Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2018,  том 15,  №1, 109-113

 

С.В. Коновалов1, И.А. Комиссарова1,2, C. Чэнь1,3, Д.А. Косинов2, В.Е. Громов2, Ю.Ф. Иванов4

Исследование титанового сплава, подвергнутого электронно-пучковой обработке, приводящей к повышению усталостного ресурса

1Самарский национальный исследовательский университет, ул. Московское шоссе, 34, 443086, Самара, Россия
2Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия
3Вэньчжоу университет, Город Университета Вэньчжоу, 325035, Китай
4Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Проведена обработка образцов технически чистого титанового сплава ВТ1-0 (до 0,18 Fе; до 0,07 С; до 0,04 N; до 0,1 Cu; до 0,12 O; до 0,004 H; 0.3 – другие примеси; остальное – Ti, мас. %) высокоинтенсивным импульсным электронным пучком (режимы: энергия электронов 16 кэВ, частота следования импульсов 0,3 с-1, длительность импульса – 150 мкс, плотность энергии электронного пучка = 10-30 Дж/см2, количество импульсов = 3). Выявлен режим обработки (плотность энергии электронного пучка 25 Дж/см2), обеспечивающий увеличение усталостной долговечности материала более чем в 2 раза. Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии выполнены исследования фазового состава и дефектной структуры модифицированного слоя как образцов, подвергнутых многоцикловым усталостным испытаниям, так и в исходном состоянии. Установлено, что технически чистый титановый сплав в исходном состоянии является поликристаллическим агрегатом. После усталостных испытаний в объеме зерен наблюдается дислокационная субструктура, представленная хаотически распределенными дислокациями, либо дислокациями, формирующими нерегулярную сетчатую субструктуру. Показано, что облучение образцов приводит к формированию многослойной структуры и характеризуется наличием поверхностного слоя толщиной 10 мкм и промежуточного слоя толщиной 10 мкм. Отмечено, что поверхностный слой сформировался в результате плавления и скоростной кристаллизации однофазного состояния; промежуточный слой является слоем, сформировавшимся в результате кристаллизации двухфазного состояния материала. Установлено, что физической причиной многократного увеличения усталостного срока службы сплава является образование глобулярной субструктуры, обусловленное высокоскоростной кристаллизацией поверхностного слоя.

Ключевые слова: титановый сплав ВТ1-0; структура; высокоинтенсивный электронный пучок; многоцикловая усталость.

УДК 539

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2018.01.014


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 15, No.1 (2018) 109-113

 

S.V. Konovalov1, I.A. Komissarova1,2, X. Chen1,3, D.A. Kosinov2, V.E. Gromov2, Yu.F. Ivanov4

Research of Ti-alloy subjected to electron beam treatment resulting in fatigue service life increase

1Samara National Research University, Moskovskoye shosse Str., 34, Samara, 443086, Russia
2Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia
3Wenzhou University, Wenzhou University Town, 325035, China

4Institute of High Current Electronics SB RAS, Akademicheskii Pr., 2/3, Tomsk, 634055, Russia

The processing of commercially pure titanium VT1-0 (up to 0.18 Fe; up to 0.07 C; up to 0.04 N; up to 0.1 Si; up to 0.12 O; up to 0.004 H; 0.3 other impurities; remainder Ti, mass. %) with high intensity pulsed electron beam (energy of electrons 16 keV, pulse repetition rate 0.3 s-1, pulse duration of electron beam 150 µs, energy density of electron beam 10-30 J/cm2, number of pulses = 3.) was carried out. The mode of irradiation (energy density of electron beam 25 J/cm2) allowing the increase in fatigue life of the material more than 2 times was revealed. By methods of transmission electron diffraction microscopy, the phase composition and the defect structure of the modified layer were studied both samples subjected to multicyclic fatigue tests and in the initial state were revealed. It is established that a technically pure titanium alloy in the initial state is a polycrystalline aggregate. After the fatigue tests, a dislocation substructure is present in the grain volume, represented by randomly distributed dislocations or dislocations forming an irregular network substructure. It is shown that irradiation of the samples leads to the formation of a multilayer structure and is characterized by the presence of a surface layer 10 μm thick and an intermediate layer 10 μm thick. It was noted that the surface layer was formed as a result of melting and high-speed crystallization of the single-phase state; The intermediate layer is the layer formed as a result of crystallization of the two-phase state of the material. It has been established that the physical reason for the multiple increase in the fatigue life of an alloy is the formation of a globular substructure caused by high-speed crystallization of the surface layer.

Keywords: titanium alloy VT1-0; structure; high intensive electron beam; multi-cycle fatigue.