Изменение микротвердости титана ВТ1-0 при воздействии магнитным полем 0,5 Тл Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 53.098

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1444-1446

ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ ТИТАНА ВТ1-0 ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ 0,5 Тл

© В.В. Шляров, Е.А. Анучина, Д.В. Загуляев, С.В. Коновалов

Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация,

e-mail: [email protected]

Исследовано влияние магнитного поля 0,5 Тл на микротвердость технически чистого титана ВТ1-0. Установлено, что выдержка в магнитном поле 0,5 Тл в течение часа приводит к снижению значения микротвердости. Начальный эффект влияния магнитного поля составляет порядка 6 %. Дальнейшая выдержка в обычных условиях (без магнитного поля при комнатной температуре) приводит к восстановлению микротвердости до исходного значения за время порядка 8 ч. Релаксация микротвердости происходит по экспоненциальному закону Г

Q = -6,94 • EXP

5,066

- 0 22 . Выявлено, что повторная обработка, которая проводилась после 24 ч после первой

обработки, приводит точно к таким же эффектам, что и первая, а именно происходит снижение микротвердости на 7 ± 1,8 %.

Ключевые слова: магнитное поле; микротвердость; деформационные характеристики; пластичность; индукция; внешние воздействия.

Интерес к изучению магнитного поля возник достаточно давно - еще с открытия этого явления - но в последние годы были предприняты большие усилия для развития этого направления. Это вызвано тем, что магнитное поле является одним из факторов окружающей среды, который непрерывно воздействует на все процессы. Было написано более 200 статей за последние 20 лет о влиянии магнитного поля с индукцией 0,1-40 Тл на различные не магнитные материалы, в т. ч. полимеры, диэлектрики, полупроводники, пара-и диамагнитные металлы (см. обзоры [1-4]).

Цель данной работы состоит в экспериментальном изучении влияния магнитных полей с индукцией 0,5 Тл на микротвердость технически чистого титана ВТ 1-0. Химический состав приведен в табл. 1.

В работе использовали образцы поликристаллического технически чистого титана ВТ1 -0, имеющие размеры 0,4x1x1 см3. Они отжигались при температуре 800 К в течение 2 ч с последующим охлаждением в печи, затем механически полировались и химически травились, травление образцов проводили раствором, составленным из плавиковой и азотной кислот с добавлением воды в соотношении 1:1:6 (по объему) [5].

Таблица 1

Химический состав Ti марки ВТ 1-0

Fe C Si N Ti O H Примесей

до 0,25 до 0,07 до 0,1 до 0,04 99,24 - 99,7 до 0,2 до 0,01 прочих 0,3

Время травления (5 с) подбирали опытным путем. После травления образцы тщательно промывали проточной водой и высушивали.

Источником МП служил электромагнит, имеющий возможность регулирования индукции магнитного поля путем изменения тока в катушках. Индукция МП измерялась миллитесламетром с точностью до 0,01 мТл и была равна 0,5 Тл. Выдержка в МП составляла 1 ч. Образцы располагались в магнитном поле таким образом, чтобы линии индукции были перпендикулярны стороне образца с размерами 1x1 см2 и пронизывали ее. Геометрия магнитного поля не изменялась во всех испытаниях.

Измерения микротвердости проводились с помощью микротвердомера HVS-1000 для трех вариантов: без воздействия МП, сразу после выдержки в МП и через каждый час после выдержки. Нагрузка на инден-тор составляла 1 Н. Время нагружения и под нагрузкой составляло 10 с время разгрузки 5 с. Измерения микротвердости проводили по телу зерна, исключая попадание индентора на границу. Значение микротвердости усреднялось не менее чем по 30 измерениям на разных образцах.

Количественно эффект влияния магнитного поля характеризовался относительным изменением микро-

твердости Q=

H - HVo 100% , где HV HVn

значение

микротвердости образца, выдержанного в МП в течение часа с индукцией В = 0,5 Тл; ЯУ0 - исходное значение микротвердости.

Проведенная серия экспериментов показала, что воздействие магнитным полем приводит к снижению значения микротвердости технически чистого титана с последующей ее релаксацией до исходного значения.

2016. Т. 21, вып. 3. Физика

Рис. 1. Зависимость относительного изменения микротвердости от времени прошедшего после экспозиции в МП 0,5 Тл 1 ч

Таблица 2

Относительное изменение микротвердости после повторного воздействия на образец № 1 магнитным полем 0,5 Тл в течение 1 ч

Время, Первая Повторная

прошедшее обработка обработка

после Q, Погреш- Q, Погреш-

обработки, ч % ность % ность

0 -7,1 1,8 -7,0 1,8

1 -7,0 0,6 -7,0 0,6

2 -6,3 1,1 -6,7 1,0

3 -5,3 1,4 - -

4 -3,5 1,3 - -

5 -3,1 1,4 - -

24 -0,5 0,8 - -

Для увеличения достоверности полученных данных первоначально на разные образцы воздействовали магнитным полем 0,5 Тл в течение часа и снимали релаксационные зависимости. В ходе выполнения данной серии экспериментов была установлена полная корреляция эффекта влияния магнитного поля на разные образцы. Описываемые результаты приведены на рис. 1. Видно, что воздействие магнитным полем 0,5 Тл в течение 1 ч приводит к снижению микротвердости относительно ее исходного значения на 7,1 ± 1,8 % для образца № 1 и 5,8 ± 1,2 % для образца № 2. Полная релаксация наблюдается через 24 ч после экспозиции образцов. Проведенная с помощью программы OrigmPro 8 аппроксимация показывает, что полученная зависимость подчиняется экспоненциальному закону

Q = - 6,94e

-</5,066

0,22.

Из анализа графика видно, что наблюдается уменьшение микротвердости титана в магнитном поле. Сразу после выдержки это изменение составляет порядка - 6 %, далее прослеживается релаксация микротвердости после извлечения образца из магнитного поля до начального значения за время порядка восьми часов. Полученные результаты говорят о том, что магнитное поле оказывает воздействие на титан, приводящее к снижению значения микротвердости с последующей ее релаксацией до исходного значения.

Поскольку по прошествии 24 часов значение микротвердости возвращается к исходному, была проведена повторная обработка образца № 1 для установления изменения чувствительности титана к повторному воздействию магнитным полем.

В результате было выявлено, что повторная обработка, которая проводилась после 24 ч после первой обработки, приводит точно к таким же эффектам, что и первая, а именно происходит снижение микротвердости на 7 ± 1,8 %. Для корректного сравнения полученных данных они сведены в табл. 2.

Таким образом, можно утверждать, что за время порядка 24 ч происходит полное восстановление микротвердости до исходного значения, и не наблюдается ни каких остаточных явлений, связанных с потерей чувствительности к магнитному полю.

Следует констатировать, что необходимы дальнейшие исследования для более четкого понимания физических процессов, приводящих к изменениям пластических характеристик технически чистого титана.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Alshits V.I. et al. Dislocations in solids / ed. J.P. Hirth. Amsterdam: Elsevier. Amsterdam, 2008. V. 14. Ch. 86. P. 333.

2. Комшина А.В., Помельникова А.С. Перспективность метода низкоэнергетической обработки материалов с использованием магнитного поля // Наука и образование. М., 2012. doi: 10.7463/0912.0454270.

3. Загуляев Д.В. Влияние слабых магнитных полей на микротвердость и ползучесть алюминия: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новокузнецк, 2011.

4. Калетина Ю.В. Фазовые и структурные превращения в легированных сталях и сплавах под действием магнитного поля и термической обработки: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Екатеринбург, 2009.

5. Вашуль Х. Практическая металлография. Методы приготовления образцов: пер. с нем. М.: Металлургия, 1988. 320 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - докторов наук (проект МД-2920.2015.8) и государственного задания № 3.1496.2014/K.

Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования СибГИУ «Материаловедение».

Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.

UDC 53.098

DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1444-1446

MICRO-HARDNESS OF TITANIUM ВТ1-0 UNDER THE INFLUENCE OF MAGNETIC FIELD 0.5 T

© V.V. Shlyarov, E.A. Anuchina, D.V. Zagulyaev, S.V. Konovalov

Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, e-mail: [email protected]

The influence of a magnetic field of 0.5 T on the microhardness of commercially pure titanium BT-1-0 is studied. It is found that exposure to a magnetic field of 0.5 T for one hour results in a reduction of microhardness values. The initial effect of the magnetic field is about 6 percent. Further aging in normal conditions (without a magnetic field at room temperature) leads to restoration to the original values of microhardness for a time of about 8 hours. Relaxation of microhardness occurs according to the exponential law

Q = -6,94 • EXP

t

5,066

. It is revealed that the reprocessing, which was conducted after the first treat-

ment, after 24 hours generates exactly the same effects as the first one, namely declining microhardness on 7 ± 1.8 %.

Key words: magnetic field; micro-hardness; deformation characteristics; plasticity; induction; external influences.

REFERENCES

1. Alshits V.I. et al. Dislocations in solids / Ed. J.P. Hirth. Elsevier. Amsterdam, 2008, vol. 14, pt. 86, pp. 333.

2. Komshina A.V., Pomel'nikova A.S. Perspektivnost' metoda nizkoenergeticheskoy obrabotki materialov s ispol'zovaniem magnitnogo polya. Nauka i obrazovanie. Moscow, 2012. doi: 10.7463/0912.0454270.

3. Zagulyaev D.V. Vliyanie slabykh magnitnykh poley na mikrotverdost' i polzuchest' alyuminiya. Avtoreferat dissertatsii ... kandidata tekhnicheskikh nauk. Novokuznetsk, 2011.

4. Kaletina Yu.V. Fazovye i strukturnye prevrashcheniya v legirovannykh stalyakh i splavakh pod deystviem magnitnogo polya i termi-cheskoy obrabotki. Avtoreferat dissertatsii ... doktora tekhnicheskikh nauk. Ekaterinburg, 2009.

5. Vashul' Kh. Prakticheskaya metallografiya. Metodyprigotovleniya obraztsov. Moscow, Metallurgiya Publ., 1988. 320 p.

Received 10 April 2016

Шляров Виталий Владиславович, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, студент, e-mail: [email protected]

Shlyarov Vitaliy Vladislavovich, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Student, e-mail: [email protected]

Анучина Елена Александровна, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, студент, e-mail: [email protected]

Anuchina Elena Aleksandrovna, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Student, e-mail: [email protected]

Загуляев Дмитрий Валерьевич, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры физики им. проф. В.М. Финкеля, e-mail: [email protected]

Zagulyaev Dmitriy Valerevich, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor, Associate Professor of Physics Department named after Professor V.M. Finkel, e-mail: [email protected]

Коновалов Сергей Валерьевич, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, Российская Федерация, доктор технических наук, доцент, директор центра коллективного пользования «Материаловедение», e-mail: [email protected]

Konovalov Sergey Valerevich, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, Russian Federation, Doctor of Technics, Associate Professor, Director of Collective Use Center "Material Science", e-mail: [email protected]