Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Кашин Олег Александрович

деформационноЕ поведениЕ в области

микропластической деформации ТИТАНА И СПЛАВА Ti-Al-V

с УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ структурой

при различных видах термосилового воздействия

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

автореферат

диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

Томск 2007

Работа выполнена в Институте физики прочности
и материаловедения СО РАН и Сибирском физико-техническом институте Томского государственного университета

Научные консультанты:        доктор физикоЦматематических наук, профессор Колобов Юрий Романович

доктор физикоЦматематических наук, профессор Дударев Евгений Федорович

       

Официальные оппоненты:        доктор технических наук, ст. научн. сотр.

       Полетика Ирина Михайловна

доктор технических наук, профессор

Батаев Анатолий Андреевич

доктор физикоЦматематических наук, профессор Старенченко Владимир Александрович

Ведущая организация:        Институт физики металлов УрО РАН

Защита диссертации состоится л26 октября 2007 г. в 1430 часов на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики прочности и материаловедения СО РАН

Автореферат разослан л_______________2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор                                        Сизова О. В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Эффективным способом повышения механических свойств поликристаллических металлов и сплавов при невысоких гомологических температурах является уменьшение размера зерен. Получение беспористых объемных металлических материалов с ультрамелкозернистой структурой (размер зерен менее 1 мкм) стало возможным с развитием методов интенсивной пластической деформации, таких как равноканальное угловое прессование [1] и разностороннее прессование [2].

К моменту постановки настоящей работы имелось ограниченное количество экспериментальных данных по определению физико-механических характеристик материалов, имеющих объёмную ультрамелкозернистую структуру, полученную методами интенсивной пластической деформации. Были изучены только некоторые особенности структуры и физико-механические свойства металлических материалов, подвергнутых воздействию интенсивной пластической деформации. Практически отсутствовали исследования закономерностей деформационного поведения ультрамелкозернистых металлов в области микропластической деформации при различных температурно-силовых воздействиях. В то же время, как известно, рабочие напряжения большинства конструкционных материалов в реальных условиях ниже предела текучести. Однако даже при таких напряжениях в процессе длительной эксплуатации в материалах развиваются деформационные процессы, которые в конечном итоге могут привести к выходу изделия из строя. Особенно остро эта проблема стоит при циклическом нагружении, когда накопление усталостных повреждений приводит к преждевременному разрушению материала.

Для крупнозернистых поликристаллических металлов и сплавов с размером зерен более 5 мкм были выяснены закономерности и механизмы микропластической деформации и разработана теория деформационного поведения поликристаллов при напряжениях ниже физического предела текучести [3]. Эти исследования позволили обоснованно выбирать уровень безопасных рабочих напряжений, а также на основании результатов испытаний при квазистатическом нагружении делать прогнозные оценки об усталостных свойствах материалов. Специфическая структура ультрамелкозернистых материалов может внести существенные коррективы в развитие деформации при различных условиях нагружения. Поэтому исследования закономерностей и механизмов деформационного поведения в области микродеформации ультрамелкозернистых металлических материалов в зависимости от их структурно-фазового состояния, изучение закономерностей эволюции структуры и стабильности свойств ультрамелкозернистых материалов при различных температурно-силовых воздействиях весьма актуальны. Проведение таких исследований позволило бы выявить возможность применения для ультрамелкозернистых материалов разработанных ранее модельных представлений о деформационном поведении крупнозернистых поликристаллических материалов при напряжениях ниже предела текучести.

Ряд характеристик металлов и сплавов (коррозионные, триботехнические, усталостные) в значительной мере определяются структурно-фазовым состоянием поверхностных слоев. Для крупнозернистых металлов и сплавов имеются многочисленные исследования эффективности влияния поверхностных обработок и нанесения покрытий на их свойства. Ультрамелкозернистые металлы и сплавы, полученные воздействием интенсивной пластической деформации, в отличие от рекристаллизованных крупнозернистых металлов обладают большой запасенной упругой энергией, которая в значительной степени связана с неравновесными границами зерен [4]. При одном и том же способе поверхностной модификации структурно-фазовое состояние в поверхностных слоях у металлов с ультрамелкозернистой структурой может быть иным, чем у крупнозернистых, то есть может иметь место различие в изменении физико-химических и механических свойств. Поэтому данные об изменении свойств при поверхностной обработке крупнозернистых металлических материалов переносить на материалы с ультрамелкозернистой структурой в общем случае не представляется возможным.

Изменение структурно-фазового состояния и свойств приповерхностных слоев может оказать существенное влияние на закономерности развития микропластической деформации. В связи с этим актуальными являются сравнительные исследования влияния поверхностных обработок, проводимых в одинаковых режимах, на свойства металлов в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях. Можно ожидать, что сочетание методов получения объёмной ультрамелкозернистой структуры и дополнительной модификации поверхностных слоев обеспечит получение материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Однако работ, посвященных выяснению влияния поверхностных обработок на закономерности деформационного поведения в области микропластической деформации крупнозернистых и ультрамелкозернистых металлов, до сих пор не проводилось.

В большинстве случаев методы поверхностной модификации материалов связаны с термическим воздействием, которое при применении таких методов к ультрамелкозернистым материалам может привести к деградации ультрамелкозернистой структуры и снижению эксплуатационных свойств. Для обоснованного выбора способов и технологических режимов модификации поверхности с целью повышения эксплуатационных свойств материалов актуальными являются как исследования закономерностей изменения структуры в приповерхностных слоях при поверхностных обработках, так и данные о термостабильности ультрамелкозернистой структуры.

Титан технической чистоты и сплавы на его основе широко используются в качестве конструкционных материалов в авиации и космонавтике, в различных устройствах, работающих при криогенных температурах, в приборостроении, химической промышленности и медицине. В связи с этим проблеме повышения эксплуатационных свойств этих материалов путем формирования заданного структурно-фазового состояния и обработок поверхности уделяется большое внимание [5, 6]. Путем создания в титане и его сплавах ультрамелкозернистой структуры методами интенсивной пластической деформации удается существенно повысить их прочностные характеристики [1]. Для использования титана и его сплавов с ультрамелкозернистой структурой в реальных условиях эксплуатации актуальными являются исследования закономерностей деформационного поведения в области микропластической деформации при различных условиях нагружения. В технике и медицине наиболее широко используют титан технической чистоты и двухфазный + титановый сплав Ti-Al-V (ВТ6), поэтому данные сплавы были выбраны в качестве материалов для исследований в настоящей работе.

Сплав ВТ6 имеет более высокие прочностные характеристики по сравнению с нелегированным титаном, поэтому именно он преимущественно применяется в качестве медицинских имплантатов и конструкций протезов. В то же время сплав ВТ6 содержит алюминий и ванадий, которые оказывают вредное воздействие на живой организм. Титан технической чистоты является наиболее предпочтительным металлом для длительно работающих в живом организме имплантатов вследствие его высокой биосовместимости и отсутствия вредных легирующих добавок. Однако даже после термомеханических обработок титан по своим прочностным и усталостным свойствам уступает высоколегированным титановым сплавам [7]. Повышение эксплуатационных свойств нелегированного титана путем создания в нем ультрамелкозернистой структуры и обработок поверхности позволяет расширить области его использования, прежде всего в медицине.

Необходимость проведения исследований закономерностей микропластической деформации и влияния обработок поверхности на эксплуатационные свойства обусловлена, помимо научной новизны, и практической значимостью, поскольку эти исследования позволяют сформулировать рекомендации для выбора оптимальных технологических режимов получения ультрамелкозернистой структуры и поверхностных обработок, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств, и определить эксплуатационные интервалы рабочих напряжений и температур.

Цель настоящей работы - установить влияние ультрамелкозернистой структуры на закономерности и механизмы деформационного поведения в области микропластической деформации и эксплуатационные свойства титана ВТ1-0 и двухфазного + сплава Ti-Al-V (ВТ6) при различных видах термосилового воздействия и поверхностных обработок.

Для реализации указанной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Экспериментально исследовать закономерности деформационного поведения в области микропластической деформации титана технической чистоты и сплава ВТ6 с объемной ультрамелкозернистой структурой при квазистатическом и циклическом нагружении и при микроползучести, в том числе и при повышенных температурах.
  2. Исследовать методом внутреннего трения влияние объемной ультрамелкозернистой структуры и неравновесности структуры границ зерен на зернограничное микропроскальзывание титана технической чистоты и сплава ВТ6.
  3. Исследовать влияние термомеханических обработок на закономерности деформационного поведения в области микропластической деформации титана технической чистоты с объемной ультрамелкозернистой структурой при квазистатическом и циклическом нагружении, в том числе и при повышенных температурах.
  4. Установить влияние поверхностных обработок при использовании методов пластической деформации, ионной имплантации, ионного азотирования, электроискрового легирования, на закономерности развития микропластической деформации ультрамелкозернистого титана при квазистатическом и циклическом нагружении.
  5. На основании полученных результатов исследований, разработанного в процессе выполнения работы оборудования и режимов термомеханических обработок и обработок поверхности разработать способы повышения эксплуатационных характеристик (размерной стабильности, прочности, износостойкости, возможности восстановления геометрических размеров изношенных деталей) титана и других материалов (композиционных материалов металл-углеродные волокна, инструментальных сталей) путем создания ультрамелкозернистой структуры в объеме и  в поверхностных слоях.

Научная новизна

В работе впервые:

- установлено на примере титана технической чистоты и сплава ВТ6 при квазистатическом и циклическом нагружении и в условиях ползучести подобие развития микропластической деформации при крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурах. Показано, что при обеих зеренных структурах при квазистатическом нагружении микропластическая деформация развивается в две стадии; на первой стадии связь между напряжением и степенью микропластической деформации линейная, на второй - параболическая. Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой повышается сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении и при ползучести;

- показано, что на второй стадии микропластической деформации зависимость напряжения течения от величины зерна подчиняется уравнению Холла-Петча в том случае, когда при всех размерах зерен имеющиеся в ненагруженном материале дислокации заблокированы и не принимают участия в развитии пластической деформации. При наличии в ненагруженном ультрамелкозернистом материале незаблокированных дислокаций, введенных, например, глубокой пластической деформацией при температурах, когда диффузионные процессы заторможены, соотношение Холла-Петча нарушается;

- установлено, что в титане технической чистоты с разной концентрацией примесей при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой эффект упрочнения в области микропластической деформации практически не зависит от содержания примесей;

- на основании исследований зернограничного внутреннего трения обнаружен эффект понижения температуры начала и интенсивного развития зернограничного микропроскальзывания в титане и сплаве ВТ6 при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен, обусловленный уменьшением энергии активации зернограничного массопереноса;

- экспериментально выяснено влияние поверхностных обработок методами поверхностного деформирования, ионной имплантации, ионного азотирования и электроискрового легирования на закономерности деформационного поведения в области микропластической деформации ультрамелкозернистого титана технической чистоты.

Практическая значимость работы

Результаты фундаментальных исследований закономерностей микропластической деформации при различных видах нагружения позволили разработать способ термомеханической обработки титана технической чистоты для достижения максимально высоких значений усталостной прочности, заключающийся в последовательном использовании интенсивной пластической деформации при повышенных температурах (600700 К) для формирования ультрамелкозернистой структуры и прокатки при комнатной температуре на глубокие степени деформации (8090%) без промежуточных отжигов, что обеспечивает измельчение зерен и образование в материале незаблокированных дислокаций, эффективно способствующих релаксации концентраторов напряжений, возникающих в процессе циклического нагружения.

Определены технологические режимы поверхностных обработок методами поверхностного деформирования, ионной имплантации, электроискрового легирования, обеспечивающие сохранение объёмной ультрамелкозернистой структуры в титане и повышение его эксплуатационных характеристик.

Полученные в работе результаты по исследованию влияния поверхностных обработок на изменение микроструктуры поверхностных слоев ультрамелкозернистого титана использованы для разработки способов повышения эксплуатационных свойств (прочности, износостойкости, возможности восстановления геометрических размеров изношенных деталей) других материалов - сталей и композиционных матенриалов с объемной или поверхностной ультрамелкозернистой структурой.

Положения, выносимые на защиту

  1. Установленное на примере титана технической чистоты и сплава ВТ6 при различных видах термосилового воздействия подобие деформационного поведения в области микропластической деформации крупнозернистых и ультрамелкозернистых металлических поликристаллов: при обеих зеренных структурах при квазистатическом нагружении микропластическая деформация развивается в две стадии; на первой стадии связь между напряжением и степенью микропластической деформации линейная, на второй - параболическая. При циклическом нагружении и микроползучести при комнатной температуре накопление микропластической деформации происходит по логарифмическому закону.
  2. Экспериментально установленные условия выполнимости соотношения Холла-Петча: при внешних напряжениях, соответствующих второй стадии микропластической деформации, зависимость напряжения течения и ограниченного предела выносливости титана технической чистоты и сплава ВТ6 от величины зерна подчиняется уравнению Холла-Петча в том случае, когда при всех размерах зерен имеющиеся в ненагруженном материале дислокации заблокированы.
  3. Экспериментально определенные максимальные температуры стабильности структуры и механических свойств титана технической чистоты и сплава ВТ6 в области микропластической деформации, соответствующие температурам интенсивной пластической деформации и началу интенсивного развития диффузионных процессов. Усиление температурной зависимости напряжения течения в области микропластической деформации ультрамелкозернистого титана после глубокой пластической деформацией при комнатной температуре, приводящей к измельчению зерен до 100-200 нм и повышению неравновесности структуры границ зерен.
  4. Способ термомеханической обработки титана технической чистоты для достижения максимально высоких значений усталостной прочности, заключающийся в последовательном использовании интенсивной пластической деформации при повышенных температурах (600700 К) для формирования ультрамелкозернистой структуры и прокатки при комнатной температуре на глубокие степени деформации (8090%) без промежуточных отжигов.
  5. Установленный эффект понижения температуры начала и интенсивного развития зернограничного микропроскальзывания в титане и сплаве ВТ6 при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен, обусловленный уменьшением энергии активации зернограничного массопереноса.
  6. Технологические режимы обработок поверхности методами поверхностного деформирования, ионной имплантации, ионного азотирования и электроискрового легирования для повышения эксплуатационных характеристик (размерной стабильности, микротвердости, износостойкости, восстановления геометрических размеров изношенных деталей) ультрамелкозернистого титана технической чистоты при сохранении объемной ультрамелкозернистой структуры, сталей 9ХФМ и 65Х13 и композиционных матенриалов металл-углеродные волокна.

Связь работы с научными программами и темами

Диссертационная работа выполнена в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН и Сибирском физико-техническом институте Томского государственного университета в соответствие с планами государственных научных программ и грантов:

Закономерности и механизмы формирования наноструктурных состояний, деформационного поведения и разрушения объемных многоуровневых металлических материалов и композиций с разной устойчивостью кристаллической решетки к термосиловым воздействиям. Разработка на их основе перспективных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками для медицины и техники (проект 3.6.2.2.по приоритетному направлению 3.6 Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, трибология, 2007-2009 гг.); Исследование роли диффузионно-контролируемых процессов в формировании структуры и упруго-пластических свойств многоуровневых объемных наноструктурных композитов с металлической матрицей. Разработка на их основе перспективных материалов для медицины и техники (проект по приоритетному направлению 8. Проблемы деформирования и разрушения структурно-неоднородных сред и конструкций, 2004-2006 гг.); "Наноструктурные материалы для медицинского применения" (проект МНТ - № 2070р, 20012002агг.); Разработка наноструктурных титановых материалов для медицинского применения (проект ИНТАС № 01-320, 2002-2004 гг.); Деформационное поведение и разрушение наноструктурных металлов и сплавов при квазистатическом и динамическом нагружениях (проект № 9.5 по программе фундаментальных исследований Президиума Российской академии наук Теплофизика и механика энергетических воздействий, 2004-2006 гг.); Диффузия и упругопластические свойства наноструктурных материалов для медицины и техники (проект № 8.13 по программе фундаментальных исследований Президиума Российской академии наук Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов, 2004-2005 гг); Исследование механизмов модификации структуры и свойств металлов и сплавов с многоуровневой структурой, сформированной при воздействии ионных пучков (интеграционный проект фундаментальных исследований СО РАН № 2.4, 2006-2008агг.); Создание высокоэффективной технологии получения ультрадисперсных структур в крупнозернистых литых заготовках конструкционных металлов и сплавов методами интенсивной пластической деформации (проект ИН-22.3/003 федеральной целевой научно-технической программы Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы, 2005-2006 гг.); Эволюция микроструктуры и упруго-пластических свойств наноструктурного титана при внешнем силовом и температурном воздействии (грант РФФИ № 2000-2001 гг.); Компьютерное конструирование износостойкости рабочих поверхностей режущего и штампового инструмента на основе физической мезомеханики деформации и разрушения (проект № 07.08.008.00.М федеральной целевой научно-технической программы Новые материалы, 1996-1998 гг.).

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских и региональных конференциях, совещаниях, симпозиумах и семинарах:

Научно-практическая конференция материаловедческих обществ России Новые конструкционные материалы. Москва, 2000; Вторая Международная научно-техническая конференция Экспериментальные методы в физике структурно-неоднородных конденсированных сред. Барнаул, 2001; V Всероссийская конференция "Физико-химия ультрадисперсных (нано-) систем". Екатеринбург, 2001; Всероссийская научно-практическая конференция "Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов". Уфа, 2001; 3 Международная

конференция Физика и промышленность 2001. Москва, Голицино, 2001; Международный технологический конгресс Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения. Омск, 2001; VI Международная конференция Компьютерное конструирование новых материалов и технологий. Томск, 2001; VI Всероссийская (международная) конференция Физикохимия ультрадисперсных систем. Томск, 2002; Конференция "Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы". Красноярск, 2003; X APAM topical seminar and III conference "Materials of Siberia" "Nanoscience and technology" devoted to 10-th anniversary of APAM. Novosibirsk, Russia, 2003; XV Международная конференция Физика прочности и пластичности материалов. Тольятти, 2003; International Symposium on Physical Mesomechanics and Computer-Aided Design of Advanced Materials and Technologies. Томск, 2003; Международная конференция Современные проблемы физики и высокие технологии. Томск, 2003; Х Международный семинар Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов - ДСМСМ-2005, Екатеринбург, 2005; XVI Международная конференция Физика прочности и пластичности материалов. Самара, 2006; Международная конференция Ti-2006 в СНГ. Суздаль, 2006; 6th International Conference on Modifications of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 2002; 7th International Conference on Modifications of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 2004; Международная конференция по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов. Томск, 2004; International Conference on Modifications of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams. Feodosiya, 2001; 13th International Symposium on High Current Electronics and the 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Томск, 2004; VIII Международная школа-семинар Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Барнаул, 2005; Всесоюзный семинар по смачиваемости и адгезии расплавов и пайке неметаллических материалов. Николаев, 1975; IV Всесоюзная конференция по композиционным материалам. Москва, 1978; Семинар по механике композитов с металлической матрицей. Черноголовка, 1978; VIII Всесоюзная конференция по поверхностным являниям в расплавах и твердых фазах. Киржач, 1980; Всесоюзная конференция Применение аппаратов порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве. Томск, 1987; Первая конференция Материалы Сибири. Новосибирск, 1995; Научно-практическая конференция Тюменская нефть - вчера и сегодня. Тюмень, 1997; V Russian-Chinese international symposium УAdvanced Materials and ProcessesФ, Baikalsk, Russia. 1999;

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 72 печатных работах, опубликованных в научных и научно-технических журналах, тематических сборниках и трудах конференций, в числе которых 4 коллективных монографии, 8 авторских свидетельств и 4 патента РФ на изобретения. В автореферате приведены основные публикации по теме диссертации.

ичный вклад автора в работу. Все изложенные в диссертации результаты исследований получены при непосредственном участии автора. Автору принадлежат идеи в определении цели, анализе и интерпретации результатов, формулировке основных положений и выводов. Большинство экспериментальных исследований выполнено лично автором. Под его руководством и при непосредственном участии осуществлялась разработка и изготовление экспериментального оборудования, отработка методик и технологических процессов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, приложений, выводов, списка цитируемой литературы, включающей 262 наименования. Диссертация содержит 288 страниц, в том числе 104 рисунка, 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы; сформулированы цель, задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту; показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов; даны сведения об объектах исследований, структуре и объеме диссертации, публикациях; определен личный вклад автора; указаны конференции и семинары, на которых были доложены основные результаты работы.

В разделе I проведен анализ литературных данных об особенностях микроструктуры и деформационного поведения ультрамелкозернистых материалов и сплавов, полученных методами интенсивной пластической деформации. Рассмотрены имеющиеся к настоящему времени представления о развитии микропластической деформации в поликристаллических металлах и сплавах при нагружении. Обсуждены вопросы методик определения деформационного поведения материалов в области микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении. Обоснован выбор титана технической чистоты в качестве материала для исследований. Для выяснения влияния ультрамелкозернистой структуры титана на закономерности деформационного поведения в области микропластической деформации титана при различных видах нагружения исследования проводили в сравнении с крупнозернистым титаном.

Ультрамелкозернистая структура в титане технической чистоты была сформирована методами равноканального углового прессования и разностороннего прессования при температурах 620720 К. Проведенная с использованием просвечивающей электронной микроскопии аттестация микроструктуры титана показала, что в зависимости от технологических режимов после интенсивной пластической деформации формируется структура с разным средним размером зерен (рис. 1).

В зернах с размером менее 100 нм практически отсутствуют дислокационная субструктура. В зернах с размером 100500 нм имеется сетчатая дислокационная субструктура со скалярной плотностью дислокаций до 4⋅1010асм-2, что на порядок выше по сравнению с крупнозернистым материалом. В более крупных зернах (около 1 мкм) плотность дислокаций такая же, как и в рекристаллизованном состоянии, что позволяет предположить возможность динамической рекристаллизации в процессе интенсивной пластической деформации. Доля

большеугловых границ, определенная по горизонтальным разориентировкам, составляет >50%. Большинство границ зерен имеют размытый контраст, характеризующий их неравновесность. Особенностью микроструктуры титана является наличие ультрадисперсных метастабильных выделений фазы типа Ti2C размером 10-20 нм.

Исследования закономерностей деформационного поведения в области микропластической деформации при квазистатическом нагружении титана ВТ1-0 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях показали, что характер зависимостей напряжения течения от величины микропластической деформации качественно одинаков для обоих состояний (рис.2). На диаграммах нагружения наблюдаются две стадии: линейная, которая в соответствии с моделью микропластической деформации обусловлена пластической деформацией в отдельных, не контактирующих между собой зернах на поверхности материала, и параболическая, связанная с кооперативной пластической деформацией зерен. В то же время сопротивление микродеформации для ультрамелкозернистого титана значительно повысилось по сравнению с крупнозернистым состоянием.

Напряжение ′′ (макроскопический предел упругости) перехода от первой ко второй стадии микропластической деформации для ультрамелкозернистого титана почти в 2 раза больше, чем для крупнозернистого.

Эффект повышения сопротивления микропластической деформации от формирования ультрамелкозернистой структуры для титана с заданным размером зерен не зависит от содержания примесей внедрения. (рис. 3).

Сформированная интенсивной пластической деформацией при повышенных температурах ультрамелкозернистая структура титана обладает достаточно высокой термостабильностью: при изотермических отжигах вплоть до температур, соответствующих температурам, при которых проводили интенсивную пластическую деформацию, микроструктура и сопротивление микропластической деформации при нагружении практически не изменяются. Отжиги при более высоких температурах приводят к развитию рекристаллизационных процессов, увеличению среднего размера зерен и снижению напряжения течения.

Установлено что дополнительное уменьшение среднего размера зерен (до 100200 нм) можно получить путем прокатки ультрамелкозернистого титана на высокие степени деформации при комнатной температуре без промежуточных отжигов (рис. 4). При этом возрастает степень несовершенства структуры границ зерен.

Прокатка ультрамелкозернистого титана привела к снижению макроскопического предела упругости (рис. 5, кривая 4). Однако на второй стадии микропластической деформации заметно вырос коэффициент деформационного упрочнения по сравнению с непрокатанным материалом. Кривая микродеформации для прокатанного крупнозернистого титана (рис. 5, кривая 3) оказалась подобна кривой для прокатанного ультрамелкозернистого титана.

Последующие дорекристаллизационные отжиги прокатанных образцов в интервале температур 573673 К приводят к тому, что как для крупнозернистого, так и для ультрамелкозернистого титана возрастает макроскопический предел упругости и напряжения течения (рис. 5, кривая 5).

Анализ зависимостей от среднего размера зерен предела текучести 0,2 при растяжении и напряжения течения в области микропластической деформации 0,02 при квазистатическом изгибе титана ВТ1-0 после дорекристаллизационных отжигов показал, что они подчиняются уравнению Холла-Петча (рис. 6). Отклонения наблюдаются только для прокатанного ультрамелкозернистого титана, не подвергнутого дорекристаллизационному отжигу. Причем значения предела текучести для этого состояния значительно выше по сравнению с отожженным материалом, а напряжения течения в области микропластической деформации существенно ниже.

При циклическом нагружении образцов титана ВТ1-0 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях зависимости величины микропластической деформации от числа циклов также оказались подобными (рис.7). Остаточная деформация с ростом числа циклов накапливается по логарифмическому закону, который нарушается только перед разрушением. Сопротивление микропластической деформации при циклическом нагружении гораздо выше для ультрамелкозернистого титана. Разрушение ультрамелкозернистого и крупнозернистого титана происходило только при максимальных напряжениях цикла выше макроскопического предела упругости.

Величина ограниченного предела выносливости на базе 106 циклов оказалась максимальной для прокатанного ультрамелкозернистого титана (таблица 1). Зависимость ограниченного предела выносливости от размера зерен подчиняется соотношению Холла-Петча, если для прокатанного ультрамелкозернистого титана взять значения предела выносливости после дорекристаллизационного отжига. Для неотожженного прокатанного ультрамелкозернистого титана значения предела выносливости выше.

Подобными оказались и зависимости накопления микропластической деформации при ползучести при комнатной температуре для крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана, однако так же, как и при квазистатическом и циклическом нагружении, сопротивление микроползучести выше для ультрамелкозернистого состояния (рис. 8). Из приведенных зависимостей накопления микропластической деформации при ползучести и при квазистатическом нагружении следует, что как только напряжение превышает макроскопический предел упругости, так резко ускоряются процессы ползучести.

Таблица 1.Ограниченный предел выносливости титана ВТ1-0 после термомеханических обработок

Состояние

Обработка

Размер зерна d, мкм

Ограниченный предел

выносливости 0, МПа

Крупнозернистый

исходный

400

300

исходный

10

350

прокат 88%

-

610

прокат 88% + отжиг 623 К, 1 час

-

600

Ультрамелкозернистый

исходный

0,35

520

прокат 88%

0,18

650

прокат 88% + отжиг 623 К, 1 час

0,18

610

В заключении раздела на основании полного подобия закономерностей развития микропластической деформации у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана при различных видах нагружения, анализа влияния термомеханических обработок и условий выполнения соотношения Холла-Петча сделан вывод о применимости развитой ранее модели микропластической деформации для титана с объёмной ультрамелкозернистой структурой.

Микропластическая деформация осуществляется за счёт генерации и движения свежих дислокаций. Повышение сопротивления микропластической деформации при формировании ультрамелкозернистой структуры обусловлено снижением эффективности концентраторов напряжений, обуславливающих переход к кооперативной пластической деформации зерен. При напряжении, превышающем величину макроскопического предела упругости, деформационные процессы резко интенсифицируются, и в этом смысле макроскопический предел упругости является критической характеристикой. Зная величину макроскопического предела упругости при квазистатическом нагружении, можно прогнозировать уровень безопасных рабочих напряжений для работы материала в условиях циклического нагружения и ползучести.

Раздел II посвящен изучению закономерностей деформационного поведения в области микропластической деформации титана с объемной ультрамелкозернистой структурой при повышенных температурах. Для выяснения влияния температуры на развитие деформационных процессов, связанных со структурой границ зерен, было проведено исследование температурной зависимости амплитуднонезависимого внутреннего трения.

Исследования температурной зависимости внутреннего трения показали, что формирование в титане ультрамелкозернистой структуры методами интенсивной пластической деформации при температурах 720Ц670 К приводит к смещению начала и интенсивного развития зернограничного внутреннего трения в область более низких температур (рис.9а). Увеличение несовершенства структуры границ зерен в крупнозернистом и ультрамелкозернистом титане путем прокатки при 295 К привело к тому, что температурные зависимости внутреннего трения для обеих структур оказались качественно одинаковыми (рис.9б). После изотермических отжигов деформированных прокаткой крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана восходящая ветвь зернограничного пика внутреннего трения смещается постепенно в область более высоких температур и после прохождения рекристаллизации совпадает с таковой для исходного рекристаллизованного титана.

Для релаксационного процесса с одним временем релаксации пик внутреннего трения на его восходящей ветви описывается уравнением

,

где - фон внутреннего трения; - значение внутреннего трения при температуре максимума Тm; U - энергия активации; R - универсальная газовая постоянная.

Анализ температурной зависимости внутреннего трения у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана на восходящей ветви зернограничного пика показал, что зависимость от 1/T линейная, то есть внутреннее трение обусловлено одним релаксационным процессом. По восходящей ветви зернограничного пика были определены величины энергии активации зернограничного внутреннего трения (таблица 2). При обеих структурах (крупнозернистой и ультрамелкозернистой) энергия активации зернограничного внутреннего трения больше энергии активации зернограничной самодиффузии (массопереноса), соответствующей данному структурному состоянию, но меньше энергии активации объемной самодиффузии.

Таблица 2. Энергии активации внутреннего трения и самодиффузии крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана (кДж/моль)

Крупнозернис-тый

Ультрамелко-зернистый

Крупнозернистый, прокатанный на 88%

Ультрамелкозер-нистый, прокатанный на 88%

Зернограничная самодиффузия (массоперенос)

97

60

-

-

Зернограничное внутреннее трение (зернограничное микропроскальзывание)

1444

854

453

384

Объемная

самодиффузия

151159

151159

-

-

На основании анализа имеющихся в литературе представлений предположено, что зернограничное внутреннее трение обусловлено развитием зернограничного микропроскальзывания, которое является термоактивируемым процессом и обеспечивается тем же самым микромеханизмом, что и зернограничная диффузия. Внешнее напряжение вызывает направленное перемещение свободного объема в границах зерен из областей сжатия в области растяжения, обеспечивая взаимное смещение соседних зерен. При этом должна происходить перестройка структуры границы, приводящая к понижению энергии границы. Такая перестройка структуры границы может происходить путем диффузионного притока вещества из объема зерна (из приграничной области) или оттока из границы в объем зерна. Формирование ультрамелкозернистой структуры в титане приводит к снижению энергии активации зернограничной самодиффузии, и зернограничное микропроскальзывание реализуется при более низких температурах по сравнению с крупнозернистым материалом. Холодная пластическая деформация ультрамелкозернистого и крупнозернистого титана приводит к увеличению степени неравновесности границ зерен, то есть к повышению их энергии, вследствие чего уменьшается энергия активации зернограничной самодиффузии. Наряду с этим во всех зернах образуются неравновесные вакансии, что, как известно, приводит к уменьшению энергии активации объемной диффузии. Таким образом, после глубокой пластической деформации ультрамелкозернистого и крупнозернистого титана при Т/Тпл0,15 (Тпл - температура плавления) энергия активации истинного зернограничного проскальзывания уменьшается вследствие уменьшения энергии активации зернограничной и объемной диффузии.

Изменение микроструктуры титана в результате глубокой пластической деформации прокаткой приводит и к более сильной температурной зависимости напряжений течения в области микропластической деформации при квазистатическом нагружении. Для титана с ультрамелкозернистой структурой, полученной в результате интенсивной пластической деформации, при повышении температуры испытания до 573 К наблюдается слабое уменьшение сопротивления микропластической деформации, при температурах выше 573 К наблюдается резкое усиление температурной зависимости сопротивления микродеформации (рис. 10, кривая 1).

После прокатки крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана резкое усиление температурной зависимости сопротивления микропластической деформации наблюдается во всем исследованном интервале температур 295-673 К, причем для прокатанного ультрамелкозернистого титана зависимость более сильная (рис. 10, кривые 2 и 3).

Слабая температурная зависимость сопротивления микропластической деформации ультрамелкозернистого титана в интервале температур от 295 К до 573 К обусловлена сравнительно высокой термической стабильностью зеренно-субзеренной структуры. Холодная прокатка ультрамелкозернистого и крупнозернистого титана приводит к образованию незаблокированных дислокаций и неравновесных вакансий, что активирует процессы структурной перестройки при внешнем термосиловом воздействии и обеспечивает более интенсивное уменьшение сопротивления микропластической деформации с ростом температуры испытания.

В разделе III приведены результаты сопоставительного исследования деформационного поведения в области микропластической деформации двухфазного + титанового сплава Ti-Al-V (ВТ6) в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях. В результате интенсивной пластической деформации двухфазная структура сплава ВТ6 сохраняется, причем сохраняется также и количественное соотношение фаз. При оптимальных технологических режимах интенсивной пластической деформации средний размер зерен составляет около 0,5 мкм. Показано, что основные закономерности микропластической деформации при различных видах нагружения ультрамелкозернистого сплава ВТ6 подобны таковым для нелегированного титана. При формировании ультрамелкозернистой структуры методами интенсивной пластической деформации в сплаве ВТ6 повышается сопротивление микропластической деформации (рис. 11).

Напряжение течения на второй стадии микропластической деформации и величина ограниченного предела выносливости возрастает с уменьшением размера зерен в соответствии с уравнением Холла-Петча (рис. 12). При уменьшении среднего размера зерен от 600 до 0,5 мкм предел выносливости увеличивается в 1,5 раза.

При циклическом нагружении и при ползучести при напряжениях выше макроскопического предела упругости (напряжение перехода от первой ко второй стадии микропластической деформации) происходит резкое увеличение скорости накопления микропластической деформации при циклическом нагружении и установившейся ползучести. Таким образом, и для сплава ВТ6 макроскопический предел упругости является критическим напряжением при крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурах.

Измельчение зеренно-субзеренной структуры при интенсивной пластической деформации при высоких температурах приводит к понижению примерно на 100 К температуры начала интенсивного роста зернограничного внутреннего трения. Эти данные дают основание предположить, что наблюдаемое в ряде работ снижение температуры реализации сверхпластической деформации при формировании ультрамелкозернистой структуры в сплаве ВТ6 обусловлено развитием зернограничного микропроскальзывания при более низких температурах, чем при крупнозернистой структуре.

При температурах ниже температуры интенсивной пластической деформации ультрамелкозернистая структура сплава ВТ6 является термически стабильной. Деградация микроструктуры наблюдается лишь при изотермических отжигах выше температур заключительного этапа интенсивной пластической деформации.

Таким образом, и для двухфазного + сплава ВТ6 с ультрамелкозернистой структурой основные закономерности деформационного поведения в области микродеформации подобны таковым для крупнозернистого сплава ВТ6. Формирование ультрамелкозернистой структуры в сплаве ВТ6 приводит к повышению сопротивления микродеформации при квазистатическом и циклическом изгибе и микроползучести.

В разделе IV приведены результаты исследований влияния модификации поверхности методами деформации поверхности, ионной имплантации, ионного азотирования, электроискрового легирования на деформационное поведение в области микродеформации и механические свойства ультрамелкозернистого титана ВТ1-0.

Установлено, что в результате поверхностного деформирования как крупнозернистого, так и ультрамелкозернистого титана методом ультразвуковой финишной обработки в поверхностных слоях формируется структура, аналогичная таковой, получающейся в результате интенсивной пластической деформации и последующей холодной прокатки (рис.13). Формирование ультрамелкозернистой структуры только в поверхностных слоях привело к повышению прочностных и усталостных свойств крупнозернистого титана. Сочетание интенсивной пластической деформации, прокатки на высокие степени деформации и поверхностного деформирования с последующей термообработкой позволило достичь максимальных значений микротвердости, повысить сопротивление микродеформации при квазистатическом и циклическом нагружениях. При этом прочностные и усталостные характеристики оказались на том же уровне, что и для прокатанного и отожженого ультрамелкозернистого титана.

При модификации поверхности методом высокодозной ионной имплантации как крупнозернистого, так и ультрамелкозернистого титана в поверхностном слое толщиной не более 200 нм формируются мелкодисперсные выделения фаз внедрения размером 10-20 нм. При ионной имплантации ультрамелкозернистого титана сохраняется ультрамелкозернистая структура в объеме материала. Повышается сопротивление микропластической деформации крупнозернистого и деформированного прокаткой ультрамелкозернистого титана при квазистатическом (рис. 14) и циклическом нагружении. Влияние ионной имплантации на деформационное поведение ультрамелкозернистого титана в области микропластической деформации аналогично влиянию дорекристаллизационных отжигов.

Ионное азотирование титана и его сплавов используют для повышения износостойкости. При формировании в титане ультрамелкозернистой структуры в нем диффузионные процессы начинают интенсивно развиваться при более низких температурах по сравнению с крупнозернистым материалом. Поэтому были основания предполагать, что ионное азотирование титана может быть реализовано при температурах, не превышающих температуры начала рекристаллизации ультрамелкозернистого титана. Эксперименты показали, что азотирование титана даже в ультрамелкозернистом состоянии начинается только при температурах 820 - 870 К, то есть значительно выше температуры рекристаллизации ультрамелкозернистого титана. При этих условиях формировался ультрамелкозернистый азотированный слой толщиной около 20 мкм с повышенной микротвердостью (до 14 ГПа), причем на поверхности наблюдалось образование тонкой пленки (~1амкм) из нитрида титана.

Отличительной особенностью диаграмм нагружения при квазистатическом изгибе в области микродеформации титана ВТ1-0 после ионного азотирования (рис. 15) является значительный разброс от образца к образцу и скачкообразный характер накопления микродеформации при повышении напряжения, что связано с образованием микротрещин в покрытии.

Аналогичный характер развития микродеформации наблюдали и при цементации поверхности ультрамелкозернистого титана методом электроискрового легирования с использованием графитового электрода (рис. 16). Этот метод позволяет осуществить насыщение поверхности титана углеродом без деградации ультрамелкозернистой структуры. При этом в поверхностном слое происходит быстрая закалка расплавленного материала, что способствует формированию ультрамелкозернистой структуры в электроискровых покрытиях.

Использованные в работе способы модификации поверхности приводят к диспергированию структуры поверхностных слоев титана за счет измельчения зеренной структуры и/или формирования ультрадисперсных частиц, что обеспечивает повышение микротвердости и сопротивления микропластической деформации. При всех использованных методах поверхностной обработки, за исключением метода ионного азотирования, удается сохранить объемную ультрамелкозернистую структуру титана, полученную интенсивной пластической деформацией. Исследования закономерностей микропластической деформации материалов с малопластичными поверхностными слоями позволяют уже на ранней стадии нагружения выявить начало появления в покрытии трещин и определить безопасные уровни напряжений и условий эксплуатации таких материалов.

В Приложениях приведены примеры использования полученных в работе результатов для разработки способов улучшения эксплуатационных свойств изделий и инструмента из конструкционных сталей 65Х13 и 9ХФМ и композиционного материала с металлической матрицей, армированной непрерывными углеродными волокнами. Путем формирования ультрамелкозернистых градиентных электроискровых покрытий получено повышение стойкости стального дереворежущего и медицинского инструмента в 3-5 раз. Разработаны композиционные электроды на основе интерметаллида Ni3Al, армированного неметаллическими частицами, что позволило использовать метод электроискрового легирования для восстановления геометрических размеров изношенных деталей с величиной износа до 0,3 мм. С использованием метода ионного азотирования удалось повысить стойкость ножей для резки химических волокон и хирургических скальпелей в 2-6 раз по сравнению с зарубежными аналогами. Предварительное нанесение на углеродные волокна ультрамелкозернистого пироуглеродного покрытия позволило изменить механизм разрушения и повысить прочность композиционных материалов металл - углеродные волокна. Представлены копии актов производственных испытаний оборудования и инструментов, разработанных в настоящей работе.

Основные выводы

  1. Выполнен комплекс экспериментальных исследований микроструктуры и деформационного поведения в области микродеформации при квазистатическом и циклическом нагружении и при ползучести титана и сплава ВТ6 с крупнозернистой структурой и с объемной ультрамелкозернистой структурой, сформированной методами интенсивной пластической деформации. Показано, что закономерности накопления микропластической деформации при различных видах нагружении титана технической чистоты и сплава ВТ6 качественно подобны для материалов с крупнозернистой и объемной ультрамелкозернистой структурой. При обеих зеренных структурах при квазистатическом нагружении микропластическая деформация развивается в две стадии; на первой стадии связь между напряжением и степенью микропластической деформации линейная, на второй - параболическая. При циклическом нагружении и микроползучести при комнатной температуре накопление микропластической деформации происходит по логарифмическому закону.
  2. Установлено, что при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой повышается сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении и при ползучести. При внешних напряжениях, соответствующих макроскопическому пределу упругости и выше, зависимость напряжения течения и ограниченного предела выносливости от величины зерна подчиняется уравнению Холла-Петча в том случае, когда при всех размерах зерен имеющиеся в ненагруженном материале дислокации заблокированы и не принимают участия в развитии пластической деформации. При наличии в ненагруженном материале подвижных дислокаций, введенных глубокой пластической деформацией при температурах, когда диффузионные процессы заторможены, соотношение Холла-Петча нарушается.
  3. На основании полного подобия закономерностей развития микропластической деформации у крупнозернистого и ультрамелкозернистого титана и сплава ВТ6 при различных видах нагружения, анализа влияния термомеханических обработок и условий выполнения соотношения Холла-Петча сделан вывод о применимости развитой ранее для крупнозернистых поликристаллов модели микропластической деформации для титана и сплава ВТ6 с объёмной ультрамелкозернистой структурой. Предположено, что одним из факторов повышения величины макроскопического предела упругости и напряжения течения при формировании ультрамелкозернистой структуры является снижение эффективности формирующихся в процессе микропластической деформации концентраторов напряжений при уменьшении размера зерен.
  4. Экспериментально показано, что макроскопический предел упругости является критической характеристикой для развития микропластической деформации и может служить нижней границей для определения предела выносливости титана и сплава ВТ6 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях при циклическом нагружении и напряжения резкого ускорения скорости ползучести на установившейся стадии при статическом нагружении.
  5. Установлено, что в титане технической чистоты с разной концентрацией примесей при переходе от крупнозернистой структуры к ультрамелкозернистой эффект упрочнения в области микропластической деформации практически не зависит от содержания примесей.
  6. Разработан способ термомеханической обработки титана технической чистоты, обеспечивающий достижение максимально высоких значений усталостной прочности, заключающийся в последовательном использовании интенсивной пластической деформации при повышенных температурах (600700 К) для формирования ультрамелкозернистой структуры и прокатки при комнатной температуре на глубокие степени деформации (8090%) без промежуточных отжигов, что обеспечивает измельчение зерен и образование в материале подвижных дислокаций, эффективно способствующих релаксации концентраторов напряжений, возникающих в процессе циклического нагружения;
  7. На основании исследований зернограничного внутреннего трения установлен эффект понижения температуры начала и интенсивного развития зернограничного микропроскальзывания в титане и сплаве ВТ6 при переходе от крупнозернистой структуры с совершенными границами зерен к ультрамелкозернистой структуре с несовершенными границами зерен, обусловленный уменьшением энергии активации зернограничной самодиффузии (массопереноса). Установлено, что при ультрамелкозернистой структуре, как и при крупнозернистой структуре, энергия активации зернограничного микропроскальзывания превышает энергию активации зернограничной самодиффузии, но меньше энергии активации объемной самодиффузии.
  8. Показано, что при использовании пластической деформации поверхности как крупнозернистого, так и ультрамелкозернистого титана в поверхностном слое формируется  ультрамелкозернистая структура с размером зерен 100-200 нм. Сочетание интенсивной пластической деформации, прокатки на высокие степени деформации и поверхностного деформирования позволило повысить сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении, достичь максимальных значений микротвердости.
  9. Установлено, что при модификации поверхностных слоев методом высокодозной ионной имплантации титана в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состоянии не зависимо от типа имплантируемых ионов в поверхностном слое толщиной не более 200 нм формируются мелкодисперсные выделения, которые представляют собой фазы внедрения. В результате ионной имплантации увеличивается сопротивление микропластической деформации крупнозернистого титана. Влияние ионной имплантации на деформационное поведение в области микродеформации деформированного прокаткой ультрамелкозернистого титана аналогично влиянию дорекристаллизационных отжигов: повышается сопротивление микропластической деформации при квазистатическом и циклическом нагружении.
  10. Показано, что в титане с модифицированной методами электроискрового легирования и ионного азотирования поверхностью уже при напряжениях, не превышающих предел текучести, в поверхностном слое могут формироваться микротрещины, действующие как концентраторы напряжений и приводящие к скачкообразному развитию микропластической деформации.
  11. Разработаны установки электроискрового легирования с возможностью более широкой вариации технологических параметров по сравнению с ранее выпускавшимися. На  основании полученных результатов исследований и созданного в процессе выполнения работы оборудования разработаны способы повышения стойкости режущего инструмента из сталей 65Х13 и 9ХФМ, восстановления геометрических размеров изношенных деталей, прочности композиционных матенриалов металл-углеродные волокна.

Цитируемая литература

    1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - 272 с.
    2. Salishchev G.A., Galeyev R.M., Zherebtsov S.V., Mironov S.Yu., Valiakhmetov O.R., Malysheva S.P. Formation of submicrocrystalline structure in large-size billets and sheets out of titanium alloys. O.N. Senkov et al. (eds.) Metallic materials with high structural efficiency: Kluwer academic publishers. - 2004. - Р. 401-412.
    3. Дударев Е.Ф. Микропластическая деформация и предел текучести поликристаллов. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1988. - 256 с.
    4. Носкова Н.И., Мулюков Р.Р. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 279 с.
    5. А.А. Ильин. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. - М.: Наука, 1994. - 304 с.
    6. Колачев Б.А., Бецофен С.Я., Бунин Л.А., Володин В.А. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов.- М.: Металлургия, 1995. - 288 с.
    7. Цвиккер У. Титан и его сплавы. - М.: Металлургия, 1979. - 512 с.

Основные публикации по тематике работы

Коллективные монографии

  1. Колобов Ю.Р., Валиев Р.З., Грабовецкая Г.П., Жиляев А.П., Дударев Е.Ф., Иванов К.В., Иванов М.Б., Кашин О.А., Найденкин Е.В. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. / Под ред. Ю.Р.Колобова и Р.З.Валиева. - Новосибирск: Наука, 2001. - 232 с.
  2. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р. Микродеформация и эволюция микроструктуры в ультрамелкозернистых титане и его сплавах при квазистатическом и циклическом нагружении // В кн. Структурно-фазовые состояния и свойства металлических систем. / Под общ. ред. А.И. Потекаева. - Томск: Изд-во НТЛ, 2004. - 356 с.
  3. Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А. Истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистых и субмикрокристаллических металлах и сплавах // В кн. Особенности структуры и свойства перспективных материалов. / Под общ. ред. А.И. Потекаева. - Томск: Изд-во НТЛ, 2004. - 392 с.
  4. Колобов Ю.Р., Шаркеев Ю.П., Абдрашитов В.Г., Кашин О.А. Разработка физических основ и компьютерное конструирование технологии ионной имплантации металлов // "Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов" в 2х томах, отв. ред. В.Е.Панин. - Новосибирск: Наука. - 1995. - Т.2. - C. 214-239. (Kolobov Yu.R.,аSharkeev Yu.P., Abdrashitov V.G., Kashin O.A. Development of physical fundamentals and computer design of technology of ion implantation of metals // In:аPhysical Mesomechanics of Heterogeneous Media and Computer-Aided Design of Materials. Edited by Victor E.аPanin. Cambridge International Science Publishing. First published June 1998. Chapter 15. P.а312-336).

Статьи в журналах

  1. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Эволюция структуры и механических свойств наноструктурного титана при термомеханических обработках // Материаловедение. - 2003. - №8. - С. 25-30.
  2. КолобоваЮ.Р., КашинаО.А., СагымбаеваЕ.Е., ДудареваЕ.Ф., БушневаЛ.С., ГрабовецкаяаГ.П., ПочиваловааГ.П., ГирсовааН.В., СтоляроваВ.В. Структура, механические и электрохимические свойства ультрамелкозернистого титанаа// Изв. вузов. Физика. -а2000. - №а1. аC.а77-85
  3. Дударев Е.Ф., О.А. Кашин, Ю.Р. Колобов, Г.П. Почивалова, К.В. Иванов, Р.З. Валиев. Микропластическая деформация поликристаллического и субмикрокристаллического титана при статическом и циклическом нагружении // Изв. вузов. Физика. - 1998.- N 12. С. 20-25.
  4. Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Бакач Г.П., Кашин О.А., Жу Ю.Т Деформационное поведение и механические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом равноканального углового прессования // Металлы. - 2004. - №1. - с. 87-95.
  5. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В., Иванов М.Б., Валиев Р.З. Деформационное поведение и разрушение субмикрокристаллического титана при циклическом нагружении // Вестник СамГТУ, вып. 27, серия Физико-математические науки. - 2004. - С. 130-135.
  6. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Клименов В.А., Бушнев Л.С., Сагымбаев Е.Е. Влияние ультразвукового деформирования поверхности на структуру и механические свойства поликристаллического и наноструктурного титана // Изв. Вузов. Физика, 2000, №9, с.45-50.
  7. Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Галкина И.Г., Гирсова Н.В., Валиев Р.З. Истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистом и ультрамелкозернистом титане // Изв. вузов. Физика. - 2004. - №6. - С. 39-46.
  8. Дударев Е.Ф., Почивалов Г.П., Колобов Ю.Р., Галкина И.Г., Кашин О.А., Гирсова Н.В. Влияние глубокой пластической деформации и последующего отжига на истинное зернограничное проскальзывание в крупнозернистом и субмикрокристаллическом титане // Физическая мезомеханика. - 2004.- Т.7. - Ч.1, Спец. выпуск. - С. 30-33.
  9. Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Галкина И.Г. Зернограничная неупругость субмикрокристаллических и крупнозернистых металлов и сплавов // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть 2 - С.34-37.
  10. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В., Иванов М.Б.. Деформационное поведение и разрушение при циклическом нагружении титановых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть2 - С.111-114.
  11. Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Чернова Л.В. Деформационное поведение и локализация пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях в субмикрокристаллическом титане // Физическая мезомеханика. - 2001. - Т.4. - №1. - С.97-104.
  12. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Валиев Р.З., Столяров В.В., Сагымбаев Е.Е. Высокопрочный наноструктурный титан для медицинских имплантатов. Перспективные материалы, 2001, №6, с. 55-60.
  13. Валиев Р.З., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Кашин О.А., Дударев Е.Ф. Медицинские имплантаты из нанокомпозита на основе технически чистого титана // Конструкции из композиционных материалов. - 2004. - №4. - С. 64-66.
  14. Karlov A.V., Kolobov Ju.R., Sagymbajev E.E.., Buschnev L.S., Kashin O.A., Schaschkina G.A., Valiev R.S. Nanostructuriertes Hochfest-Titan als prospektives Material fur Orthopadie und Traumatologie // Biomedizinishe Technik. - 2000. - Band 45, Erganzungsband 1. - S. 111-112.
  15. Бакач Г.П., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Грабовецкая Г.П., Кашин О.А., Валиев Р.З. Локализация пластической деформации на макромасштабном уровне в субмикрокристаллических металлах и сплавах // Физическая мезомеханика. - 2004 август - Т.7. Спец. выпуск. - Часть1 - С. 135-137.
  16. Панин С.В., Кашин О.А., Шаркеев Ю.П. Изучение процессов пластической деформации на мезомасштабном уровне инструментальной стали, поверхностно упрочненной методом электроискрового легирования // Физическая мезомеханика. - 1999. - Том 2. - №4. - С. 7585.
  17. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Шаркеев Ю.П., Гриценко Б.П., Найденкин Е.В. Технологии обработки поверхности изделий технического и медицинского назначений высокоэнергетическими потоками для восстановления их геометрических размеров и увеличения срока эксплуатации // Технологии машиностроения. - 2006. - №4. - С. 39-44
  18. Гриценко Б.П., Круковский К. В., Гирсова Н.В., Кашин О.А. The influence of high-ion implantation on wear mechanisms of Ti and VT6 alloy in coarse-grained and ultrafine grained states // Изв. вузов. Физика. - 2006. - №8. Приложение. - С. 301-303
  19. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Веселов Ю.Г., Слосман А.И., Гриценко Б.П., Сагымбаев Е.Е., Гирсова Н.В. Повышение стойкости стального режущего инструмента с использованием методов ионного азотирования и ионной имплантации // Техника машиностроения. - 2006. - №3. - С. 34-39.
  20. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Итин В.И., Фёдорова Е.Г., Гафаров А.Р., Заяц И.И. и др. Структура и механические свойства образцов интерметаллида Ni3Al, синтезированного из смеси порошков // Порошковая металлургия. - 1987. - №1. - С. 71-74.
  21. Овчаренко В.Е., Кашин О.А, Дударев Е.Ф., Заболоцкий А.А., Салибеков С.Е. Влияние структуры поверхности углеродных волокон на их прочность при нанесении карбидного покрытия в металлическом расплаве // Порошковая металлургия. - 1981. -№ 8. - С. 58-62.

Тематические сборники статей

  1. Кашин О.А, Туровец Л.А., Дударев Е.Ф. Влияние обработки поверхности углеродных волокон на прочность композиций металл - углеродные волокна // Сб. Физика и технология обработки поверхности металлов. Ленинград. - 1984. - С. 187-188.
  2. Овчаренко В.Е., Дударев Е.Ф., Кашин О.А, Борисов М.Д., Туровец Л.А. Влияние защитного карбидного покрытия на межфазное взаимодействие углеродных волокон с металлической матрицей // Адгезия расплавов и пайка материалов. № 7, 1981, 88-96.
  3. Овчаренко В.Е., Кашин О.А., Борисов М.Д. и др. Формирование на углеродных волокнах карбидного покрытия в металлическом расплаве // Адгезия расплавов и пайка материалов. Киев. Наукова думка. - 1978. - вып.З. - С. 55-58.
  4. Полев В.А., Кашин O.А., Дударев Е.Ф., Итин В.И., Табаченко А.Н.. Влияние армирования тугоплавкими частицами на коэффициент линейного расширения Ni3Al // Проблемы межфазного взаимодействия при разработке металлических материалов. Томск: Изд. ТГУ. - 1989. - Вып.3 - С. 89-96.

Труды конференций

  1. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Бушнев Л.С., Сагымбаев Е.Е., Почивалова Г.П., Столяров В.В. Структура и свойства субмикрокристаллического титана при статическом и циклическом нагружении // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы. Труды Второй межрегиональной конференции с международным участием (5-7 октября 1999 г.). - Красноярск: КГТУ. - 1999. - C. 166-167.
  2. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Валиев Р.З., Столяров В.В., Латыш В.В. Высокопрочный наноструктурный титан для медицинских имплантатов // Новые конструкционные материалы. Материалы научно-практической конференции материаловедческих обществ России. - М.: МИФИ. - 2000. - C. 47-49.
  3. Дударев Е.Ф., Кашин О.А., Колобов Ю.Р., Почивалова Г.П., Игонин Н.Г. Влияние пластической деформации и отжига на зернограничное внутреннее трение наноструктурного титана // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов". Уфа. - 2001. - С. 384-388.
  4. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Валиев Р.З., Столяров В.В. Влияние механотермических обработок на структуру и свойства наноструктурного титана, полученного методом равноканального углового прессования // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции "Перспективные технологии физико-химической размерной обработки и формирования эксплуатационных свойств металлов и сплавов." - Уфа. - 2001. - С. 389-394.
  5. Кашин О.А., Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф. Особенности структуры и механического поведения наноструктурного титана при квазистатическом и циклическом нагружении // Физикохимия ультрадисперсных систем. Сборник науч. Трудов V Всероссийской конференции. Часть II. Екатеринбург: УРО РАН. - 2001. - С. 5-9.
  6. Кашин О.А., Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф., Гриценко Б.П., Почивалова Г.П., Гирсова Н.В., Бакач Г.П. Влияние ионной имплантации на упруго-пластическое поведение наноструктурного титана при статическом и циклическом нагружении // Proceedings of 6th international conference on modifications of materials with particle beams and plasma flows. Ed. By: G.A. Mesyats, S.D. Korovin, A.I. Ryabchicov. 23-28 September 2002, Tomsk, Russia. P. 376-379.
  7. Шаркеев Ю.П., Легостаева Е.В., Кашин О.А., Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф. Сравнительное исследование эволюции микроструктуры наноструктурного и крупнокристаллического титана при термомеханической обработке // Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем. Материалы VI Всероссийской (международной) конференции. - М.: МИФИ. - 2003. - С. 160-164.
  8. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Почивалова Г.П., Бакач Г.П., Валиев Р.З. Деформационное поведение крупнозернистого и наноструктурного титана // Физикохимия ультрадисперсных систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции. М.: МИФИ. - 2003. - С. 168-171.
  9. Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П., Кашин О.А. Макролокализация пластической деформации в нано- и поликристаллическом титане // Физикохимия ультрадисперсных систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции. М.: МИФИ. - 2003. - С. 164-167.
  10. Дударев Е.Ф., Почивалова Г.П., Кашин О.А., Колобов Ю.Р., Бакач Г.П., Валиев Р.З. Влияние пластической деформации и последующего отжига на зернограничное внутреннее трение в наноструктурном и поликристаллическом титане // Физикохимия ультрадисперсных систем. Сборник научных трудов VI Всероссийской (международной) конференции. М.: МИФИ. - 2003. - С. 172-175.
  11. Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Колобов Ю.Р., Иванов М.Б., Гирсова Н.В. Деформационное поведение и разрушение ультрамелкозернистых титановых сплавов при циклическом нагружении // Современные проблемы физики и высокие технологии: Материалы Международной конференции. Томск: Изд-во НТЛ. - 2003. - С.10-12.
  12. Ю.Р. Колобов, Кашин О.А., Б.П. Гриценко, Е.Е. Сагымбаев Технологии электроискрового легирования и ионно-плазменной обработки для восстановления геометрических размеров и повышения срока эксплуатации изделий технического и медицинского назначения. Сборник докладов технологического конгресса "Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения", Омск: изд-во ОмГТУ, 2001, Ч. 1, с.355-358
  13. Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф., К.В. Иванов, Кашин О.А., Грабовецкая Г.П., Табаченко А.Н. Разработка научных принципов и создание объемных наноструктурных композиционных материалов для техники и медицины // Научная сессия МИФИ.-2004.-Т.9.-2004. С. 187-188.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения

  1. Колобов Ю.Р., Дударев Е.Ф., Кашин О.А., Грабовецкая Г.П., Почивалова Г.П., Валиев Р.З. Способ получения ультрамелкозернистых титановых заготовок. Патент РФ №2251588, опубл. 10.05.2005. Бюл. №13
  2. Панин В.Е., Слосман А.И., Колобов Ю.Р., Веселов Ю.Г., Кашин О.А. Режущий инструмент. Патент РФ №2062304, опубл.20.06.96, Бюл. №17
  3. Гриценко Б.П., Колобов Ю.Р., Сагымбаев Е.Е., Кашин О.А. Способ повышения коррозионной стойкости режущего инструмента на основе стали. // Патент РФ №2156831. Опубл. 27.09.2000 г. Бюл. №27.
  4. Колобов Ю.Р., Кашин О.А., Винокуров В.А., Найденкин Е.В. Способ восстановления и повышения износостойкости изношенных деталей из сталей и чугунов. Патент РФ №2271913 опубл. 20.03.2006. Бюл.№8
  5. А.с. СССР № 685720. Способ нанесения карбидных покрытий на углеродные волокна. / Овчаренко В.К., Кашин О.А., Дударев Е.Ф. и др. - Опубл. в БИ № 30, 15.09. 1979.
  6. А.с. СССР № 772261. Способ обработки углеродных волокон / Заяц И.И., Борисов М.Д., Кашин О.А
  7. А.с. СССР № 1515750 Порошковый конструкционный материал на основе интерметаллида никеля с алюминием состава Ni3Al / Итин В.И., Полев В.А., Кашин О.А., Дударев Е.Ф., Табаченко А.Н., Шварц В.И., Котов В.Ф., Алёшин С.Н., Масленникова Л.И.
  8. А.с. СССР № 1332836 Способ получения алюминидов никеля / Кашин О.А., Гафаров А.Р., Дударев Е.Ф., Итин В.И., Чубенко Т.Ю., Фёдорова Е.Г., Заяц И.И., Чубенко Т.Ю.
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям