Вибори директора
  1. Головна
  2. Публікації
  3. Успіхи матеріалознавства
  4. № 1 2020 рік
  5. C. 86

Крихкопластичний перехід в алюмінідах титану, легованих β-стабілізаторами

М.В.Ремез,
 
Ю.М.Подрезов,
 
В.І.Даниленко,
 
М.І.Даниленко,
 
С.О.Фірстов
 

Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , Київ
Yupodrezov@ukr.net
Usp. materialozn. 2020, 1:86-97
https://doi.org/10.15407/materials2020.01.086

Анотація

Досліджено температурну, структурну та швидкісну чутливість характеристик пластичності в γ-алюмінідах титану з різним вмістом Al, легованих β-стабілізаторами. Особлива увага приділена дислокаційним механізмам, що контролюють крихкопластичний перехід. Продемонстровано визначальну роль границь зерен у формуванні характеристик пластичності. В умовах низьких температур границі зерен гальмують розповсюдження крихких внутрішньозеренних тріщин та стримують розвиток пластичної зони за межі окремого зерна, створюючи передумови для руйнування в області мікродеформації. За умов підвищених температур границі сприяють утворенню дислокаційних скупчень в пластичній зоні з концентрацією напружень, достатньою для активізації джерел Франка—Ріда, та виходом пластичної зони за межі окремого зерна. Зміна конфігурації пластичної зони та розподіл напружень зумовлюють гальмування руху тріщин. Різке прискорення релаксаційних процесів поблизу тріщини створює передумови для розвитку макродеформації. Локальність релаксаційних процесів біля вершини тріщин веде до більш високої швидкісної чутливості характеристик пластичності, ніж параметрів міцності, що має важливі практичні наслідки. Біля верхньої межі працездатності γалюмінідів титану існує температурна область, де значення напружень залишаються високими (границя плинності σ0,2 ~ 700 МПа, σр ~ 1200 МПа за випробувань на вигін) незалежно від швидкості деформації, тоді як деформація до руйнування різко підвищується за умов малих швидкостей. Це сприяє поєднанню високої міцності та пластичності в умовах довготривалих випробувань в області робочих температур виробів. За малих швидкостей деформації, коли релаксаційні процеси охоплюють весь зразок, деформація відбувається за дислокаційнодвійниковим механізмом. За умов малих ступенів деформації (7%) переважає двійниковий механізм. Завдяки релаксаційним процесам в зоні контакту двійника γфази та α2-ламелі замість утворення тріщини відколу відбувається макроскопічний зсув α2-ламелей. За великих деформацій (32%) різко зростає концентрація дислокацій та формуються дислокаційні скупчення. Активізація механізму поперечного ковзання дислокацій на всіх ділянках зразка унеможливлює зародження та розвиток крихких тріщин в тілі зерна на межах фаз та на границях полікристалів, що створює передумови для в’язкого ямкового механізму руйнування.


Завантажити повний текст

γ-АЛЮМІНІДИ ТИТАНУ, КРИХКОПЛАСТИЧНИЙ ПЕРЕХІД, МІЦНІСТЬ, ПЛАСТИЧНІСТЬ, СТРУКТУРА, ТЕМПЕРАТУРНА ТА ШВИДКІСНА ЧУТЛИВІСТЬ

Посилання

1. Clemens H., Mayer S. Design, processing, microstructure, properties, and applica¬tions of advanced intermetallic TiAl alloys . Adv. Eng. Mater. 2013. Vol. 15. P. 191-215.
https://doi.org/10.1002/adem.201200231

2. Mayer S., Erdely P., Dieter F., Holec D., Kastenhuber M., Klein T. and Clemens H. Intermetallic β-solidifying γ-TiAl based alloys. From Fundamental Research to Application Adv. Eng. Mat. 2017. P. 1-27
https://doi.org/10.1002/adem.201600735

3.  Подрезов  Ю.М.,  Холявко  В.В.,  Ремез  М.В.,  Прокопчук  М.Д.  Температурна  та швидкісна  чутливість  механічних  властивостей  сплавів  TNM.  World  Science.  
November 2019.  Vol. 1, No. 11 (51). P. 25—31.
https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30112019/6763 

4.  Ремез  М.В.,  Подрезов  Ю.М.,  Бондар  А.А.,  Вітусевич  В.Т.,  Хехт  У.,  Циганенко Н.І., Білоус О.О., Петюх В.М. Структура та властивості сплавів на основі  TiAl, 
легованих ніобієм та тітаном. Порошковая металлургия. 2011. № 7/8. C. 23—46. 

5.  Трефилов  В.М.,  Мильман  Ю.В.,  Фирстов  С.А.  Физические  основы  прочности тугоплавких металлов. К.: Наук. думка,  1975.  315 с. 96 

6.  Подрезов  Ю.М.,  Вербило  Д.Г.,  Даниленко  В.І.  Експрес-метод  прогнозування довготривалої міцності та опору повзучості в високотемпературних сплавах на основі титану.  Электронная  микроскопия  и  прочность  материалов.  К.:  Ин-т  пробл. материаловедения НАН Украины. 2018. Вып. 24. С. 35—46. 

7. Messerschmidt U. Dislocation Dynamics During Plastic Deformation. Springer Ser. in Mat. Sci., 2010. 503 p.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-03177-9

8. Imayev V.M., Imayev R.M., Salishchev G.A. On two stages of brittle-to-ductile transition in TiAl intermetallic. Intermetallics. 2000. No. 8 (1). P. 1-6.
https://doi.org/10.1016/S0966-9795(99)00065-5

9. Rice J.R., Thomson R. Ductile versus brittle behaviour of crystals. Phil. Mag. 1974. Vol. 29. P. 73-97.
https://doi.org/10.1080/14786437408213555

10.  Борисовская  Е.М.,  Подрезов  Ю.Н.,  Коваль  А.Ю.  Структурная  чувствительность трещиностойкости молибдена. Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении. К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. 2016. Вып. 18. С. 110. 

11.  Фирстов С.А., Борисовская Е.М., Подрезов Ю.Н. Динамика дислокаций в поликристалле при наличии дисклинационной стенки. Электронная микроскопия и прочность материалов.  К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. 2015.  Вып. 21.  С. 7—13. 

12. Kawabata T., Kanai T., Izumi O. Positive temperatute dependence of the yield stress in TiAl Ll, tipe superlattice intermetallic compound single crystals at 293-1273 K. Acta Metall. 1985. Vol. 33, No. 7. P. 1355-1366.
https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90245-7

13. Roberts S.G., Booth A.S. and Hirsch P.B. Dislocation activity and brittle-ductile transitions in single crystals. Mat. Sci. & Eng. 1994. Vol. A176. P. 91-98.
https://doi.org/10.1016/0921-5093(94)90962-8

14.  Wаng Yu., Lin T.L. Brittle-to-ductile transition temperature and its strain rate sensitivity in a two-phase  titanium  aluminide  with  near  lamellar  microstructure. J. Mat. Sci. 1999. Vol. 34. Р. 3155—3159. 

15.  Wаng Yu., Lin T.L. The effect of boron addition on brittle-to-ductile transition temperature and its strain rate sensitivity in gamma titanium aluminide. J. Mat. Sci. 2000. Vol. 35. Р. 3083—3089. 
16.  Мешков Ю.Я., Пахаренко Г.А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. Киев: Наук. думка,  1985.  266 с. 

17. Appel F., Paul J.D.H., Oehring M. Gamma titanium aluminide alloys. Sci. and Technology. Weinheim, 2011. 745 p.
https://doi.org/10.1002/9783527636204

18. Appel F., Clemens H., Fischer F.D. Modeling concepts for intermetallic titanium aluminides. Progress in Mater. Sci. 2016. Vol. 81. P. 55-124.
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2016.01.001

19. Khantha M., Vitek V., Pope D. Srain-rate dependence of the brittle to ductile tran¬sition temperature in TiAl. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 2001. Vol. 646. P. 217-232.
https://doi.org/10.1557/PROC-646-N1.11.1

Публікації