Исследование методом высокоразрешающей аналитической электронной микроскопии титанового сплава вт6 после водородопластической обработки

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩЕЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 ПОСЛЕ ВОДОРОДОПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Манохин С.С., Иванов М.Б. Белгородский государственный университет, НОЦ «Наноструктурные материалы и нанотехнологии», г. Белгород, Россия, manohin@bsu.edu.ru Эффективным методом управления структурно-фазовым составом α+β- титановых сплавов является обратимое легирование водородом (ОЛВ) [1]. Растворяясь в основном в β- фазе, водород повышает способность к пластической деформации материала. Этот эффект позволяет улучшить технологичность обработки жаропрочных титановых сплавов [2]. Ранее было установлено [3], что в результате термоводородной/водородопластической обработок в сплаве ВТ6 возможно формирование упорядоченной α2-фазы (Ti3Al). Показано, что варьируя параметры водородопластической обработки (степень деформации, температуру отжига), можно реализовать контролируемое получение несколько типов микроструктур с различной (в интервале 9-18 масс. %) объемной долей α2-фазы. Целью данной работы являлось показать современными методами исследований, в частности высокоразрешающей аналитической электронной микроскопии, влияние водородопластической обработки на фазовый состав, морфологию, механические свойства сплава ВТ6. В работе использовали титановый сплав марки ВТ6. Химический состав, %(масс.): 6,8Al;5,2V;прочие 1.3, остальное Ti. В данной работе рассмотрены состояния после теплой пластической деформации на степень до 50 % и отжигом (в наводороженном состоянии) в интервале температур 773-1023К. Конечным этапом обработки всегда являлся вакуумный отжиг, для удаления водорода до безопасных концентраций (0,002 масс. %). В отличии от образцов после пластической деформации прокаткой на степень 0-20%, в образцах после деформации на степень порядка 50% обнаруживаются глобулярные кристаллиты (рис. 1.А,Б ). Рис. 1. Изображения микроструктуры титанового сплава ВТ6 после водородопластической обработки: A).,Б). образцов состояний без и с пластической деформацией прокаткой на степень 50% соответственно. Просвечивающая электронная микроскопия в режиме сканирования (STEM) Электронно-микроскопические исследования подтверждают данные рентгеноструктурного анализа о наличии в структуре упорядоченной α2-фазы. В тонкой фольге наблюдаются рефлексы, характерные для структуры интерметаллида Ti3Al. Темное поле, получено в «экстра» и матричном рефлексах (рис. 2). Размер доменной структуры, с антифазными границами, в упорядоченной α2-фазе порядка 10 нм. Известен факт, что повышение дисперсности доменной структуры с антифазными границами, приводит к повышению жаропрочных свойств сплавов. Например, предел текучести структуры с доменами Ti3Al порядка нескольких микрон, может быть повышен в пять раз при уменьшении среднего размера домена с антифазными границами до сотни нанометров при контроле морфологии [4]. Рис. 2. Изображения микроструктуры титанового сплава ВТ6 после водородопластической обработки: А),Б). светлое (с микродифракциями) и темное поля (оси зон [0001]α2 и [2-1-10]α2 в рефлексах (-1100)α2 и (0-110)α2 соответственно . Микродифракция получена с площади 0,03 мкм2). Методом высокоразрешающей просвечивающей микроскопии в оси зоны [10-10]α2 и [10-10]α получены изображения атомной решетки. Методами прямого и обратного Фурье-преобразования, выявлены характерные межплоскостные расстояния и положения атомов для упорядоченной α2 ГПУ структуры с типом симметрии D019 (рис.3) , а также приведена схема упаковки атомов в решетке α2-и α- титане в оси зоны [10-10]α2, [10-10]α . Рис.3. А),Б). высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия с Фурье-преобразованием ось зоны[10-10]α2 и [10-10]α; В) схема упаковки атомов домена α2-фазы с типом структуры решетки D019 в оси зоны [2-1-10]α2. Кроме этого, методом энергодисперсионного рентгеноспектрального анализа построены карты распределения элементов в микроструктуре сплава (рис. 4), а также определены концентрации атомов в α- матрице сплава и в областях с α2-фазой. Рис. 4. Распределение легирующих элементов в титановом сплаве ВТ6 после водородопластической обработки. Энергодисперсионный рентгеноспектральный анализ. Обнаружено, что объемная доля атомов Al в упорядоченной α2-фазе соответствует стехиометрическому составу. Выполнены механические испытания состояний после водородопластической обработки (20% теплой деформации прокаткой и отжигом при 700 ˚С) и исходного состояния поставки. Наблюдается прирост прочностных характеристик сплава ВТ6, прошедших водородопластическую обработку (рис. 5.). Известно, что частицы α2-фазы способны интенсивно блокировать движение дислокаций и способствуют повышению сопротивления ползучести титановых сплавов. Рис. 5. Механические свойства после водородопластической обработки (●) и состояния поставки(■) титанового сплава ВТ6 при повышенных температурах. Таким образом, методами высокоразрешающей аналитической просвечивающей электронной микроскопии установлены особенности микроструктуры α2-фазы в титановом сплаве ВТ6 после водородопластической обработки. Показано, что варьируя параметры (степень деформации, температуру отжига), можно реализовать контролируемое получение несколько типов микроструктур с различной морфологией. Наличие α2-фазы в структуре сплава, позволяет значительно повысить механические свойства сплава при комнатных и повышенных температурах после водородопластической обработки. Состояния сплава ВТ6, характеризующиеся присутствием упорядоченной α2-фазой с пластинчатой морфологией обладают наибольшим пределом прочности при повышенных температурах. Работа выполнена при частичной поддержке в рамках ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (гос. контракты №02.740.11.0137, П329, 14.740.11.0022 и 16.740.11.0025) с использованием аналитического оборудования Центра коллективного пользования БелГУ. Литература 1. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. – М.: Наука, 1994. – 304. с. 2. V. K. Nosov, A. V. Ovchinnikov and Yu. Yu. Shchugorev, Applications of hydrogen plasticizing of titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment 50 (2008) 378. 3. M. B. Ivanov, S. S. Manokhin, Yu. R. Kolobov, D. A. Nechayenko Phase composition and microstructure of Ti-6Al-4V alloy after hydrogen-plastic working// Materials physics and mechanics,Vol. 10,2010, p.62-71. 4. Y. Koizumi et.al. Effect of Al concentration on growth of antiphase domains in Ti3Al//Materials research sociality symposium, Vol.705, 2002, pp. Y7.10.1-Y7.10-5.

Похожие:

	Исследование энергии дефекта упаковки в германии методом электронной микроскопии мозжерин А. В ...		Xxiv российская конференция по электронной микроскопии (ркэм-2012) состоится Научный совет ран по электронной микроскопии извещает Вас о том, что XXIV российская конференция по электронной микроскопии (ркэм-2012)...
	Исследование поверхности твердых тел методом сканирующей туннельной микроскопии 1		Исследование поверхности твердых тел методом атомно-силовой микроскопии в неконтактном режиме 1
	С. М. Планкина «Углеродные нанотрубки» Цель данной работы: ознакомиться со свойствами, структурой и технологией получения углеродных нанотрубок и изучить их структуру методом...		Программа «Фундаментальные исследования и высшее образование» Исследование оптических свойств поверхности твердых тел методом ближнепольной сканирующей оптической микроскопии (бсом)
	Исследование статистических ошибок измерения полюсных фигур рентгеновким способом методом монте-карло Пф при включении в усреднение дополнительных пф, которые моделируются статистическим способом. Результаты полученных оценок сравниваются...		Исследование любого сплава начинается с построения и анализа диаграммы состояния соответствующей системы, так как диаграмма состояния дает возможность изучать фазы и структурные составляющие сплава ...
	Исследование природы искажений, вносимых в речевой сигнал при его преобразовании методом амплитудной фильтрации В настоящем докладе представлены предварительные результаты исследования характера искажений, появляющихся в речевом сигнале после...		Исследование процессов структурной организации при молекулярно-динамическом стекловании сплава системы fe-b дейч Денис Борисович Исследование процессов структурной организации при молекулярно-динамическом стекловании сплава системы fe-B