θ (0001) 〈 1010 〉 усиливается, а
«двойниковая» ориентировка Н6θ
(1230 ) 〈0001〉 исчезает (рис. 2,в).
Рис. 3. Положения идеальных ориен-
тировок простого сдвига при РКУП-К
на ПФ (0001) для металлов с ГПУ-
решеткой (c/a = 1.633) [12]: □ − H1θ, ○ −
H2θ, △ − H3θ, − H4θ, − H5θ, −
H6θ. Угол пересечения каналов 120°
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
84
После 4 и 8 проходов вид ПФ практически не изменяется и она похожа на
ПФ после 2 проходов (рис. 2,в). В то же время после 4 проходов усиливается
ориентировка Н2θ (0001) 〈 1010 〉 в центре ПФ (рис. 2,г). Кроме того, полюс-
ная плотность ориентировки ( 12 11) 〈3141 〉, близкой к центру ПФ и относя-
щейся к пирамидальному типу, имеет тенденцию к незначительному росту с
увеличением числа проходов РКУП-К.
Экспериментальные полные ПФ (0002) Ti Grade 4 после 1, 2, 4 и 6 про-
ходов РКУП-К при температуре 200°С представлены на рис. 4. В целом
ПФ в различных структурных состояниях при температуре 200°С похожи
на таковые, полученные для образцов, подвергнутых РКУП-К при темпе-
ратуре 400°С. Однако ориентировки Н2θ (0001) 〈 1010 〉 и Н6θ (1230 ) 〈0001〉,
сформированные в результате 1-го прохода РКУП-К при температуре
200°С, остаются стабильными вплоть до больших степеней деформации.
Кроме того, полюсная плотность ориентировки ( 0111 ) 〈 2111〉, относящей-
ся к пирамидальному типу, усиливается при увеличении числа проходов
РКУП-К.
в г
Рис. 4. Экспериментальные ПФ (0002) для Ti Grade 4 в различных состояниях: а − 1
проход РКУП-К, б − 2, в − 4, г − 6 проходов. Продольное сечение, T = 200°C
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
85
В целом интерпретация полученных экспериментальных кристаллографи-
ческих текстур представляет собой значительные сложности, поскольку не
позволяет устанавливать действующие системы скольжения или двойникова-
ния. В связи с этим был проведен анализ процессов текстурообразования при
ИПД методом компьютерного моделирования в рамках ВПСС-модели.
На рис. 5 представлены результаты моделирования процессов текстурооб-
разования при температуре 400°С с учетом выбранных на основе литератур-
ных данных системы скольжения и системы двойникования и соответствую-
щих данной температуре критических скалывающих напряжений сдвига. По-
лученные в результате моделирования прямые ПФ (0001) воспроизводят ос-
новные максимумы Н1θ, Н2θ, Н3θ, Н4θ, Н5θ и Н6θ текстуры сдвига (см. рис. 4).
Сопоставление результатов эксперимента (см. рис. 2) и моделирования (рис.
5) в соответствующих состояниях указывает на их подобие.
При 1-м проходе РКУП-К, реализованном при Т = 400°С, наиболее актив-
ными (по отношению к другим системам скольжения и двойникования) яв-
ляются базисные {0001} системы скольжения (рис. 6,а). Активность дисло-
кационного скольжения по базисным системам имеет тенденцию к росту по
а б
в г
Рис. 5. Модельные ПФ (0001) в плоскости 1−2 после различного числа проходов
РКУП-К: а − 1, б − 2, в − 4, г − 8. Продольное сечение, T = 400°C
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
86
а б
Рис. 6. Относительная активность систем скольжения (1 – базисные, 2 – пирами-
дальные 〈а + с〉, 3 – пирамидальные 〈а〉, 4 – призматические) и систем двойникова-
ния растяжением (5) в зависимости от числа проходов РКУП-К Ti Grade 4 и темпе-
ратуры T, °C: а − 400, б − 200
мере увеличения степени накопленной деформации в ходе 1-го прохода
РКУП-К. Кроме того, в ходе 1-го прохода также активны пирамидальные
〈c + a〉 {1011} 〈 1123 〉 (1-го рода) системы скольжения, действие которых
носит немонотонных характер.
Процессы двойникования растяжением и сжатием также реализуются в
ходе 1-го прохода РКУП-К при Т = 400°С, однако их активность достаточно
низка (рис. 6,а). При этом активные в начале 1-го прохода процессы двойни-
кования по системам {10 12 } 〈 1011〉 в конце этого прохода затрудняются
вовсе. В результате увеличения числа проходов РКУП-К активность тех или
иных систем скольжения и двойникования изменяется закономерно (рис.
6,а). На начальных этапах прессования наиболее активными являются ба-
зисные и пирамидальные 〈a + с〉-системы скольжения 1-го порядка. Доля
базисных систем скольжения постепенно падает к концу соответствующего
прохода, а пирамидальных − наоборот, возрастает. Кроме того, начиная со 2-
го прохода, незначительно активизируются призматические {10 10 } 〈 1210 〉
системы скольжения (рис. 6,а). Подобная тенденция наблюдалась также в
работах авторов [15,16], в которых показано, что наиболее активными сис-
темами являются базисные, призматические и пирамидальные системы
скольжения.
Результаты оценки активности тех или иных систем скольжения и двой-
никования при Т = 200°С представлены на рис. 6,б. Понижение температуры
прессования вызывает усиление процессов двойникования (рис. 6,б). Видно,
что в начале 1-го прохода РКУП-К при Т = 200°С активизируются системы
двойникования, что приводит к измельчению микроструктуры. Процессы
деформации двойникованием являются активными также при больших сте-
пенях ИПД (рис. 6,б). Вместе с тем доля активности дислокаций по базис-
ным и пирамидальным 〈a + с〉-системам скольжения 1-го порядка становит-
ся ниже таковой, реализованной при Т = 400°С. Также стоит отметить не-
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
87
значительное уменьшение доли призматических систем с понижением тем-
пературы реализации РКУП-К при больших степенях деформации.
Ранее было показано, что активность базисных, пирамидальных и приз-
матических систем скольжения является определяющей в формировании
кристаллографической текстуры в Ti Grade 2 в процессе традиционного
РКУП [17]. В то же время было установлено, что роль двойникования за-
метна лишь в начале 1-го прохода РКУП при рассмотренных условиях (Т =
= 450°С, скорость прессования 6 mm/s). Сравнительный анализ показал, что
как при традиционном РКУП, так и при РКУП-К активизируются одни и те
же системы скольжения и двойникования.
Заключение
В результате экспериментов, проведенных методом РСА, и компьютерного
моделирования исследованы влияние температуры РКУП-К на характер эволю-
ции микроструктуры и действующие механизмы деформации в Ti Grade 4. Уста-
новлено, что при температуре 200°С происходит закономерное уменьшение раз-
мера ОКР, при этом наблюдается монотонный рост среднеквадратичных микро-
искажений и плотности дислокаций с увеличением числа проходов. При 1-м
проходе РКУП-К при этой температуре наблюдается активизация процессов
двойникования, способствующих измельчению микроструктуры. При большем
числе проходов двойникование практически не наблюдается.
При 400°С после 4 проходов РКУП-К размер ОКР стабилизируется и да-
же немного растет, двойникование отсутствует, а величина среднеквадра-
тичных микроискажений и плотность дислокаций в кристаллической решет-
ке начинают падать, что указывает на протекание процессов динамического
возврата и, возможно, динамической рекристаллизации.
В результате компьютерного моделирования эволюции кристаллографи-
ческой текстуры показано, что в ходе РКУП-К при обеих рассмотренных
температурах наиболее активными системами по отношению к другим сис-
темам скольжения и двойникования являются базисные {0001} и пирами-
дальные 〈a + с〉-системы скольжения 1-го порядка. При этом сформирован-
ную кристаллографическую текстуру можно охарактеризовать с помощью
идеальных ориентировок Н1θ, Н2θ, Н3θ, Н4θ, Н5θ и Н6θ, соответствующих
текстуре простого сдвига. Увеличение числа проходов РКУП-К приводит к
ограничению процессов двойникования, а также усилению призматических
систем скольжения.
Результаты данной работы были получены в рамках выполнения госкон-
тракта № 11.519.11.3009.
1. R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov, Prog. Mater. Sci. 45, 103 (2000).
2. R.Z. Valiev, T.G. Langdon, Prog. Mater. Sci. 51, 881 (2006).
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
88
3. R.Z. Valiev, I.V. Alexandrov, Bulk Nanostructured Metallic Materials: Production,
Structure and Properties, Akademkniga, Moscow (2007).
4. С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков, Рентгенографический и электрон-
но-оптический анализ, Металлургия, Москва (1970).
5. E. Schafler, M. Zehetbauer, T. Ungar, Mater. Sci. Eng. A319–321, 220 (2001).
6. Информация на сайте http://www.labosoft.com.pl.
7. R.A. Lebensohn and C.N. Tome, Acta Mater. 41, 26 (1993).
8. C.N. Tomé, R.A. Lebensohn, U.F. Kocks, Acta Metall. Mater. 39, 2667 (1991).
9. U.F. Kocks, C.N. Tome, H.R. Wenk, Texture and anisotropy, Cambridge University
Press, Cambridge (1998).
10. H. Conrad, Prog. Mater. Sci. 26, 123 (1981).
11. J. Gubicza, I.C. Dragomir, G. Ribárik, S.C. Baik, Y.T. Zhu, R.Z. Valiev, and T. Un-
gár, Z. Metallkunde 94, 1185 (2003).
12. D. Witkin, E. Lavernia, Progr. Mater. Sci. 51, 1 (2006).
13. S.Yu. Mironov, G.A. Salishchev, M.M. Myshlyaev, R. Pippan, Mater. Sci. Eng. А418,
257 (2006).
14. Li Saiyi, Acta Mater. 56, 1031 (2008).
15. I.J. Beyerlein, L.S. Tóth, Prog. Mater. Sci. 54, 427 (2009).
16. D.H. Shin, I. Kim, J. Kim, Y.S. Kim, S.L. Semiatin, Acta Mater. 51, 983 (2003).
17. И.В. Александров, В.Д. Ситдиков, Я.Т. Бонарски, Вестник УГАТУ 12, 76 (2009).
В.Д. Ситдиков, I.В. Александров, Р.К. Ісламгалієв
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ СПЛАВУ Ti GRADE 4,
ПІДДАНОГО РККП-К
У даній роботі методом рентгеноструктурного аналізу досліджено вплив темпера-
тури рівноканально-кутового пресування−«конформ» (РККП-К) на мікроструктуру
й механізми деформації об’ємних заготовок з Ti Grade 4. Заготовки піддавали
РККП-К з числом проходів від 1 до 8 за маршрутом ВС при температурах 200 і
400°C. Встановлено, що еволюція мікроструктури і кристалографічної текстури має
особливості, які залежать від температури РККП-К. Крім того, виявлено зако-
номірності формування переважних орієнтувань, а також оцінено активність тих чи
інших систем ковзання й двійникування у титанових заготовках в залежності від
числа проходів і температури РККП-К.
Ключові слова: рівноканально-кутове пресування−«конформ», Ti Grade 4, рент-
геноструктурний аналіз
V.D. Sitdikov, I.V. Alexandrov, R.K. Islamgaliev
X-RAY STRUCTURE ANALYSIS OF THE TI GRADE 4 ALLOY
SUBJECTED TO ECAP-C
In the present paper, the effect of the temperature of equal channel angular pressing
«Conform» (ECAP-Conform) on the microstructure and the deformation mechanisms of
Физика и техника высоких давлений 2012, том 22, № 4
89
bulk Ti Grade 4 billets was investigated by X-ray analysis. The billets were subjected to
ECAP-Conform with the number of passes from 1 to 8 via the ВС route at 200 and 400°С.
It was established that the evolution of microstructure and crystallographic texture had
characteristic features dependent on the ECAP-Conform temperature. In addition, the
mechanisms of preferred orientation formation were established. The activity of various
slip systems and twinning in titanium billets was estimated depending on the number of
passes and the ECAP-Conform temperature. In particular, at a temperature of 200°С, the
size of coherent scattering domains decreases, besides, monotonous growth of mean-
square microdistortions and dislocation density is observed with the increasing number of
passes. At the same temperature, during the first pass of ECAP-Conform, activation of
twinning processes that facilitate microstructure refinement occurs. At 400°C the value of
mean-square microdistortions as well as the dislocation density in the crystalline lattice
after 4 passes start decreasing, which indicates to the processes of dynamic recovery and,
feasibly, dynamic recrystallization.
Keywords: equal channel angular pressing–«conform», Ti Grade 4, X-ray structure
analysis
Fig. 1. Scheme of ECAP-C and coordinate system used
Fig. 2. Experimental PF (0002) for Ti Grade 4 in different states: а − the initial state, б −
1 pass of ECAP-C, в − 2, г − 4, д − 8 passes. Longitudinal section, T = 400°C
Fig. 3. Positioning of ideal orientations of simple shear during ECAP-C on PF (0001) for
metals with HCP lattice (c/a = 1.633) [12]: □ − H1θ, ○ − H2θ, △ − H3θ, − H4θ, −
H5θ, − H6θ. The angle of channel intersection is 120°
Fig. 4. Experimental PF (0002) for Ti Grade 4 in different states: а − 1 pass of ECAP-C,
б − 2, в − 4, г − 6 passes. Longitudinal section, T = 200°C
Fig. 5. Model PF (0001) in plane 1−2 after different number of ECAP-C passes: а − 1, б −
2, в − 4, г − 8. Longitudinal section, T = 400°C
Fig. 6. Relative activity of slip systems (1 – basic, 2 – pyramidal 〈а + с〉, 3 – pyramidal
〈а〉, 4 – prismatic) and twinning by tension (5) depending on the number of ECAP-C Ti
Grade 4 passes and temperature T, °C: а − 400, б − 200
|