ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ЗЕРНОГРАНИЧНЫХ ПРОСЛОЕК ФАЗЫ α-Ti В БИНАРНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-2-64-71
Аннотация
Статья поступила в редакцию 28.07.14 г., доработана и подписана в печать 20.08.15 г. Исследована микроструктура поликристаллических сплавов титана с хромом (2, 4 и 5,5 мас.%), кобальтом (2 и 4 мас.%) и медью (2 и 3 мас.%). Проведены серии длительных изотермических отжигов этих материалов в интервале температур от 600 до 850 °С (в вакууме). Температуры отжигов лежали в двухфазных областях α(Ti,Me) + β(Ti,Me) фазовых диаграмм Ti–Cr, Ti–Co и Ti–Cu. Построены температурные зависимости доли границ зерен β(Ti,Me)/β(Ti,Me), полностью «смоченных» прослойками второй твердой фазы α(Ti,Me), и среднего контактного угла. Результаты микроструктурных исследований показали, что тип и концентрация второго компонента в сплаве сильно влияют на образование равновесных зернограничных прослоек. Впервые обнаружена немонотонная температурная зависимость доли границ зерен, полностью смоченных прослойками второй твердой фазы, в отсутствие фазовых превращений ферромагнетик–парамагнетик в объеме.
Об авторах
А. С. Горнакова
Институт физики твердого тела (ИФТТ) РАН, г. Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
лаборатория поверхностей раздела в металлах
канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Ак. Осипьяна 2
С. И. Прокофьев
Институт физики твердого тела (ИФТТ) РАН, г. Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
лаборатория поверхностей раздела в металлах
канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник
142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Ак. Осипьяна 2
К. И. Колесникова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва
Россия
Россия
аспирант кафедры физической химии
119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
Б. Б. Страумал
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва;
Институт физики твердого тела (ИФТТ) РАН, г. Черноголовка, Московская обл.
Россия
Россия
кафедры физической химии
лаборатория гибридных наноматериалов
лаборатория поверхностей раздела в металлах
докт. физ.-мат. наук, профессор
гл. науч. сотрудник
зав.
Список литературы
1. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС— МАТИ, 2009. Il’in A.A., Kolachev B.A., Pol’kin I.S. Titanovye splavy. Sostav, struktura, svojstva [Titanium alloys. The composition, structure and properties]. Moscow: VILS-MATI, 2009.
2. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М.: Металлургия, 1976. Kolachev B.A. Fizicheskoe metallovedenie titana [Physical metallurgy of titanium] Moscow: Metallurgija, 1976.
3. Колачев Б.А., Елисеев Ю.С., Братухин А.Г., Талалаев В.Д. Титановые сплавы в конструкциях и производстве авиадвигателей и авиационно-космической техники. М.: МАИ, 2001. Kolachev B.A., Yeliseyev Yu.S., Bratukhin A.G., Talalayev V.D. Titanovyye splavy v konstruktsiyakh i proizvodstve aviadvigateley i aviatsionno-kosmicheskoy tekhniki [Titanium alloys in the design and production of aircraft engines and aerospace equipment]. Moscow: MAI, 2001.
4. Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов. М.: Металлургия, 1995. Kolachev B.A., Betsofen S.YA., Bunin L.A., Volodin V.A. Fiziko-mekhanicheskiye svoystva legkikh konstruktsionnykh splavov [Physical and mechanical properties of light structural alloys] Moscow: Metallurgiya, 1995.
5. Колачев Б.А., Лясоцкая В.С. Корреляция между диаграммами изотермических и анизотермических превращений и фазовыми диаграммами состояния для упрочненных титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. No. 4. C. 3—9; Kolachev B.A., Lyasotskaya V.S. Correlation between diagrams of isothermal and anisothermal transformations and phase composition diagram of hardened titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2003. Vol. 45. P. 119—126.
6. Егорова Ю.Б., Ильин А.А., Колачев Б.А., Носов В.К., Мамо- нов А.М. Влияние структуры на обрабатываемость резанием титановых сплавов // Металловедение и тер- мическая обработка металлов. 2003. No. 4. C. 16—21; Egorova Yu.B., Il’in A.A., Kolachev B.A., Nosov V.K., Mamonov A.M. Effect of the structure on the cutability of titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment. 2003. Vol. 45. P. 134—139.
7. Колачев Б.А., Вейцман М.Г., Гуськова Л.Н. Структура и механические свойства отожженных α+β титановых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. No. 8. C. 54—57; Kolachev B.A., Veitsman M.G., Gus’kova L.N. Structure and mechanical properties of annealed α+β titanium alloys // Metal Science and Heat Treatment. 1983. Vol. 25. P. 626—631.
8. Фишгойт А.В., Майстров В.М., Ильин А.А, Розанов М.А. Взамодействие коротких трещин со структурой металлов // Физико-химическая механика материалов. 1989. No. 6. C. 24—27; Fishgoit A.V., Maistrov V.M., Rozanov M.A. Interaction of short cracks with the structure of metals // Sov. Mater. Sci. 1988. Vol. 24. P. 247—251.
9. Бобовников В.Н., Лукьяненко В.В., Фишгойт А.В. Влияние частиц нерастворимой фазы Al9FeNi на кинетику роста усталостной трещины в сплаве AK4-1 // Металловедение и термическая обработка метал- лов. 1982. No. 3. C. 36—38; Bobovnikov V.N., Luk’yanenko V.V., Fishgoit A.V. Effect of particles of the insoluble phase Al9FeNi on the kinetics of fatigue crack propagation in alloy AK4-1 // Metal Science and Heat Treatment. 1982. Vol. 24. P. 191—194.
10. Straumal B.B., Gust W., Watanabe T. Tie lines of the grain boundary wetting phase transition in the Zn-rich part of the Zn—Sn phase diagram // Mater. Sci. Forum. 1999. Vol. 294/296. P. 411—414.
11. Straumal B.B., Baretzky B., Kogtenkova O.A., Straumal A.B., Sidorenko A.S. Wetting of grain boundaries in Al by the solid Al3Mg2 phase // J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. P. 2057—2061.
12. Semenov V.N., Straumal B.B., Glebovsky V.G., Gust W. Preparation of Fe—Si single crystals and bicrystals for diffusion experiments by the electron-beam floating zone technique // J. Crystal. Growth. 1995. Vol. 151. P. 180—186.
13. Gornakova A.S., Straumal B.B., Tsurekawa S., Chang L.-S., Nekrasov A.N. Grain boundary wetting phase transformations in the Zn—Sn and Zn—In systems // Rev. Adv. Mater. Sci. 2009. Vol. 21. P. 18—26.
14. Straumal B.B., Gornakova A.S., Kucheev Y.O., Baretzky B., Nekrasov A.N. Grain boundary wetting by a second solid phase in the Zr—Nb alloys // J. Mater. Eng. Performance. 2012. Vol. 21. P. 721—724.
15. Straumal B.B., Kucheev Y.O., Efron L.I., Petelin A.L., Dutta Majumdar J., Manna I. Complete and incomplete wetting of ferrite grain boundaries by austenite in the low-alloyed ferritic steel // J. Mater. Eng. Performance. 2012. Vol. 21. P. 667—670.
16. Straumal B.B., Gornakova A.S., Kogtenkova O.A., Protasova S.G., Sursaeva V.G., Baretzky B. Continuous and discontinuous grain boundary wetting in the Zn—Al system // Phys. Rev. B. 2008. Vol. 78. P. 054202.
17. Горнакова А.С., Страумал Б.Б., Петелин А.Л., Страу- мал А.Б. Твердофазное смачивание на границах зерен в системе Zr—Nb // Известия РАН. Сер. физ. 2012. T. 76. C. 114—117; Gornakova A.S., Straumal B.B., Petelin A.L., Straumal A.B. Solid-phase wetting at grain boundaries in the Zr—Nb system // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2012. Vol. 76. P. 102—105.
18. Straumal B.B., Gornakova A.S., Mazilkin A.A., Fabrichnaya O.B., Kriegel M.J., Baretzky B., Jiang J.-Z., Dobatkin S.V. Phase transformations in the severely plastically deformed Zr—Nb alloys // Mater. Lett. 2012. Vol. 81. P. 225—228.
19. Noskovich O.I., Rabkin E.I., Semenov V.N., Straumal B.B. The zinc penetration along tilt grain boundary 38°[100] in Fe—12 at. % Si alloy near ordering A2—B2 in the bulk // Scripta Metall. 1991. Vol. 25. P. 1441—1446.
20. Baretzky B., Baró M.D., Grabovetskaya G.P., Gubicza J., Ivanov M.B., Kolobov Yu.R., Langdon T.G., Lendvai J., Lipnitskii A.G., Mazilkin A.A., Nazarov A.A., Nogués J., Ovidko I.A., Protasova S.G., Raab G.I., Révész A., Skiba N.V., Sort J., Starink M.J., Straumal B.B., Suriňach S., Ungár T., Zhilyaev A.P. Fundamentals of interface phenomena in advanced bulk nanoscale materials // Rev. Adv. Mater. Sci. 2005. Vol. 9. P. 45—108.
21. Sursaeva V., Straumal B., Risser S., Chenal B., Gust W., Shvindlerman L. Orientation relationships between grains and grain boundaries in Al—1 wt.% Ga alloy at the beginning of secondary recrystallization // Phys. Stat. Sol. A. 1995. Vol. 149. P. 379—387.
22. Straumal B., Sluchanko N.E., Gust W. Influence of the grain boundary phase transitions on the properties of Cu—Bi polycrystals // Def. Diff. Forum. 2001. Vol. 188- 190. P. 185—194.
23. Straumal B., Gust W., Molodov D. Wetting transition on the grain boundaries in Al contacting with Sn-rich melt // Interface Sci. 1995. Vol. 3. P. 127—132.
24. Straumal B.B., Kogtenkova O.A., Straumal A.B., Kuchyeyev Yu.O., Baretzky B. Contact angles by the solidphase grain boundary wetting in the Co—Cu system // J. Mater. Sci. 2010. Vol. 45. P. 4271—4275.
25. Straumal B., Rabkin E., Lojkowski W., Gust W., Shvindlerman L.S. Pressure influence on the grain boundary wetting phase transition in Fe—Si alloys // Acta Mater. 1997. Vol. 45. P. 1931—1940.
26. Massalski T.B. (ed.). Binary Alloy Phase Diagrams. 2-nd ed. ASM International, Materials Park, OH. 1990.
27. Лясоцкая В.С., Князева С.И., Лысенков Ю.Т. Механические свойства сварных швов сплава ВТ23 после повторного нагрева электронным пучком // Металловедение и термическая обработка металлов. 1995. No. 9. C. 5—7; Lyasotskaya V.S., Knyazeva S.I., Lysenkov Yu.T. Mechanical properties of welded joints of alloy VT23 after repeated heating by an electron beam // Metal Science and Heat Treatment. 1995. Vol. 37. P. 349—352.
28. Лясоцкая В.С., Федотов С.Г., Князева С.И., Дмитриев А.А. Фазовый состав и упругие модули титанового сплава ВТ23 // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. No. 4. C. 38—40; Lyasotskaya V.S., Fedotov S.G., Knyazeva S.I., Dmitriev A.A. Phase composition and elastic moduli of the titanium alloy VT23 // Metal Science and Heat Treatment. 1993. Vol. 35. P. 242—246.
29. Лясоцкая В.С., Хореев А.И., Сергеев К.Н, Князева С.И., Горбунова Л.И. Улучшение свойств крупных заготовок сплава ВТ23 с помощью термоциклирова- ния // Металловедение и термическая обработка металлов. 1992. No. 1. C. 43—44; Lyasotskaya V.S., Khorev A.I., Sergeev K.N., Knyazeva S.I., Gorbunova L.I. Improvement in the properties of alloy VT23 large semifinished products by thermal cycling treatments // Metal Science and Heat Treatment. 1992. Vol. 34. P. 70—73.
30. Мальков А.В., Колачев Б.А., Мишанова М.Г., Былов Б.Б. Влияние водорода на усталость сплава ВТ6 // Проблемы прочности. 1984. No. 3. C. 73—76; Mal’kov A.V., Kolachev B.A., Mishanova M.G., Bylov B.B. Effect of hydrogen on fatigue of VT6 alloy // Strength of Materials. 1984. Vol. 16. P. 385—389.
31. Шевченко В.В., Низкин И.Д., Мальков А.В., Лукьянова Е.В. Особенности компактирования наводороженных гранул титанового сплава ВТ5-1кт // Изв. вузов. Цвет. Металлургия. 2008. No. 3. C. 39—45; Shevchenko V.V., Nizkin I.D., Mal’kov A.V., Luk’yanova E.V. Features of compacting hydrogen-doped granules of a VT5-1kt titanium alloy // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. P. 181—186.
Рецензия
Для цитирования:
Горнакова А.С., Прокофьев С.И., Колесникова К.И., Страумал Б.Б. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ЗЕРНОГРАНИЧНЫХ ПРОСЛОЕК ФАЗЫ α-Ti В БИНАРНЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya. 2016;(2):64-71. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-2-64-71
For citation:
Gornakova A.S., Prokofiev S.I., Kolesnikova K.I., Straumal B.B. Formation laws for grain boundary layers of α-Ti phase in binary titanium-based alloys. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2016;(2):64-71. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-2-64-71
Просмотров: 3193
Послать статью по эл. почте 