CC BY
130
УДК 548.73
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ СПЛАВА ВТ6, ПОДВЕРГНУТОГО РКУП-К
© В.Д. Ситдиков, И.В. Александров, А.Ф. Ахатова
Ключевые слова: РКУП-К; титановый сплав ВТ6; рентгеноструктурный анализ.
Методом рентгеноструктурного анализа проведена структурная аттестация титанового сплава марки ВТ6 подвергнутого равноканально-угловому прессованию - «конформ». Установлено, что происходит закономерное уменьшение размера областей когерентного рассеяния, при этом наблюдается монотонный рост среднеквадратичных микроискажений и плотности дислокаций с увеличением числа проходов. Показано, что в ходе РКУП-К активными системами скольжения являются базисные и пирамидальные <а> и <а + с> типа, а также системы двойникования растяжением.
ВВЕДЕНИЕ
К настоящему времени установлено, что материалы, подвергнутые интенсивной пластической деформации (ИПД), могут демонстрировать очень высокую прочность в сочетании с достаточной пластичностью, высокую усталостную прочность, низкотемпературную или высокоскоростную сверхпластичность [1]. При этом характерной особенностью объемных наноструктурных материалов (ОНМ), полученных методами ИПД, являются крайне малый размер зерен, наличие высокой плотности дефектов кристаллического строения в границах зерен и их сильно неравновесное состояние [1]. С целью производства заготовок из ОНМ для промышленного применения методы ИПД существенно развиты и предложен ряд новых методов [1]. Среди них можно выделить равноканально-угловое прессование в сочетании с конформ-процессом (РКУП-К) [1]. Данный процесс позволяет получать длинномерные прутки с улучшенными прочностными свойствами в результате формирования ОНМ состояний [1].
РКУП-К является достаточно новым процессом, и в связи с этим структурная аттестация РКУП-К заготовок, а также эволюция кристаллографических текстур с установлением действующих систем скольжения и систем двойникования все еще являются актуальной задачей. Рентгеноструктурный анализ (РСА), дающий возможность оценить размер областей когерентного рассеяния (ОКР), упругие микроискажения кристалл-лической решетки, плотность дислокаций, активность действующих систем скольжения и двойникования и т. д., является важнейшим инструментом исследования объемных наноструктурных материалов. С помощью РСА можно успешно контролировать изменения микроструктуры и устанавливать механизмы, приводящие к такому изменению.
Целью данной работы является РСА влияния числа проходов РКУП-К на характер эволюции микроструктуры и механизмы деформации заготовок титанового сплава ВТ6, обеспечивающие течение материала в ходе РКУП-К, а также выявление структурных параметров, ответственных за формирование высокопрочного состояния.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Титановый сплав марки ВТ6 со средним размером зерен 10 мкм был выбран в качестве исходного материала. Исходные отожженные заготовки имели форму прямоугольного параллелепипеда с длиной 25 см и квадратным основанием с ребром 11 мм. Заготовки были подвергнуты РКУП-К при температуре 200 °С по маршруту ВС с углом пересечения каналов Ф = 120° [1].
Экспериментальные рентгеновские данные были получены с использованием рентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima IV с фокусировкой гониометра по методу Брэгга-Брентано. Съемка образцов проводилась с использованием Cu Ка-излучения (40 кВ, 30 мА). Для расчетов использовалась длина волны ХКа1 = 1,54060 А. Общий вид рентгенограмм получали с шагом сканирования 0,02° и временем экспозиции в каждой точке, равным 5 с. Количественные оценки размеров ОКР и среднеквадратических микроискажений проводились с использованием программного пакета PDXL (www.rigaku.com). Расчет плотности дислокаций проводился согласно методике, представленной в работе [2]. Результаты текстурных исследований представляли в виде полных ПФ, рассчитанных с использованием пакета программ LaboTEX.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате РКУП-К происходит закономерное уменьшение размеров ОКР с ростом числа проходов (табл. 1). При этом уровни среднеквадратичных микроискажений (СМ) монотонно растут, также растет плотность дислокаций.
Уровень СМ кристаллической решетки после первого прохода РКУП-К примерно в 2 раза, а после восьми проходов примерно в 4 раза превышает аналогичную величину, соответствующую крупнокристаллическому состоянию. В то же время плотность дислокаций в результате восьми проходов РКУП-К возрастает более чем в 9 раз, что свидетельствует о высокой плотности внесенных дефектов.
1883
Таблица 1
Параметры структуры образцов, полученных методом РКУП-К
Состояние ОКР, нм <є2>, х10-4 p, 1O15 м-2
Исходное б9,5 ± 11 7,81 ± 1,02 -0,13
1 проход 31 ± 3 15,13 ± 1,84 -0,58
2 проход 28 ± 3 18,7б ± 2,17 -0,79
4 проход 2б ± 3 20,03 ± 2,24 -0,90
8 проход 25 ± 2 24,90 ± 2,30 -1,17
Экспериментальные полные ПФ (OOO2) сплава ВТб в различных исследованных состояниях (после 1, 2 и 8 проходов) представлены на рис. 1. ПФ (OOO2) после первого прохода РКУП (рис. 1а-1в) характеризуется двумя главными максимумами, расположенными на периферии ПФ под углами, примерно равными 6O° по отношению к оси 1, соответствующей ориентации продольной оси заготовки. Расположение текстурных максимумов подобно тому, что наблюдается при обычном РКУП с углами пересечения каналов 12O°. При этом такую текстуру можно охарактеризовать с помощью идеальных ориентировок H1e, H2e, H3e, H4e, H5e и H6e, соответствующих текстуре простого сдвига [3]. Максимумы свидетельствуют об активности базисных систем скольжения в плоскости сдвига (ориентировка H1e) и систем двойникования (ориентировка H6e).
На начальных этапах прессования наиболее активными являются базисные и пирамидальные ^ + с> системы скольжения 1-го порядка (рис. 2). Доля базисных систем скольжения постепенно падает к концу соответствующего прохода, а пирамидальных - наоборот возрастает. Кроме того, начиная со второго прохода, незначительно активизируются призматические системы скольжения {10 То} < Т2Т0 >.
Рис. 1. Экспериментальные (а-в) и модельные (г-е) ПФ (0002) сплава ВТ6 в плоскости продольного сечения заготовки после 1, 2 и 8 проходов непрерывного РКУП-К
Рис. 2. Относительная активность систем скольжения (СС) и систем двойникования в зависимости от числа проходов РКУП-К
В ходе РКУП-К также активизируются процессы двойникования растяжением и сжатием, активность которых достаточно высока вплоть до больших степеней ИПД. В результате увеличения числа проходов РКУП-К активность призматических систем скольжения увеличивается, а базисных систем скольжения уменьшается (рис. 2).
ЛИТЕРАТУРА
1. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. М.: Академкнига, 2007. 398 с.
2. Schafler E., Zehetbauer M., Ungar T. Measurement of screw and edge dislocation density by means of X-ray Bragg profile analysis // Mater. Sci. Eng. 2001. V. A319-321. P. 220-223.
3. Saiyi Li. Orientation stability in equal channel angular extrusion. Part II: Hexagonal close-packed materials // Acta Materialia. 2008. V. 56. P. 1031-1043.
4. Kocks U.F., Tome C.N., Wenk H.R. Texture and anisotropy: preferred orientations in polycrystals and their effect on materials properties. UK. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. 676 p.
В целом, интерпретация полученных экспериментальных кристаллографических текстур представляет собой значительные сложности, поскольку не позволяет устанавливать действующие системы скольжения или двойникования. В связи с этим был проведен анализ процессов текстурообразования при ИПД методом компьютерного моделирования в рамках ВПСС модели [4]. На рис. 1г-1е представлены результаты моделирования процессов текстурообразования, когда действуют выбранные системы скольжения и системы двойни-кования. Полученные в результате моделирования прямые ПФ (0002) воспроизводят основные текстурные максимумы Н10, Н20, Н30, Н40, Н50 и Н60 текстуры сдвига. Сопоставление результатов эксперимента и моделирования (рис. 1) для одних и тех же состояний указывает на хорошее соответствие между ними.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-02-31025 мол_а).
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Sitdikov V.D., Aleksandrov I.V., Akhatova A.F. X-RAY ANALYSIS OF VT6 ALLOY SUBJECTED TO ECAP-C
X-ray diffraction analysis, structural certification titanium alloy subjected to equal channel BT6 - angular pressing - “con-formal” is made. It is established that is natural decrease of coherent scattering, in this case, there is a monotonic increase in mean - micron - and dislocation density with increasing number of passes. It is shown that during ECAP-C active slip systems are basic and pyramidal <a> and <a + c> type, and the twinning of stretching.
Key words: ECAP-C; Ti alloy VT6; X-ray analysis.
1884
