Вплив інтенсивної пластичної деформації на характеристики сплаву системи Ti-Zr-Nb
Анотація
Бейгельзімер Я. Ю., Кулагін Р. Ю., Саввакін Д. Г., Давиденко О. А., Дмитренко В. Ю., Оришич Д. В. Вплив інтенсивної пластичної деформації на характеристики сплаву системи Ti-Zr-Nb // Обработка материалов давлением. – 2019. – № 1 (48). – С. 88–93.
Сплави системи Ti-Zr-Nb є перспективними матеріалами для виготовлення конструкційних деталей, що працюють в хімічно-агресивних середовищах. Завдяки ніобію модуль Юнга цих сплавів знижується з 95–110 ГПа, що характерно для сплавів цирконію і титану, до 50–60 ГПа і нижче. Це дозволяє наблизити його значення до відповідної характеристики кісткової тканини, що необхідно для механічної сумісності матеріалів медичних імплантатів, а також може бути використано в техніці для виготовлення пружних елементів різного призначення. Раніше було показано, що сплави системи Ti-Zr-Nb можна отримувати методом холодного пресування і вакуумного спікання порошкових сумішей гідриду титану, гідриду цирконію і ніобію. При використанні порошків гідридів, водень грає роль тимчасового легуючого елемента і видаляється з металів в процесі вакуумного нагріву, одночасно активуючи дифузійно-контрольовані процеси спікання і хімічної гомогенізації порошкової системи, а також очищуючи поверхню титанових частинок від домішок (кисень, хлор, вуглець). Незважаючи на позитивний вплив водню, в процесі спікання при відсутності деформаційних процесів (без тиску) не вдається знизити об'ємну частку пор нижче 5–8 % в залежності від складу сплавів, що негативно відбивається, в першу чергу, на втомній міцності, а також характеристиках пластичності і міцності. У статті досліджується вплив крутіння під високим тиском на характеристики сплаву 51Zr-31Ti-18Nb (ат.%), отриманого шляхом холодного пресування і вакуумного спікання порошкових сумішей гідриду титану, гідриду цирконію і ніобію. Показано, що інтенсивна пластична деформація призводить до наступних ефектів: забезпечує значне зниження як загальної пористості, так і розмірів окремих пор; усуває хімічну неоднорідність сплаву, що зберігається після спікання; формує в сплаві субмікрокристалічну структуру; збільшує твердість сплаву. Отримані результати вказують на великий потенціал методу крутіння під високим тиском при створенні корозійно та біологічно сумісного сплаву з високим комплексом механічних характеристик
Посилання
Niinomi M. Biologically and mechanically compatible titanium alloys. Materials Transactions. 2008, 10, pp. 2170–2178.
Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Development of new metallic alloys for biomedical applications. Acta Biomaterialia. 2012, 8(11), pp. 3888–3903.
Konopatsky A.S., Dubinskiy S.M., Zhukova Yu.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. Materials Science and Engineering. 2017, 702, pp. 301–311.
Lee Dong-Geun, Mi Xujun, Kwan Eom Tae, Lee Yongtai .Bio-Compatible Properties of Ti–Nb–Zr Titanium Alloy with Extra Low Modulus. Journal of Biomaterials and Tissue Engineering.2016, 6 (10), pp. 798–801.
Grib S.V., Illarionov A.G., Popov A.A., Ivashishin O.M. Development and study of the structure, physical and mechanical properties of low-modulus alloys of the Ti – Zr – Nb system. Physics of Metals and Advanced Technologies. 2014, 115(6), pp. 638–647. (in Russian).
Timoshevskii A.N., Yablonovskyy S., Ivasishin O.M. First-principles calculations atomic structure and elastic properties of Ti-Nb alloys. Functional Materials. 2012, 19(2), pp. 266–271.
Ivasishin O.M., Savvakin D.G. Synthesis of zirconium and titanium-base alloys using hydrides of corresponding metals. Materials Science Рhysicochemical mechanics of materials. 2015, 51(4), pp. 27–35.
Froes F.H., Eylon D. Powder metallurgy of titanium alloys. Inter. Mater. Rev. 1990, 35 (3), pp. 162–182.
Valiev R.Z., Estrin Y., Horita Z., Langdon T.G., Zehetbauer M.J., Zhu Y.T. Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation: Ten Years Later. JOM. 2016, 68(4), pp. 1216–1226.
Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications. Progress in Materials Science. 2008, 53(6), pp. 893–979.
Ivasishin O.M, Skyba I.O., Karasevska O.P., Markovsky P.E. Biocompatible alloy on the base of zirconium-titanium system with low elastic module (variants). Pat. 102455 Ukraine. 2013. (in Ukrainian).
Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Mazilkin A.A., Straumal B.B., Gornakova A.S., Fabrichnaya O.B., Kriegel M.J., Rafaja D., Hahn H. The α→ω and β→ω phase transformations in Ti–Fe alloys under high-pressure torsion. Acta Materialia. 2018, 144, pp. 337–351.
DICTRA TM Database [Online]. https://www.thermocalc.com/products-services/software/diffusion-module-(dictra)
Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Yu., Mazilkin A., Straumal B., Hahn H. Instabilities of interfaces between dissimilar metals induced by high pressure torsion. Materials Letters. 2018, 222, pp. 172–175.
Kulagin R., Beygelzimer Y., Ivanisenko Y., Mazilkin A., Hahn H. I. OP High Pressure Torsion: from Laminar Flow to Turbulence. Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2017, 194, pp. 012–045.
Beygelzimer Y. Vortices and Mixing in Metals during Severe Plastic Deformation. Materials Science Forum. 2011, 683, pp 213–224.
Beygelzimer Y., Valiev Ruslan Z., Varyukhin V. Simple Shear: Double-Stage Deformation. Materials Science Forum. 2011, 667–669, pp. 97–102.
Straumal B.B., Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Mazilkin A.A., Valiev R.Z., Afonikova N.S., Gornakova A.S., Hahn H. Diffusive and displacive phase transitions in Ti-Fe and Ti-Co alloys under high pressure torsion. Journal of Alloys and Compounds. 2018, 735, pp. 2281–2286.
Skyba I.O., Karasevska O.P., Mordyuk B.M., Markovsky P.E., Shyvanyuk V.M. Effect of strain-induced β→ω transformation on mechanical behavior of β-titanium and β-zirconium alloys. Metallophysics and the latest technology. 2009, 31(11), pp. 1573–1588. (in Russian).
