cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2022-6-49-57cvmet-1429Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentВлияние равноканального углового прессования на структуру и механические свойства нового β-Ti-сплава Ti–10Mo–8Nb–6ZrEffect of equal channel angular pressing on the structure and mechanical properties of new Ti–10Mo–8Nb–6Zr β-Ti alloyГундеровД. В.GunderovD. V.

докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотрудник; вед. науч. сотрудник 

450054, г. Уфа, пр. Октября, 71

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Dr. Sci. (Phys.-Math.), leading researcher; leading researcher 

450054, Ufa, pr. Oktyabrya, 71

450076, Ufa, Zaki Validi str., 32 

dimagun@mail.ruЧураковаА. А.ChurakovaA. A.

канд. физ.-мат. наук, науч. сотрудник ИФМК УФИЦ РАН; ст. науч. сотрудник 

г. Уфа

Cand. Sci. (Phys.-Math.), research associate; senior researcher  

Ufa

berbatovaanna@mail.ruПоляковА. В.PolyakovA. V.

канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник; ст. науч. сотрудник

г. Уфа

614990, г. Пермь, Комсомольский пр-т, 29

Cand. Sci. (Eng.), senior researcher; Senior researcher

Ufa

614990, Perm, Komsomolskii pr., 29

deathex@mail.ruРаабА. Г.RaabA. G.

канд. техн. наук, науч. сотрудник 

г. Уфа

Cand. Sci. (Eng.), research associate  

Ufa

agraab@mail.ruГундероваС. Д.GunderovaS. D.

студентка

г. Уфа

student 

Ufa

gynderova@mail.ruЛебедевЮ. А.LebedevYu. A.

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник

г. Уфа

Cand. Sci. (Eng.), senior researcher 

Ufa

lebedev@anrb.ruRosifini Alves ClaroAna PaulaRosifini Alves ClaroAna Paula

prof.

São Paulo

prof. 

São Paulo

paula.rosifini@unesp.brИнститут физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИФМК УФИЦ РАН); Уфимский университет науки и технологий (УУНиТ)РоссияInstitute of Molecule and Crystal Physics of the Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of Sciences; Ufa University of Science and TechnologyRussian FederationУфимский университет науки и технологий (УУНиТ); Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)РоссияUfa University of Science and Technology; Perm National Research Polytechnic UniversityRussian FederationУфимский университет науки и технологий (УУНиТ)РоссияUfa University of Science and TechnologyRussian FederationИнститут физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИФМК УФИЦ РАН)РоссияInstitute of Molecule and Crystal Physics of the Ufa Federal Research Center of the Russian Academy of SciencesRussian FederationSão Paulo State UniversityБразилияSão Paulo State UniversityBrazil2022071220222864957Copyright © Гундеров Д.В., Чуракова А.А., Поляков А.В., Рааб А.Г., Гундерова С.Д., Лебедев Ю.А., Rosifini Alves Claro A., 20222022Гундеров Д.В., Чуракова А.А., Поляков А.В., Рааб А.Г., Гундерова С.Д., Лебедев Ю.А., Rosifini Alves Claro A.Gunderov D.V., Churakova A.A., Polyakov A.V., Raab A.G., Gunderova S.D., Lebedev Y.A., Rosifini Alves Claro A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1429

В данной работе представлены сравнительные исследования структурных и механических свойств нового β-Ti-сплава Ti–10Mo–8Nb–6Zr, подвергнутого традиционной холодной ротационной ковке и равноканальному угловому прессованию (РКУП) при температуре 250 °С. Основной фазой в исходном закаленном состоянии, после ковки и РКУП-обработки является ОЦК-β-фаза. Уширение рентгеновских линий β-фазы и данные ПЭМ свидетельствуют об измельчении структуры и повышении концентрации дефектов решетки после деформационных обработок. В исходном состоянии сплав имеет временнóе сопротивление при растяжении около 700 МПа, условный предел текучести 450 МПа и относительное удлинение до разрушения ~30 %. В результате ковки временнóе сопротивление и условный предел текучести сплава Ti–10Mo–8Nb–6Zr повышаются до 1230 и 950 МПа, а после РКУП – до 1280 и 1270 МПа соответственно, а также снижается относительное удлинение до 6 %. Значительное увеличение прочностных характеристик сплава Ti–10Mo–8Nb–6Zr, подверженного РКУП, делает его более перспективным для применения в медицине.

This paper presents comparative studies of the structural and mechanical properties of the new Ti–10Mo–8Nb–6Zr β-Ti alloy subjected to traditional cold rotary forging and equal channel angular pressing (ECAP) at 250 °C. The main phase in the initial hardened state after forging and ECAP is the BCC β phase. A broadening of the β phase X-ray lines and TEM data indicate a reduction in the structure and an increase in the concentration of lattice defects after deformation treatments. In the initial state, the alloy has an ultimate tensile strength of about 700 MPa, offset yield strength of 450 MPa and elongation at break of ~30 %. As a result of forging, the ultimate tensile strength and offset yield strength of the alloy increase to 1230 and 950 MPa, and after ECAP – to 1280 and 1270 MPa, respectively. At the same time, the elongation is reduced to 6 % after ECAP. A significant increase in the strength of the Ti–10Mo–8Nb–6Zr alloy after ECAP makes it more promising for use in medicine.

Ti-сплавыравноканальное угловое прессование (РКУП)наноструктурное состояниемеханические свойстваTi alloysequal channel angular pressing (ECAP)nanostructural statemechanical propertiesРабота выполнена при поддержке проекта РФФИ БРИКС_т 19-58-80018 (ПЭМ-исследования) и РНФ № РНФ 20-69-47029 (РКУП, РСА-исследования). Авторы выражают благодарность Центру коллективного пользования «Нанотех» УГАТУ (http://nanotech.ugatu.ac.ru).The research was funded by RFBR BRICS_т Project No. 19-58-80018 (TEM studies) and Russian Science Foundation Project No. RSF 20-69-47029 (ECAP, XRS studies). The authors thank the Nanotech Common Use Center of the Ufa State Aviation Technical University (http://nanotech.ugatu.ac.ru)ReferencesBrunette D.M., Tengvall P., Textor M., Thomsen P. Titanium in medicine, Berlin: Springer, 2001.Brunette D.M., Tengvall P., Textor M., Thomsen P. Titanium in medicine, Berlin: Springer, 2001.Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран: Справочник. М.: ВИЛС, 2000. Kolachev B.A., Polkin I.S., Talalaev V.D. Titanium alloys of different countries: Reference book. Moscow: VILS, 2000 (In Russ.).Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. Титановые сплавы разных стран: Справочник. М.: ВИЛС, 2000. Kolachev B.A., Polkin I.S., Talalaev V.D. Titanium alloys of different countries: Reference book. Moscow: VILS, 2000 (In Russ.).Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Рябцева М.А. Основы биомеханики биосовместимых материалов и биологических тканей: Учеб. пос. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. C. 95—96. Khlusov I.A., Pichugin V.F., Ryabtseva M.A. Fundamentals of biomechanics of biocompatible materials and biological tissues: textbook. Tomsk: Izdatelstvo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2007. P. 95—96 (In Russ.).Хлусов И.А., Пичугин В.Ф., Рябцева М.А. Основы биомеханики биосовместимых материалов и биологических тканей: Учеб. пос. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. C. 95—96. Khlusov I.A., Pichugin V.F., Ryabtseva M.A. Fundamentals of biomechanics of biocompatible materials and biological tissues: textbook. Tomsk: Izdatelstvo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2007. P. 95—96 (In Russ.).Rho J.Y., Tsui T.Y., Pharr G.M. Elastic properties of human cortical and trabecular lamellar bone measured by nanoindentation. Biomater. 1997. Vol. 18 (20). P. 1325— 1330.Rho J.Y., Tsui T.Y., Pharr G.M. Elastic properties of human cortical and trabecular lamellar bone measured by nanoindentation. Biomater. 1997. Vol. 18 (20). P. 1325— 1330.Semlitsch M., Staub F., Webber H. Titanium-aluminumniobium alloy, development for biocompatible, high strength surgical implants. Biomed. Technol. 1985. Vol. 30 (12). P. 334—339.Semlitsch M., Staub F., Webber H. Titanium-aluminumniobium alloy, development for biocompatible, high strength surgical implants. Biomed. Technol. 1985. Vol. 30 (12). P. 334—339.Rack H.J., Qazi J.I. Titanium alloys for biomedical applications. Mater. Sci. Eng. C. 2006. Vol. 26. P. 1269— 1277.Rack H.J., Qazi J.I. Titanium alloys for biomedical applications. Mater. Sci. Eng. C. 2006. Vol. 26. P. 1269— 1277.Van der Voet G.B., Marani E., Tio S., De Wolff F.A. Aluminum neurotoxicity. Progress in Histochemistry and Cytochemistry. 1991. Vol. 23 (1-4). P. 235—242.Van der Voet G.B., Marani E., Tio S., De Wolff F.A. Aluminum neurotoxicity. Progress in Histochemistry and Cytochemistry. 1991. Vol. 23 (1-4). P. 235—242.Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. Под ред. Б.А. Колачева, С.Г. Глазунова. М.: Металлургия, 1992. Kolachev B.A., Glazunov S.G. (eds.). Titanium alloys. Metallology of titanium and its alloys. Moscow: Metallurgiya, 1992 (In Russ.).Титановые сплавы. Металловедение титана и его сплавов. Под ред. Б.А. Колачева, С.Г. Глазунова. М.: Металлургия, 1992. Kolachev B.A., Glazunov S.G. (eds.). Titanium alloys. Metallology of titanium and its alloys. Moscow: Metallurgiya, 1992 (In Russ.).Nnamchi P.S. First principles studies on structural, elastic and electronic properties of new Ti—Mo—Nb—Zr alloys for biomedical applications. Mater. Design. 2016. Vol. 108. P. 60—67.Nnamchi P.S. First principles studies on structural, elastic and electronic properties of new Ti—Mo—Nb—Zr alloys for biomedical applications. Mater. Design. 2016. Vol. 108. P. 60—67.Bottino M.C., Coelho P.G., Yoshimoto M., König B., Henriques V.A.R., Bressiani A.H.A., Bressiani J.C. Histomorphologic evaluation of Ti—13Nb—13Zr alloys processed via powder metallurgy: A study in rabbits. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 28. P. 223—227.Bottino M.C., Coelho P.G., Yoshimoto M., König B., Henriques V.A.R., Bressiani A.H.A., Bressiani J.C. Histomorphologic evaluation of Ti—13Nb—13Zr alloys processed via powder metallurgy: A study in rabbits. Mater. Sci. Eng. 2008. Vol. 28. P. 223—227.Chen Y., Xu L., Liu Zn., Kong F., Chen Z. Microstructures and properties of titanium alloys Ti—Mo for dental use. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2006. Vol. 16. P. 824— 828.Chen Y., Xu L., Liu Zn., Kong F., Chen Z. Microstructures and properties of titanium alloys Ti—Mo for dental use. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2006. Vol. 16. P. 824— 828.Martins J.R.S., Nogueira R.A., Oliveira R., Donato T.A., Elias V., Claro A., Moraes J., Buzalaf M., Grandini C. Preparation and characterization of Ti—15Mo alloy used as biomaterial. Mater. Res. 2011. Vol. 14 (1). P. 107— 112.Martins J.R.S., Nogueira R.A., Oliveira R., Donato T.A., Elias V., Claro A., Moraes J., Buzalaf M., Grandini C. Preparation and characterization of Ti—15Mo alloy used as biomaterial. Mater. Res. 2011. Vol. 14 (1). P. 107— 112.Konopatsky A.S., Dubinskiy S.M., Zhukova Y.S., Sheremetyev V., Brailovski V., Prokoshkin S.D., Filonov M.R. Ternary Ti—Zr—Nb and quaternary Ti—Zr—Nb—Ta shape memory alloys for biomedical applications: Structural features and cyclic mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 702. P. 301—311. DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.046.Konopatsky A.S., Dubinskiy S.M., Zhukova Y.S., Sheremetyev V., Brailovski V., Prokoshkin S.D., Filonov M.R. Ternary Ti—Zr—Nb and quaternary Ti—Zr—Nb—Ta shape memory alloys for biomedical applications: Structural features and cyclic mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 702. P. 301—311. DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.046.Kudryashova A., Sheremetyev V., Lukashevich K., Cheverikin V., Inaekyan K., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Effect of a combined thermomechanical treatment on the microstructure, texture and superelastic properties of Ti—18Zr—14Nb alloy for orthopedic implants. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 843. 156066. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.P.156066.Kudryashova A., Sheremetyev V., Lukashevich K., Cheverikin V., Inaekyan K., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Effect of a combined thermomechanical treatment on the microstructure, texture and superelastic properties of Ti—18Zr—14Nb alloy for orthopedic implants. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 843. 156066. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.P.156066.Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V., Korotitskiy A., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti—18Zr—14Nb (at.%) alloy for bone implants: Microstructure, texture and functional properties. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 800. P. 320—326.Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V., Korotitskiy A., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti—18Zr—14Nb (at.%) alloy for bone implants: Microstructure, texture and functional properties. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 800. P. 320—326.Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: Получение, структура, свойства. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. Valiev R.Z., Alexandrov I.V. Volumetric nanostructured metallic materials: Preparation, structure, properties. Moscow: Akademkniga, 2007 (In Russ.).Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: Получение, структура, свойства. М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. Valiev R.Z., Alexandrov I.V. Volumetric nanostructured metallic materials: Preparation, structure, properties. Moscow: Akademkniga, 2007 (In Russ.).Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk nanostructured materials: Fundamentals and applications: Hoboken. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2014.Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk nanostructured materials: Fundamentals and applications: Hoboken. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2014.Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Наноструктурные титановые сплавы: новые разработки и перспективы применения. Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9. No. 5-6. С. 84—95. Semenova I.P., Raab G.I., Valiev R.Z. Nanostructural titanium alloys: new developments and application prospects. Rossiiskie nanotekhnologii. 2014. Vol. 9. No. 5-6. P. 84—95 (In Russ.).Семенова И.П., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Наноструктурные титановые сплавы: новые разработки и перспективы применения. Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9. No. 5-6. С. 84—95. Semenova I.P., Raab G.I., Valiev R.Z. Nanostructural titanium alloys: new developments and application prospects. Rossiiskie nanotekhnologii. 2014. Vol. 9. No. 5-6. P. 84—95 (In Russ.).Valiev R.Z., Semenova I.P., Latysh V.V., Rack H., Lowe T.C., Petruzelka J., Dluhos L., Hrusak D., Sochova J. Nanostructured titanium for biomedical applications. Adv. Eng. Mater. 2008. Vol. 10. P. B15—B17.Valiev R.Z., Semenova I.P., Latysh V.V., Rack H., Lowe T.C., Petruzelka J., Dluhos L., Hrusak D., Sochova J. Nanostructured titanium for biomedical applications. Adv. Eng. Mater. 2008. Vol. 10. P. B15—B17.Gunderov D.V., Polyakov A.V., Semenova I.P., Raab G.I., Churakova A.A., Gimaltdinova E.I., Sabirov I., Segurado J., Sitdikov V.D., Alexandrov I.V., Enikeev N.A., Valiev R.Z. Evolution of microstructure, macrotexture and mechanical properties of commercially pure Ti during ECAP-conform processing and drawing. Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 562. P. 128—136.Gunderov D.V., Polyakov A.V., Semenova I.P., Raab G.I., Churakova A.A., Gimaltdinova E.I., Sabirov I., Segurado J., Sitdikov V.D., Alexandrov I.V., Enikeev N.A., Valiev R.Z. Evolution of microstructure, macrotexture and mechanical properties of commercially pure Ti during ECAP-conform processing and drawing. Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 562. P. 128—136.Saitova L.R., Höppel H.W., Göken M., Semenova I.P., Raab G.I., Valiev R.Z. Fatigue behavior of ultrafinegrained Ti—6Al—4V ‘ELI’ alloy for medical applications. Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 503. P. 145—147.Saitova L.R., Höppel H.W., Göken M., Semenova I.P., Raab G.I., Valiev R.Z. Fatigue behavior of ultrafinegrained Ti—6Al—4V ‘ELI’ alloy for medical applications. Mater. Sci. Eng. A. 2009. Vol. 503. P. 145—147.Гатина С.А., Сулейманов Ф.Г., Семенова И.П. Особенности усталостного разрушения ультрамелкозернистого сплава Ti—15Mо, полученного интенсивной пластической деформацией. Деформация и разрушение материалов. 2015. No. 5. C. 28—34. Gatina S.A., Suleimanov F.G., Semenova I.P. Fatigue fracture features of ultrafine-grained Ti—15Mo alloy produced by severe plastic deformation. Deformatsya i razrushenie materialov. 2015. No. 5. P. 28—34 (In Russ.).Гатина С.А., Сулейманов Ф.Г., Семенова И.П. Особенности усталостного разрушения ультрамелкозернистого сплава Ti—15Mо, полученного интенсивной пластической деформацией. Деформация и разрушение материалов. 2015. No. 5. C. 28—34. Gatina S.A., Suleimanov F.G., Semenova I.P. Fatigue fracture features of ultrafine-grained Ti—15Mo alloy produced by severe plastic deformation. Deformatsya i razrushenie materialov. 2015. No. 5. P. 28—34 (In Russ.).Sheremetyev V., Derkach M., Prokoshkin S., Churakova A., Gunderov D., Raab G. Effect of ECAP and annealing on structure and mechanical properties of metastable beta Ti—18Zr—15Nb (at.%) alloy. Mater. Lett. 2021. Vol. 305. P. 130760.Sheremetyev V., Derkach M., Prokoshkin S., Churakova A., Gunderov D., Raab G. Effect of ECAP and annealing on structure and mechanical properties of metastable beta Ti—18Zr—15Nb (at.%) alloy. Mater. Lett. 2021. Vol. 305. P. 130760.

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