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

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Промышленный сплав Ti–6Al–4V, полученный практически в однофазном α-состоянии термомеханической обработкой, включающей горячую прокатку, был изучен методами рентгеновской дифрактометрии, оптической, просвечивающей и растровой ориентационной электронной микроскопии. Обнаружено, что слоистая мелкозернистая микроструктура в поперечном сечении плиты (TD) вдоль направления прокатки RD характеризуется как и в плоскости прокатки (ND) и в поперечном сечении (RD), перпендикулярном RD, текстурным отбором и закономерным распределением глобулярных a-зерен по ориентационным соотношениям Бюргерса и двойниковым ориентациям. Особые кристаллографические ориентации α-зерен и механизмы образования микротекстурных областей в исследованном поперечном сечении (TD) плиты сплава коррелируют с подобными данными, установленными для плиты в плоскости (ND) и в поперечном сечении (RD). Результаты, полученные в трех взаимно ортогональных сечениях плиты, взаимно согласуются друг с другом, определяя текстуру глобулярной α-фазы.

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. Peters M., Kumpfert J., Ward C.H. Leyens C. Titanium alloys for aerospace applications // Adv. Eng. Mater. 2003. V. 5. № 6. P. 419–427.
  6. Banerjee D., Williams J.C. Perspectives of titanium science and technology // Acta Mater. 2013. V. 61. P. 844–879.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. Toubal L., Bocher P., Moreau A. Dwell-fatigue life dispersion of a near alpha titanium alloy // Int. J. of Fatigue. 2009. V. 31. P. 601–605.
  17. Pilchack A.L. Fatigue crack growth rates in alpha titanium: Faceted vs. striation growth // Scripta Mater. 2013. V. 68. P. 277–280.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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 communications. 2020. V. 11. P. 5868.
  21. 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. Comp. 2021. V. 853. P. 156964.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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. 1603–1615.
  26. Kulkarni G., Hiwarkar V., Singh R. Texture evolution of Ti6Al4V during cold deformation // Int. J. Materials, Mechanics and Manufacturing. 2019. V. 7. № 6. P. 250–253.
  27. 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. of Fatigue. 2021. V. 153. P. 106441.
  28. 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.
  29. 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.
  30. 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.
  31. 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.
  32. Oborin V., Balakhnin A., Naimark O., Gornostyrev Y., Pushin V., Kuranova N., Rasposienko D., Svirid A., Uksusnikov A. Damage-failure transition in titanium alloy Ti-6Al-4V under dwell fatigue loads // Fratturaed Integrità Strutturale. 2024. V. 18. № 67. P. 217–230.
  33. 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. Структурно-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.
  34. Пушин В.Г., Распосиенко Д.Ю., Горностырев Ю.Н., Куранова Н.Н., Макаров В.В., Свирид А.Э., Наймарк О.Б., Балахнин А.Н., Оборин В.А. Структурно-фазовые превращения и кристаллографическая текстура в промышленном сплаве Ti-6Al-4V с глобулярной морфологией зерен α-фазы. Поперечное сечение плиты, перпендикулярное направлению прокатки // ФММ. 2024. Т. 125. № 7. С. 795–807.
  35. Laine S. The role of twinning deformation of α-phase titanium. Cambridge: University of Cambridge, 2017. 224 p.
  36. Neumann P. Representation of orientations of symmetrical objects by Rodrigues vectors // Textures and Microstructures. 1991. V. 14–18. P. 53–58.
  37. Morawiec A. Orientations and rotations: computations in crystallographic textures. Berlin: Springer-Verlag, 2004. 200 p.

Дополнительные файлы

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

Скачать (30KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ОМ- (а) и РЭМ SE-изображения структуры (в) в поперечном сечении плиты (TD) и гистограммы распределения α-зерен по размерам (б, г, д). Указаны направления нормалей к плоскостям прокатки (ND) и поперечных (TD) и (RD) сечений.

Скачать (129KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальная (а) и модельные (б) гистограммы распределения угла разориентации α-кристаллитов в поперечном сечении (TD) плиты сплава. 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 (28KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ДОРЭ-карта и цветная шкала в углах Эйлера (a) и цветовая диаграмма Родригеса–Франка разворотов α-кристаллитов в зависимости от углов Эйлера (б) в поперечном сечении (TD) плиты сплава.

Скачать (112KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Карта ДОРЭ-анализа (а), увеличенные фрагменты с обозначением ориентации в цветах ОПФ и проекциями элементарной ячейки α-фазы (б, в) и стандартный стереографический треугольник ОПФ ГПУ-решетки (г) в поперечном сечении (TD) плиты сплава.

Скачать (208KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ДОРЭ-карты распределения α-зерен по размерам (a) и ее увеличенные фрагменты (б–г) зеренно-субзеренной структуры в поперечном сечении (TD) плиты сплава (б–г).

Скачать (157KB)
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 на рисунках (б, в) в поперечном сечении (TD) плиты сплава.

Скачать (104KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Типичные треугольники ОПФ в трех проекциях X, Y, Z для поперечного сечения (Z||TD) плиты сплава.

Скачать (19KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Cветло- (а) и темнопольное (б–в рефлексе 101) ПЭМ-изображения α-зерен и соответствующая микроэлектронограмма и ее схема (в, плоскость обратной решетки (121)). Поперечное сечение плиты (TD). На ПЭМ-изображениях вблизи межкристаллитных границ видна дислокационная субструктура МЗ α-фазы.

Скачать (55KB)
Метаданные