Випуски $\rightarrow$ Том 23, випуск 3 (2022)

Механічна поведінка стопу Ti–15Mo, виготовленого методом електронно-променевого холодного горнового топлення, залежно від швидкости деформації у порівнянні з іншими титановими стопами

П. Є. Марковський$^{1,2}$, Я. Янішевський$^2$, С. В. Ахонін$^3$, В. І. Бондарчук$^1$, В. О. Березос$^3$, К. Чеплак$^2$, О. П. Карасевська$^{1,4}$, М. А. Скорик$^1$

$^1$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
 $^2$Військовий технічний університет ім. Генерала Ярослава Данбровського, вул. Генерала Сильвестра Каліського, 2, 00-908 Варшава, Польща
 $^3$Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
 $^4$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна

Отримано 12.04.2022; остаточна версія — 20.06.2022 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Стоп Ti–15(мас.%)Мо було виготовлено традиційним методом лиття та деформації з використанням подвійного електронно-променевого холодного подового топлення, 3D-гарячого пресування та подальшого вальцювання. Три партії зразків було піддано дослідженню мікроструктури та квазистатичним випробуванням на розтягання в наступних станах: (1) у стані прокатки, (2) частково перекристалізованому шляхом відпалу за 800 ºC протягом 40 хвилин, (3) відпаленому за 800 ºC протягом 3 годин з наступним гартуванням у воду для фіксації β-стану. Зразки в стані (2) було обрано для більш детального вивчення механічної поведінки як за квазистатичного, так і за високошвидкісного стискання. Одержані дані про механічну поведінку проаналізовано стосовно впливу вихідної мікроструктури та кристалографічної текстури в трьох взаємно перпендикулярних площинах на енергію деформації та критичну швидкість деформації, яка призводить до руйнування. Детальне вивчення мікроструктури досліджуваних зразків виявило вплив вихідної структури та текстури на механізми деформації за різних швидкостей деформації. Відзначено визначальний ефект мікроструктурної неоднорідности та кристалографічної текстури, що утворюється під час вальцювання. Результати порівнюються з результатами, одержаними раніше для інших титанових стопів і деяких важливих конструкційних матеріалів, випробуваних у тих же умовах. Показано, що стоп Ti–15Mo має достатньо високі механічні характеристики. За високих швидкостей деформації цей матеріал відповідає іншим однофазним титановим стопам за енергією деформації; одначе він поступається двофазним стопам з дисперсною й однорідною мікроструктурою, наприклад Ті-6-4 або Т110 (див. перелік скорочень у Додатку). Враховуючи питому вагу матеріалів, стоп Ti–15Mo не поступається таким високоміцним матеріалам як термозміцнювальний стоп В95 та сталі ARMOX 600T і Docol 1500M, а також є дешевшим за інші титанові β-стопи.

Ключові слова: бета-сплав титану, мікроструктура, кристалографічна текстура, механічні властивості, деформація з різними швидкостями, механізм деформації.

Citation: P. E. Markovsky, J. Janiszewski, S. V. Akhonin, V. I. Bondarchuk, V. O. Berezos, K. Cieplak, O. P., Karasevska, and M. A. Skoryk, Mechanical Behaviour of Ti–15Mo Alloy Produced with Electron-Beam Cold Hearth Melting Depending on Deformation Rate and in Comparison with Other Titanium Alloys, Progress in Physics of Metals, 23, No. 3: 438–475 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.03.438

Цитована література   
  1. U. Zwicker, Titan und Titanlegierungen (Berlin: Springer: 1974); https://doi.org/10.1007%2F978-3-642-80587-5
  2. G. Lutjering and J.C. Williams, Titanium (Berlin: Springer: 2007); https://doi.org/10.1007/978-3-540-73036-1
  3. P.J. Bania, Beta titanium alloys and their role in the titanium industry, Beta Titanium Alloys in the 90’s (Warrendale, PA: TMS Publications: 1993), p. 3.
  4. R.R. Boyer and R.D. Briggs, J. Mater. Eng. Perform., 14: 681 (2005); https://doi.org/10.1361/105994905X75448
  5. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, Yu.V. Matviychuk, S.L. Semiatin, C.H. Ward, and S.A. Fox, J. Alloys and Compounds, 457, Nos. 1–2: 296 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2007.03.070
  6. K.B. Panda and K.S. Ravi Chandran, Metall. Mater. Trans. A, 34, No. 6: 1371 (2003); https://doi.org/10.1007/s11661-003-0249-z https://doi.org/10.13140/RG.2.2.35430.22089
  7. S. Li, K. Kondoh, H. Imai, B. Chen, L. Jia, J. Umeda, and Y. Fu, Materials & Design, 95: 127 (2016); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.092
  8. M. Nutt, V. Jablokov, H. Freese, and M. Richelsoph, ASTM International STP 1471, ‘Titanium, Niobium, Zirconium, and Tantalum for Medical and Surgical Applications’ (December, 2005) (Ed. M.J. Kraay), p. 84; https://www.astm.org/stp1471-eb.html
  9. J.R.S. Martins Junior, R.A. Nogueira, R.O. de Araujo, T.A.G. Donato, V.E. Arana-Chavez, A.P.R.A. Claro, J.C.S. Moraes, M.A.R. Buzalaf, and C.R. Grandini, Mat. Res., 14, No. 1 (2011); https://doi.org/10.1590/S1516-14392011005000013
  10. Sh. Xu, Ch. Zhou, Y. Liu, B. Liu, and K. Li, J. Alloys and Compounds, 738: 188 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.124
  11. S. Zherebtsov, M. Ozerov, E. Povolyaeva, V. Sokolovsky, N. Stepanov, D. Moskovskikh, and G. Salishchev, Metals, 10: 40 (2020); https://doi.org/10.3390/met10010040
  12. P.E. Markovsky, S.V. Akhonin, V.A. Berezos, O.O. Stasyuk, O.P. Karasevska, and I.M. Gavrysh, Metallogr. Microst. Anal., 9: 856 (2020); https://doi.org/10.1007/s13632-020-00705-7
  13. S.V. Akhonin, F.N. Pikulin, V.A. Berezos, D.V. Kovalchuk, and S.B. Tugai, Electrometallurgy Today, No. 3: 15 (2019); https://doi.org/10.15407/sem2019.03.03
  14. H. Kolsky, J. Sound and Vibration, 1, No. 1: 88 (1964); https://doi.org/10.1016/0022-460X(64)90008-2
  15. W. Chen and B. Song, Split Hopkinson (Kolsky) Bar: Design, Testing and Applications (Berlin: Springer: 2011); https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7982-7
  16. P.E. Markovsky, J. Janiszewski, V.I. Bondarchuk, O.O. Stasyuk, M.A. Skoryk, D.G. Savvakin, K. Cieplak, P. Dziewit, and S.V. Prikhodko, Metals, 10, No. 11: 1404 (2020); https://doi.org/10.3390/met10111404
  17. P.E. Markovsky, J. Janiszewski, O.O. Stasyuk, V.I. Bondarchuk, D.G. Savvakin, K. Cieplak, D. Goran, P. Soni, and S.V. Prikhodko, Materials, 14, No. 22: 6837 (2021); https://doi.org/10.3390/ma14226837
  18. P.E. Markovsky, Yu.V. Matviychuk, and V.I. Bondarchuk, Mater. Sci. Eng. А, 559: 782 (2013); https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.09.024
  19. P.E. Markovsky, V.I. Bondarchuk, and O.M. Herasymchuk, Mater. Sci. Eng. А, 645: 150 (2015); https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.08.009
  20. P.E. Markovsky, V.I. Bondarchuk, O.V. Shepotinnyk, and I.M. Gavrysh, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 38, No. 7: 935 (2016); https://doi.org/10.15407/mfint.38.07.0935
  21. P.E. Markovsky and V.I. Bondarchuk, J. Mater. Eng. Perform., 26, No. 7: 3431 (2017); https://doi.org/10.1007/s11665-017-2781-9
  22. P.E. Markovsky, J. Janiszewski, O.O. Stasyuk, V.I. Bondarchuk, K. Cieplak, and O.P. Karasevska, Metallogr. Microstruct. Anal., 10: 839 (2021); https://doi.org/10.1007/s13632-021-00797-9
  23. K.M. Golasinski, J. Janiszewski, J. Sienkiewicz, T. Plocinski, M. Zubko, P. Swiec, and E.A. Pieczyska, Metal. Mater. Trans. A, 52: 4558 (2021); https://doi.org/10.1007/s11661-021-06409-z
  24. I. Weiss and S.L. Semiatin, Mater. Sci. Eng. A, 243: 46 (1998); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(97)00783-1
  25. O.P. Karasevska, O.M. Ivasishin, S.L. Semiatin, and Yu.V. Matviychuk, Mater. Sci. Eng. A, 354: 121 (2003); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00935-8
  26. F.J. Humphreys and M. Hatherly, Recrystallization and Related Annealing Phenomena (Oxford: Pergamon: 2002); https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044164-1.X5000-2
  27. J.E. Burke and D. Turnbull, Recrystallization and grain growth, Progress in Metal Physics, vol. 3, p. 220 (1952); https://doi.org/10.1016/0502-8205(52)90009-9
  28. F.J. Humphreys and M. Hatherly, Recrystallization and Related Annealing Phenomena (Oxford: Pergamon: 2004); https://doi.org/10.1016/B978-0-08-044164-1.X5000-2
  29. О.М. Іvasishin, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, O.О. Stasiuk, V.A. Golub, V.І. Mirnenko, S.H. Sedov, V.А. Kurban, and S.L. Antonyuk, Microstructure and properties of titanium-based materials promising for antiballistic protection, Prog. Phys. Met., 20, No. 2: 285 (2019); https://doi.org/10.15407/ufm.20.02.285
  30. О.М. Ivasishin, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, О.О. Stasiuk, and S. Prikhodko, Proc. 14th World Conference on Ti (10–15 June, 2019, Nantes, France) (MATEC Web of Conferences), vol. 321, p. 11028 (2020); https://doi.org/10.1051/matecconf/202032111028
  31. O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, D.G. Savvakin, O.O. Stasyuk, S.D. Sitzman, M. Norouzi Rad, and S. Prikhodko, J. Mater. Process. Technol., 269: 172 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.02.006
  32. P.E. Markovsky, O.M. Ivasishin, D.G. Savvakin, V.I. Bondarchuk, and S. Prikhodko, J. Mater. Eng. Perform., 28, No. 9: 5772 (2019); https://doi.org/10.1007/s11665-019-04263-0
  33. J.M. Bennett, E.J. Pickering, J.S. Barnard, D. Rugg, H.J. Stone, and N.G. Jones, Mater. Characteriz., 142: 523 (2018); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.06.017
  34. K. Bartha, J. Stráský, A. Veverková, J. Veselý, and M. Janeček, Mater. Lett., 309: 131276 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.131376
  35. G.K. Williamson and W.H. Hall, Acta Metall., 1: 22 (1953); https://doi.org/10.1016/0001-6160(53)90006-6
  36. M. Marciszko, Diffraction Study of Mechanical Properties and Residual Stresses Resulting from Surface Processing of Polycrystalline Materials (Ph.D. Thesis) (Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris; University of Science and Technology, Krakow: 2013); https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00992073
  37. Z. Chen, Y. Yang, and H. Jiao, Some Applications of Electron Back Scattering Diffraction (EBSD) in Materials Research, Scanning Macroscopy (Ed. V. Kazmiruk) (Rijeka: INTECH: 2012), p. 55; https://doi.org/10.5772/35267
  38. B. Qian, M. Yang, L. Lilensten, P. Vermaut, F. Sun, and F. Prima, Mater. Res. Lett., 10, No. 2: 45 (2022); https://doi.org/10.1080/21663831.2021.2013967
  39. P.E. Markovsky, V.I. Bondarchuk, Yu.V. Matviychuk, and O.P. Karasevska, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 24, No. 5: 1365 (2014); https://doi.org/10.1016/S1003-6326(14)63200-3
  40. Ozan, Yu. Li, J. Lin, Ya. Zhang, H. Jiang, and C. Wen, Mater. Sci. Eng. A, 719, No. 14: 112; https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.02.034
  41. I.S. Aliiev, I.G. Zhbankov, L.V. Tagan, and A.A. Shvets, Obrabotka Materialov Davleniem, No. 1 (34): 50 (2013) (in Russian); http://www.dgma.donetsk.ua/science_public/omd/omd_1(34)_2013/article/13AISFLF.pdf
  42. Y.-X. Du, X.-L. Yang, Z.-S. Li, F. Hao, Y.-C. Mao, S.-Q. Li, X.-H. Liu, Y. Feng, and Z.-M. Yan, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 31: 1641 (2021); https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65604-2
  43. Tensile Testing (Ed. J.R. Davis) (Materials Park, Ohio: ASM International: 2004).
  44. S.L. Semiatin, Metall. Mater. Trans. A, 51, No. 6: 2593 (2020); https://doi.org/10.1007/s11661-020-05625-3
  45. P.E. Markovsky, Mater. Sci. Forum, 941: 1384 (2018); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.941.1384
  46. Q.V. Viet, A.A. Gazder, A.A. Saleh, P.E. Markovsky, O.M. Ivasishin, and E.V. Pereloma, J. Alloys and Compounds, 585, No. 1: 245 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.122

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,