Влияние размера зерна и скважности на механическое поведение титана при растяжении с импульсным током
О.Е. Корольков1, М.А. Пахомов1, А.В. Поляков2, Р.З. Валиев3, В.В. Столяров1
1 ФГБУН «Институт машиноведения Российской академии наук»
2 ФГБОУ «Башкирский государственный университет»
3 ФГБОУ «Уфимский государственный авиационный технический университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.639
Оригинальная статья
Аннотация: В статье исследовано влияние импульсного тока высокой плотности на деформационное поведение
титана с различной дисперсностью структуры. Проведено сравнение особенностей деформационных кривых крупнозернистого и наноструктурированного технически чистого титана Grade 4 при растяжении с введением импульсного тока. Ток различной скважности и плотности от импульсного
генератора подводили к образцу, находящемуся в захватах разрывной машины. Микроструктуру образцов крупнозернистого титана в головке образца и вблизи области разрушения в продольном сечении исследовали методом оптической микроскопии. Для исследования микроструктуры фольг наноструктурированного титана использовали метод просвечивающей электронной микроскопии.
Электропластический эффект в исследованных материалах проявлялся на кривой растяжения в виде отдельных скачков напряжения вниз. При одинаковых режимах импульсного тока высокой скважности амплитуда скачков напряжения в крупнозернистом титане выше, чем в наноструктурном титане. Для тока низкой скважности скачки напряжения одинаковы в пластической области. Импульсный ток высокой скважности в наноструктурированном титане приводил к аномальному
эффекту упрочнения, физическая природа которого нуждается в дополнительном исследовании. Использованные режимы импульсного тока не привели к заметным при оптическом увеличении структурным изменениям растягиваемых образцов, кроме исчезновения двойников и выделения частиц примесей в крупнозернистом титане. Фрактографические картины разрушения наноструктурированного титана, деформированного с током и без тока свидетельствуют о вязком разрушении без существенных изменений, что свидетельствует о минимальном тепловом вкладе в
процессе экспериментов.
Ключевые слова: растяжение, титан, наноструктура, электропластический эффект, импульсный ток, фрактография
- Корольков Олег Евгеньевич – младший научный сотрудник, ФГБУН «Институт машиноведения Российской академии наук»
- Пахомов Михаил Андреевич – младший научный сотрудник, ФГБУН «Институт машиноведения Российской академии наук»
- Поляков Александр Вадимович – к.т.н. старший научный сотрудник, ФГБОУ «Башкирский государственный университет»
- Валиев Руслан Зуфарович – д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой нанотехнологий, ФГБОУ «Уфимский государственный авиационный технический университет»
- Столяров Владимир Владимирович – д.т.н, профессор, главный научный сотрудник, ФГБУН «Институт машиноведения Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Корольков, О.Е. Влияние размера зерна и скважности на механическое поведение титана при растяжении с импульсным током / О.Е. Корольков, М.А. Пахомов, А.В. Поляков, Р.З. Валиев, В.В. Столяров // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 639-651. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.639.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Троицкий, О.А. Электропластический эффект в металлах: монография / О.А. Троицкий. ‒ М.: «Ким Л.А.», 2021. ‒ 468 с.
2. Kim, M.-J. Elucidating the origin of electroplasticity in metallic materials / M.-J. Kim, S. Yoon, S. Park et al. // Applied Materials Today. ‒ 2020. ‒ V. 21. ‒ Art. № 100874. ‒ 13 p. DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100874.
3. Троицкий, О.А. Вибрации проводников при пропускании импульсного электрического тока и неразрушающий контроль / О.А. Троицкий, В.И. Сташенко, О.Б. Скворцов // Инженерный журнал: наука и инновации. ‒ 2018. ‒ № 3. ‒ С. 1-16.
4. Савенко, В.С. Расчет пондеромоторных факторов в условиях электропластической деформации металлов / В.С. Савенко, Е.Н. Галенко, Д.А. Зерница // Вестник ГГТУ им. П.О. Сухого. ‒ 2022. ‒ № 1. ‒ С. 24-32.
5. Jeong, H.-J. Microstructure reset-based self-healing method using sub-second electric pulsing for metallic materials / H.-J. Jeong, M.-J. Kim, S.-J. Choi et al. // Applied Materials Today. ‒ 2020. ‒ V. 20. ‒ Art. № 100755. ‒ 14 p. DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100755.
6. Kim, M.-J. Electric current-induced annealing during uniaxial tension of aluminum alloy / M.-J. Kim, K. Lee, K.H. Oh et al. // Scripta Materialia. ‒ 2014. ‒ V. 75. ‒ P. 58-61. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2013.11.019.
7. Adabala, S. Importance of machine compliance to quantify electro-plastic effect in electric pulse aided testing: An experimental and numerical study / S. Adabala, S. Cherukupally, S. Guha et al. // Journal of Manufacturing Processes. ‒ 2022. ‒ V. 75. ‒ P. 268-279. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.12.027.
8. Gennari, C. Electroplastic effect in specimens of duplex stainless steel under tension / C. Gennari, I. Calliari, V. Stolyarov // Industrial Laboratory. Materials Diagnostics. ‒ 2020. ‒ V. 86. ‒ № 10. ‒ P. 41-45. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-41-45.
9. Pakhomov, M. Specific features of electroplastic effect in mono- and polycrystalline aluminum / М. Pakhomov, V. Stolyarov // Metal Science and Heat Treatment. ‒ 2021. ‒ V. 63. ‒ I. 5-6. ‒ P. 236-242. DOI: 10.1007/s11041-021-00677-7.
10. Fan, R. Influence of grain size and grain boundaries on the thermal and mechanical behavior of 70/30 brass under electrically-assisted deformation / R. Fan, J. Magargee, P. Hu, J. Cao // Materials Science and Engineering A. ‒ 2013. ‒ V. 574. ‒ P. 218-225. DOI: 10.1016/j.msea.2013.02.066.
11. Li, Z. The effects of ultra-fine-grained structure and cryogenic temperature on adiabatic shear localization in titanium / Z. Li, S. Zhao, B. Wang et al. // Acta Materialia. ‒ 2019. ‒ V. 181. ‒ P. 408-422. DOI: 10.1016/j.actamat.2019.09.011.
12. Semenova, I. Ultrafine-grained titanium-based alloys: structure and service properties for engineering applications. / I. Semenova, V. Polyakova, G. Dyakonov, A. Polyakov // Advanced Engineering Materials. ‒ 2022. ‒ V. 22. ‒ I. 1. ‒ Art. № 1900651. ‒ 13 p. DOI: 10.1002/adem.201900651.
13. Okazaki, K. An evaluation of the contributions of skin, pinch and heating effects to the electroplastic effect in titanium / K. Okazaki, M. Kagawa, H. Conrad // Materials Science and Engineering. – 1980. – V. 45. – I. 2. – P. 109-116. DOI: 10.1016/0025-5416(80)90216-5.
14. Zhao, S. Minor Defect reconfiguration in a Ti–Al alloy via electroplasticity / S. Zhao, R. Zhang, Y. Chong // Nature Materials. – 2021. – V. 20. – P.468-472. DOI: 10.1038/s41563-020-00817-z.
15. Rudolf, C. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium / C. Rudolf, R. Goswami, W. Kang, J. Thomas // Acta Materialia. – 2021. – V. 209. – Art. № 116776. – 13 p. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116776.
16. Magargee, J. Characterization of flow stress for commercially pure titanium subjected to electrically assisted deformation / J. Magargee, F. Morestin, J. Cao // Journal of Engineering Materials and Technology. – 2013. – V. 135. – I. 4. – Art. № 041003. – 10 p. DOI: 10.1115/1.4024394.
17. Валиев, Р.З. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / Р.З. Валиев, И.В. Александров. – М.: Логос, 2000. – 272 с.
18. Ao, D.-W. Hot tensile behaviors and microstructure evolution of Ti-6Al-4V titanium alloy under electropulsing / D.-W. Ao, X.-R. Chu, S.-X. Lin et al. // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). – 2018. – V. 31. – I. 12. – P. 1287-1296. DOI: 10.1007/s40195-018-0735-3