blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2015-2-106-111blackmet-143Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИMATERIAL SCIENCE AND NANOTECHNOLOGIESФОРМИРОВАНИЕ И ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОГО СПЛАВА Zr – 1Nb*FORMING AND DEFORMATION BEHAVIOR OF THE ULTRAFINE-GRAINED Zr – 1Nb ALLOYГрабовецкаяГ. П.GrabovetskayaG. P.

д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник

Dr. Sci. (Phys.-math.), Leading Researcher

grabg@ispms.tsc.ruМишинИ. П.MishinI. P.

к.ф.-м.н., научный сотрудник

Cand. Sci. (Phys.-math.), Researcher

СтепановаЕ. Н.StepanovaE. N.

к.т.н., доцент кафедры общей физики

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of General Physics

ЧерновИ. П.ChernovI. P.

д.ф.-м.н.,профессор кафедры общей физики

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor of the Chair of General Physics

БулынкоД. Ю.BulynkoD. Yu.

студент

Student

Институт физики прочности и материаловедения СО РАНРоссияInstitute of Strength Physics and Material Science, Siberian Brunch of Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университетРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian Federation201523032015582106111Copyright © Грабовецкая Г.П., Мишин И.П., Степанова Е.Н., Чернов И.П., Булынко Д.Ю., 20152015Грабовецкая Г.П., Мишин И.П., Степанова Е.Н., Чернов И.П., Булынко Д.Ю.Grabovetskaya G.P., Mishin I.P., Stepanova E.N., Chernov I.P., Bulynko D.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/143

Изучено влияние режимов интенсивной пластической деформации на формирование ультрамелкозернистого состояния сплава Zr – 1Nb, содержащего выделения вторичных фаз в виде частиц в объеме и на границах зерен. Установлено, что прессование с постепенным понижением температуры в интервале 973 – 573 К приводит к растворению выделений вторичных фаз и формированию в сплаве ультрамелкозернистой зеренно-субзеренной структуры со средним размером элементов 0,25 ± 0,10 мкм. В процессе прессования при комнатной температуре с промежуточными отжигами в течение 1 ч в интервале температур 873 – 803 К формируется ультрамелкозернистая зеренносубзеренная структура со средним размером элементов 0,45 ± 0,18 мкм, при этом в структуре сохраняются частицы вторичных фаз. Формирование ультрамелкозернистой структуры приводит к увеличению пределов прочности и текучести сплава Zr – 1Nb в 1,5 – 2,0 раза при одновременном повышении склонности к локализации пластической деформации и уменьшении однородной деформации и деформации до разрушения. Присутствие частиц вторичных фаз в ультрамелкозернистой структуре, как и увеличение размеров ее элементов, препятствует развитию локализации пластической деформации и повышает эффект деформационного упрочнения.

The effect of the severe plastic deformation modes on the ultrafi ne-grained state forming in zirconium Zr – 1Nb alloy comprising precipitations of secondary phases in the form of particles in the volume and at the grain boundaries was studied. Pressing with a gradual temperature decrease in the range of (973 – 573) K was established to dissolution of the secondary phase precipitates and forming the ultrafi ne-grained grain-subgrain structure in the alloy with an average elements size (0.25 ± 0.10) mm. In the pressing process at room temperature with an intermediate hour annealing in the temperature range of (873 – 803) K forming of ultrafi ne-grained structure with an average size of elements (0.45 ± 0.18) mm was observed. At the same time the secondary phase particles were retained in structure. The ultra fi negrained structure forming leads to the increase in the values of tensile and yield strengths of Zr – 1Nb alloy in 1.5 – 2.0 times and the simultaneous increase in the propensity to the localization of plastic deformation and decrease of the values of uniform strain and deformation to failure. Presence of secondary phase’s particles in ultrafi ne-grained structure as an increase in the size of its elements prevents the development of the plastic deformation localization and increases the effect of strain hardening.

сплав цирконияинтенсивная пластическая деформацияультрамелкозернистая структурадеформационное упрочнениелокализация пластической деформацииzirconium alloysevere plastic deformationultrafi ne-grained structurestrain hardeninglocalization of plastic deformationReferencesШаркеев Ю.П., Ярошенко А.Ю., Кукареко В.А. и др. // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 8. С. 60 – 63.Sharkeev Yu.P., Yaroshenko A.Yu., Kukareko V.A., Belyi A.V., Bataev V.A. Nanostructured titanium. Application, structure, properties. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya – Ferrous Metallurgy. 2012, no. 8, pp. 60–63. (In Russ.).Головин К.И., Бейтан А.В., Волкова В.А. и др. // Российский стоматологический журнал. 2000. № 2. С. 40 – 43..Golovin K.I., Beitan A.V., Volkova V.A., Nikolaev A.Yu., Nurmagomedov A.Yu., Fadeev A.Yu. Justifi cation of the choice of metal alloy for dental prosthesis based on screw implants made of zirconium alloy “Duadenal”. Rossiiskii stomatologicheskii zhurnal. 2000, no. 2, pp. 40–43. (In Russ.).Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов / Ю.Р. Колобов, Р.З. Валиев, Г.П. Грабовецкая и др. – Новосибирск: Наука, 2001. – 213 с.Kolobov Yu.R., Valiev R.Z., Grabovetskaya G.P., Zhilyaev A.P., Dudarev E.F., Ivanov K.V., Ivanov M.B., Kashin O.A., Naidenkin E.V. Zernogranichnaya diffuziya i svoistva nanostrukturnykh materialov [Grain boundary diffusion and properties of nanostructured materials]. Novosibirsk: Nauka, 2001. 213 p. (In Russ.).Morris D.G. Mechanical behaviour of nanostructured materials. – Switzerland: Trans. Tech. Publication ltd., 1998. – 85 p.Morris D.G. Mechanical behavior of nanostructured materials. Switzerland: Trans. Tech. Publication ltd., 1998. 85 p.Гапонцев В.Л., Кондратьев В.В. // Доклады Академии наук. 2002. Т. 385. № 5. С. 608 – 611.Gapontsev V.L., Kondrat’ev V.V. Diffusion phase transformations in nanocrystalline alloys during severe plastic deformation. Doklady Akademii nauk. 2002, Vol. 385, no. 5, pp. 608–611. (In Russ.). 6. Korznikov A.V., Ivanisenko Yu.V., Laptionok D.V. Infl uence of severe plastic deformation on the structure and phase composition of the carbon steel. Nanostructured Materials. 1994, Vol. 4, pp. 159–170.Korznikov A.V., Ivanisenko Yu.V., Laptionok D.V. // Nanostructured Materials. 1994. Vol. 4. P. 159 – 170.Vinokurov V.A., Ratochka I.V., Naidenkin E.V., Mishin I.P., Rozhintseva N.V. Sposob polucheniya titanovykh splavov s submikro-kristallicheskoi strukturoi deformirovaniem s obespecheniem intensivnoi plasticheskoi deformatsii [The method for production of titanium alloys with submicrocrystalline structure deformation with the provision of intensive plastic deformation]. Patent RF no. 2388566. Byulleten' izobretenii. 2010, no. 13. (In Russ.).Пат. 2388566 РФ. Способ получения титановых сплавов с субмикрокристаллической структурой деформированием с обеспечением интенсивной пластической деформации /Strukturnye urovni plasticheskoi deformatsii i razrusheniya [Structural levels of plastic deformation and fracture] Panin V.E. ed. Novosibirsk: Nauka, Sib. otd., 1990. 255 p. (In Russ.).В.А. Винокуров, И.В. Раточка, Е.В. Найденкин, И.П. Мишин, Н.В. Рожинцева. Бюл. № 13. 2010.Dudarev E.F., Bakach G.P., Grabovetskaya G.P., Kolobov Yu.R., Kashin O.A., Chernova L.V.. Deformation behavior and the mechanisms of plastic deformation on mezo- and macro-scale levels in submicrocrystalline titanium. Fizicheskaya mezomekhanika. 2001, Vol. 4, no. 1, pp. 97–104. (In Russ.).Структурные уровни пластической деформации и разрушения / Под ред. В.Е. Панина. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд., 1990. – 255 с.Naydenkin E.V., Grabovetskaya G.P. Deformation Behavior and Plastic Strain Localization Inherent to Nanostructured Materials Produced by Severe Plastic Deformation Techniques. Journal of Materials Science Forum. 2010, Vol. 633–634, pp. 107–119.Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П. и др. // Физическая мезомеханика. 2001. Т. 4. № 1. С. 97 – 104.Panin V.E., Egorushkin V.E., Panin A.V.. Physical mesomechanics of deformable solids as a multilevel system I. The physical basis for multi-level approach. Fizicheskaya mezomekhanika. 2006, Vol. 9, no. 3, pp. 9–22. (In Russ.).Naydenkin E.V., Grabovetskaya G.P. // Journal of Materials Science Forum. 2010. Vol. 633 – 634. Р. 107 – 119.Grabovetskaya G.P., Mishin I.P., Kolobov Yu.R. The effect of dispersion hardening on the regularities and mechanisms of the creep of copper with submicron grain sizes. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2009, vol. 50, no. 5, pp. 540–544.Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 3. С. 9 – 22.Kozlov. E.V., Zhdanov A.N., Koneva N.A. Barrier inhibition of dislocations. Issue of Hall-Petch. Fizicheskaya mezomekhanika. 2006, Vol. 9, no. 3, pp. 81–92. (In Russ.).Грабовецкая Г.П., Мишин И.П., Колобов Ю.Р. // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2009. № 2. С. 38 – 43.Грабовецкая Г.П., Мишин И.П., Колобов Ю.Р. // Изв. вуз. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2009. № 2. С. 38 – 43.Козлов. Э.В., Жданов А.Н., Конева Н.А. // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 3. С. 81 – 92.Козлов. Э.В., Жданов А.Н., Конева Н.А. // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. № 3. С. 81 – 92.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.