Структурно-фазовые превращения и кристаллографическая текстура в промышленном сплаве Ti–6Al–4V с глобулярной морфологией зерен α-фазы. поперечное сечение плиты, перпендикулярное направлению прокатки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Микротекстура и структура промышленного сплава Ti–6Al–4V практически в однофазном a-состоянии, полученные с использованием термомеханической обработки, включающей горячую прокатку, были изучены методами рентгеновской дифрактометрии, оптической, просвечивающей и растровой электронной микроскопии. Обнаружено, что слоистая мелкозернистая микроструктура в поперечном сечении плиты, перпендикулярном направлению прокатки, характеризуется отбором равноосных глобулярных a-зерен по ориентационным соотношениям Бюргерса и двойниковым ориентациям. Выявленные распределения a-зерен по размерам и кристаллографическим ориентациям в поперечном сечении плиты сопоставляются с особенностями распределений, установленными для плоскости прокатки плиты. Обоснованы программно-аппаратные методы обнаружения и структурные механизмы образования микротекстурных областей в сплаве.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Г. Пушин

Институт физики металлов УрО РАН; Институт механики сплошных сред УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108; Пермь, 614013

Д. Ю. Распосиенко

Институт физики металлов УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

Ю. Н. Горностырев

Институт физики металлов УрО РАН; Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108; Пермь, 614013

Н. Н. Куранова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

В. В. Макаров

Институт физики металлов УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

А. Э. Свирид

Институт физики металлов УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Екатеринбург, 620108

О. Б. Наймарк

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Пермь, 614013

А. Н. Балахнин

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Пермь, 614013

В. А. Оборин

Институт механики сплошных сред УрО РАН

Email: pushin@imp.uran.ru
Россия, Пермь, 614013

Список литературы

  1. Цвиккер У. Титан и его сплавы. М.: Мир, 1979. 512 с.
  2. Полькин И.С. Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1984. 96 с.
  3. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. 304 с.
  4. Пушин В.Г., Кондратьев В.В., Хачин В.Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 368 с.
  5. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. М.: ВИЛС, 2009. 520 с.
  6. Banerjee D., Williams J.C. Perspectives of titanium science and technology // Acta Mater. 2013. V. 61. P. 844–879.
  7. Mosheh A.O., Mikhaylovskaya A.V., Kotov A.D., Kwame J.S., Aksenov S.A. Superplasticity of Ti-6Al-4V titanium alloy: macrostructure evolution and constitutive modelling // Materials. 2019. V. 12. P. 1756.
  8. Котов А.Д., Михайловская А.В., Мослех А.О., Пурсело Т.П., Просвиряков А.С., Портной В.К. Сверхпластичность ультрамелкозернистого титанового сплава Ti-4% Al-1% V-3% Mo // ФММ. 2019. Т. 120. № 1. С. 63–72.
  9. Bohemen S.M.C., Kamp A., Petrov R.N., Kestens L.A.I., Sietsma J. Nucleation and variant selection of secondary α-plates in β Ti alloy // Acta Mater. 2008. V. 56. P. 5907–5914.
  10. Glavicic M.G.G., Barta B.B.B., Jha S.K.K., Szczepanski C.Y.Y. The origin ofmicrotexture in duplex Ti-alloys // Mater. Sci. Eng. 2009. V. A513–514. P. 325–328.
  11. Warwick J.L.W., Jones N.G., Bantounas I., Preuss M., Dye D. In-situ observation of texture and microstructure evolution during rolling and globularisation on Ti-6Al-4V // Acta Mater. 2013. V. 61. Р. 603–1615.
  12. Tympel P.O., Lindley T.C., Saunders E.A., Dixon M., Dye D. Influence of complex LCF and dwell load regimes on fatigue of Ti-6Al-4V // Acta Mater. 2016. V. 103. P. 77–88.
  13. Modina I.M., Dyakonov G.S., Stotskiy A.G., Yakovleva T.V., Semenova I.P. Effect of the texture of the ultrafine-grained Ti-6Al-4V titanium alloy on impact toughness // Materials. 2023. V. 16. P. 1318.
  14. Bonisch M., Panigrahi A., Stoica M., Calin M., Ahrens E., Zehetbauer M., Skrotzki M., Eckert J. Giant thermal expansion and α-precipitation pathways in Ti-alloys // Nature Comm. 2017. V. 8. P. 1429.
  15. Evans W.J., Gostelow C.R. The effect of hold time on the fatigue properties of a β-processed titanium alloy // Metall. Trans. A. 1979. V. 10. P. 1837–1846.
  16. Evans W.J., Bache M.R. Dwell-sensitive fatigue under biaxial loads in the near-alpha titanium alloy IMI685 // Int. J. Fatig. 1994. V. 16. P. 443–452.
  17. Bache M., Cope M., Davies H., Evans W., Harrison G. Dwell sensitive fatigue in a near alpha titanium alloy at ambient temperature // Int. J. Fatigue. 1997. V. 19(93). P. 83–88.
  18. Bache M.R. A review of dwell sensitive fatigue in titanium alloys: the role of microstructure, texture and operating conditions // Int. J. Fatig. 2003. V. 25. P. 1079–1087.
  19. Sinha V., Mills M.J., Williams J.C. Understanding the contributions of normal-fatigue and static loading to the dwell fatigue in a near-alpha titanium alloy // Metall. Mater. Trans. A. 2004. V. 35. № 10. P. 3141–3148.
  20. Toubal L., Bocher P., Moreau A. Dwell-fatigue life dispersion of a near alpha titanium alloy // Int. J. Fatigue. 2009. V. 31. P. 601–605.
  21. Pilchack A.L. Fatigue crack growth rates in alpha titanium: Faceted vs. striation growth // Scripta Mater. 2013. V. 68. P. 277–280.
  22. Pilchack A.L. A simple model to account for the role of microtexture on fatigue and dwell fatigue lifetimes of titanium alloys // Scripta Mater. 2014. V. 74. P. 68–71.
  23. Cuddihy M.A., Stapleton A., Williams S., Dunne F.P.E. On cold dwell facet fatigue in titanium alloy aero-engine components // Int. J. Fatig. 2017. V. 97. P. 177–189.
  24. Xu Y., Joseph S., Karamched P., Fox K., Rugg D., Dunne F.P.E., Dye D. Predicting dwell fatigue life in titanium alloys using modelling and experiment // Nature Comm. 2020. V. 11. P. 5868.
  25. Hu Z., Zhou X., Liu H., Yi D. The formation of microtextured region during thermo-mechanical processing in a near-β titanium alloy Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe // J. All. and Comp. 2021. V. 853. P. 156964.
  26. Rezaei M., Zarei-Hanzaki A., Anousheh A.S., Abedi H.R., Pahlevani F., Hossain R., Sahajwalla V., Berto F. On the damage mechanisms during compressive dwell-fatigue of β-annealed Ti-6242S alloy // Int. J. Fatig. 2021. V. 146. P. 106158.
  27. Britton T.B., Birosca S., Preuss M., Wilkinson A.J. Electron backscatter diffraction study of dislocation content of a macrozone in hot-rolled Ti-6Al-4V alloy // Scr. Mater. 2010. V. 62. № 9. P. 639–642.
  28. Littlewood P.D., Wilkinson A.J. Local deformation patterns in Ti-6Al-4V under tensile, fatigue and dwell fatigue loading // Int. J. Fatigue. 2012. V. 43. P. 111–119.
  29. Kulkarni G., Hiwarkar V., Singh R. Texture evolution of Ti6Al4V during cold deformation // Int. J. Mater. Mechan. Manufacturing. 2019. V. 7. № 6. P. 250–253.
  30. Muth A., John R., Pilchak A., Kalidindi S.R., McDowell D.L. Analysis of Fatigue Indicator Parameters for Ti-6Al-4V microstructures using extreme value statistics in the transition fatigue regime // Int. J. Fatigue. 2021. V. 153. P. 106441.
  31. Oborin V., Balakhnin A., Naimark O., Gornostyrev Y., Pushin V., Kuranova N., Rasposienko D., Svirid A., Uksusnikov A., Inozemtsev A., Gabov I. Damage-failure transition in titanium alloy Ti-6Al-4V under dwell fatigue loads // Fratturaed Integrità Strutturale. 2024. V. 18. № 67. P. 217–230.
  32. Naimark O., Bayandin Yu., Uvarov S., Bannikova I., Saveleva N. Critical Dynamics of Damage-Failure Transition in Wide Range of Load Intensity // Acta Mechanica. 2021. V. 232. P. 1943–1959.
  33. Naimark O., Oborin V., Bannikov M., Ledon D. Critical Dynamics of Defects and Mechanisms of Damage-Failure Transitions in Fatigue // Materials. 2021. V. 14. № 10. P. 2554.
  34. Пушин В.Г., Распосиенко Д.Ю., Горностырев Ю.Н., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Марченкова Е.Б., Свирид А.Э., Наймарк О.Б., Балахнин А.Н., Оборин В.А. Cтруктурно-фазовые превращения и кристаллографическая текстура в промышленном сплаве Ti-6Al-4V с глобулярной морфологией зерен α-фазы. Плоскость прокатки // ФММ. 2024. Т. 125. № 6. С. 686–698.
  35. Laine S. The role of twinning deformation of α-phase titanium. Cambridge: University of Cambridge, 2017. 224 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма, полученная в сечении, поперечном плоскости прокатки (RD) и перпендикулярном направлению прокатки RD, плиты сплава Ti–6Al–4V и штрихдиаграммы рефлексов α- и β-фаз.

Скачать (4KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ОМ- (а) и РЭМ SE-изображения (в) структуры сплава в поперечном сечении (RD) плиты и гистограммы распределения α-зерен по размерам (б, г, д). Указано направление TD, перпендикулярное нормали к плоскости прокатки (ND) и RD, как и на других представленных РЭМ-изображениях (рис. 5–8).

Скачать (135KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальная (а) и расчетные (б) гистограммы распределения угла разориентации α-кристаллитов в поперечном сечении (RD) плиты сплава Ti–6Al–4V. Сплошная линия черного цвета соответствует экспериментальной гистограмме, жирная сплошная линия красного цвета — суммарной функции Гаусса, состоящей из функций Гаусса для о.с. Бюргерса (сплошные тонкие линии) и для двойниковых ориентаций (пунктирные линии).

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ДОРЭ-карта в углах Эйлера (a), цветовая шкала углов Эйлера (на вставке к рисунку а) и цветовая диаграмма Родригеса–Франка разворотов α-кристаллитов в зависимости от углов Эйлера (б) в поперечном сечении (RD) плиты сплава Ti–6Al–4V.

Скачать (126KB)
Метаданные
6. Рис. 5. ДОРЭ-карты в цветах ОПФ (а, б), увеличенные фрагменты с обозначением ориентации цветом и проекциями элементарной ячейки α-фазы (в, г), полученные с поперечного сечения (RD) плиты сплава Ti–6Al–4V, а также стандартный стереографический треугольник ОПФ ГПУ α-фазы.

Скачать (219KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ДОРЭ-карты распределения α-зерен по размерам (a) и ее увеличенные фрагменты зеренно-субзеренной структуры с обозначением угла разориентации на границах различных кристаллитов α-фазы в поперечном сечении (RD) плиты (б–г).

Скачать (128KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ДОРЭ-карты (а, б, в), интегральная карта (а) и соответствующая ей ППФ (г), а также ППФ с одним выделенным полюсом (д, е), которым отвечают ДОРЭ-карты (б, в) в поперечном сечении плиты сплава.

Скачать (100KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Типичные треугольники ОПФ в трех проекциях для поперечного сечения (Z||RD) плиты сплава.

Скачать (20KB)
Метаданные
10. Рис. 9. РЭМ-изображение (SE) микроструктуры (а) и карты распределения химических элементов (б — Al, в — Ti, г — V) в поперечном сечении образца (RD). Карты получены методом ЭДС в характеристическом излучении Ka.

Скачать (96KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Cветло- (а, г) и темнопольное (б–в рефлексе 1) ПЭМ-изображения двойников типа K1||(101) в α-фазе, соответствующая микроэлектронограмма в плоскости обратной решетки (301) (в) и изображение дислокационной субструктуры (г) в поперечном сечении плиты сплава. На вставке к рис. 10а приведен увеличенный фрагмент с изображением тонких двойников. К1 — плоскость двойникования.

Скачать (49KB)
Метаданные