Матвійчук Юрій Васильович. Фізичні засади отримання високоміцних станів в метастабільних бета титанових сплавах методами швидкісної термічної обробки : дис... канд. фіз.-мат. наук: 01.04.13 / НАН України; Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова. - К., 2005. : іл.
Анотація до роботи:
Матвійчук Ю.В. Фізичні засади отримання високоміцних станів в метастабільних бета титанових сплавах методами швидкісної термічної обробки. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 – фізика металів. Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, 2005.
Дисертація присвячена розробці фізичних засад отримання високоміцних станів в метастабільних бета титанових сплавах методами швидкісної термічної обробки на основі фундаментальних досліджень фазових і структурних перетворень в умовах неперервного швидкісного нагрівання.
Досліджено вплив морфології і ступеня дефектності вихідної структури напівфабрикатів бета сплавів на параметри + фазового перетворення і, відповідно, зеренної структури високотемпературної бета фази отриманої ШТО. Показано, що безпосередня швидкісна термічна обробка напівфабрикатів має суттєві обмеження пов’язані з недоліками вихідної структури і вимагає її попередньої модифікації.
Досліджено деформаційну здатність бета сплавів та її зв'язок з схильністю до формування в бета фазі субзеренної структури. Показано, що на відміну від сплавів з розвиненою субструктурою (TIMETAL-LCB і Ті-15-3), сплави ТС6 і особливо ВТ22 характеризуються більш однорідним розподілом дислокацій, що приводить до реалізації більш складних механізмів акомодації деформаційних напружень, в тому числі шляхом реалізації фазового перетворення.
Вивчено закономірності формування зеренної структури при рекристалізації деформованої метастабільної бета фази в умовах неперервного нагрівання. Показано, що необхідною умовою для утворення дрібнозернистої структури з середнім розміром зерна до 10 мкм є мінімальна ширина інтервалу рекристалізації.
Досліджено кінетику розпаду метастабільної бета фази при старінні, та вплив швидкості нагрівання на механізм її розпаду. Встановлено, що у всіх досліджених сплавах розпад метастабільної бета фази може відбуватися за двома принципово відмінними механізмами: стадійним, при якому виділенню пластинчатої альфа фази передує утворення проміжних фаз, і прямим, при якому альфа фаза виділяється безпосередньо в матриці. Вирішальний вплив на вибір механізму розпаду має швидкість нагрівання. Критична швидкість нагрівання, яка розмежовує два механізми розпаду, залежить від хімічного складу. Показано, що нагрівання зі швидкостями, які забезпечують реалізацію стадійного механізму розпаду бета фази, приводить до загалом вищих значень міцності.
На основі результатів дослідження оптимізовано режими обробки для досліджених бета сплавів, які дозволили отримати суттєво кращий баланс міцності і пластичності порівняно з відомими методами обробки.
На основі отриманих результатів розроблено фізичні засади отримання високоміцних станів в метастабільних бета титанових сплавах методами швидкісної обробки. При цьому встановлено, що:
Параметри + фазового перетворення і, як наслідок, розмір зерна і однорідність мікроструктури високотемпературної бета фази, отриманої безпосередньо швидкісною термічною обробкою напівфабрикатів, суттєво залежать від морфології і ступеня дефектності вихідної структури, сформованої попередньою термомеханічною обробкою.
Внаслідок неоднорідності вихідного стану напівфабрикатів не завжди вдається сформувати однорідну дрібнозернисту бета структуру швидкісною термічною обробкою, без попередньої модифікації вихідної структури бета сплавів Оптимальною виявилась вихідна структура сплаву TIMETAL-LCB, деформованого в однофазній бета області, з ознаками динамічної рекристалізації.
Показано, що холодна пластична деформація метастабільної бета фази в сплавах TIMETAL-LCB і Ті-15-3 та її наступна рекристалізація при неперервному нагріванні дозволяють отримати однорідну дрібнозернисту структуру з середнім розміром зерна до 10 мкм. В той же час в сплаві ВТ22 того ж розміру зерна на основі даного підходу не вдалося отримати, що зв’язано, в першу чергу, з його недостатньою деформаційною здатністю.
Встановлено, що досліджені бета сплави у загартованому на метастабільну фазу стані мають різну деформаційну здатність, яка корелює зі схильністю до формування в бета фазі субзеренної структури. На відміну від сплавів з розвиненою субструктурою (TIMETAL-LCB і Ті-15-3), сплави ТС6 і, особливо, ВТ22 характеризуються більш однорідним розподілом дислокацій, що приводить до реалізації більш складних механізмів акомодації деформаційних напружень, в тому числі шляхом реалізації фазового перетворення (утворення мартенситу деформації).
Показано, що при підвищенні швидкості неперервного нагрівання розпад метастабільної бета фази подавляється, проте швидкості нагрівання, необхідні для подавлення розпаду, є значно вищими для деформованого стану і суттєво відрізняються для різних сплавів. Найбільш інтенсивно бета фаза розпадається в сплаві TIMETAL-LCB, що пов'язано з впливом заліза – найбільш дифузійно рухливого серед легуючих елементів, що стабілізують бета фазу.
Встановлено, що кінцева структура та текстура рекристалізованого стану визначається досягнутим ступенем пластичної деформації, термо-кінетичними умовами неперервного нагрівання, механізмом рекристалізації (зародкоутворення і росту чи коалесценції і росту субзерен) і хімічним складом сплаву. Показано, що необхідною умовою утворення дрібнозернистої структури при рекристалізації в умовах неперервного нагрівання є мінімальна ширина інтервалу рекристалізації. Серед досліджених сплавів завдяки високій дифузійній рухливості заліза цій умові найкраще відповідає сплав TIMETAL-LCB.
Встановлено, що у всіх досліджених сплавах розпад метастабільної бета фази може відбуватися за двома принципово відмінними механізмами: стадійним, при якому виділенню пластинчатої альфа фази передує утворення проміжних фаз, і прямим, при якому альфа фаза виділяється безпосередньо в матриці. Вирішальний вплив на реалізацію того чи іншого механізму розпаду має швидкість нагрівання. Критична швидкість нагрівання, яка розмежовує два механізми розпаду, залежить від хімічного складу. Серед досліджених сплавів критична швидкість є мінімальною в сплаві Ті-15-3, максимальною – в сплаві TIMETAL-LCB. Показано, що нагрівання зі швидкостями, які забезпечують реалізацію стадійного механізму розпаду бета фази, приводить до загалом вищих значень міцності.
На основі результатів дослідження оптимізовано режими швидкісної обробки бета сплавів, що дозволило отримати суттєво кращий баланс міцності і пластичності порівняно з відомими методами обробки. Показано, що серед досліджених сплавів запропонований метод швидкісної термообробки дає найкращий результат в сплаві TIMETAL-LCB. Розроблено практичні рекомендації виготовлення і термообробки пружин із високоміцних бета сплавів для використання в літаках «АНТК ім. О.К. Антонова».
Публікації автора:
O.M. Ivasishin, A.I. Ustinov, V.S. Skorodzievskii, M.S. Kosenko, Yu.V. Matviychuk and F.I. Azamatova. Structural and compositional changes during isothermal annealing of ``-martensite in Ti-8wt.% alloy // Scripta Materialia.-1997.-Vol. 37. - № 6. - P.883-888.
O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, P.G. Allen, D.G. Sawakin, Yu.V. Matviychuk. Rapid Heat Treatment of TIMETAL-LCB Alloy // TITANIUM’99: Science and Technology.- Proc. 9th World conference on Titanium.- Vol. 1.- St.-Petersburg (Russia): CRISM “Prometey”.- 2000.- P. 505- 512.
O. M. Ivasishin, P. E. Markovsky, R. V. Teliovich, Yu. V. Matviychuk. STA Heat Treatment of Beta-Titanium Alloys after Various Thermomechanical Processing // Key Engineering Materials.-2000.- Vol. 188.-P.63-72.
Yu. V. Matviychuk. Microstructure and Mechanical Properties of TIMETAL-LCB Alloy with Very Fine Beta-grains // Abstracts of European Conference “Junior Euromat 200”.- Lausanne (Switzerland).- DGM publications.- 2000.- P. 154-155.
O. M. Ivasishin, P. E. Markovsky, S. Fox, Yu.V. Matviychuk. Structure/ Properties Relationship in TIMETAL-LCB Alloy with Small Beta Grain Size // Proc. International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2000).- Elsevier Science, UK, 2001.- Special Issue:Journal of Materials Processing Technology.-Vol 117/3.- CDROM:Section E2.
O.M. Ivasishin, P.E. Markovsky, O.P. Karasevska, S.L. Semiatin, and Yu.V. Matviychuk. Precipitation and Recrystallization Behavior of Cold-Deformed Beta Titanium Alloys during Continuous Heat Treatment // ‘Ti-2003’.- Proc. Х World Conference on Titanium.- Vol.2.- Hamburg (Germany), DGM publications.- 2003.- P. 1227-1234.
О.М. Ивасишин, П.Е. Марковский, Ю.В. Матвийчук, С.Л. Семятин и Ч. Х. Вард. Сравнительный анализ высокопрочных состояний в титановых -сплавах // Титан.- 2004.- №2 (15).-P. 24-37.
