Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

М. Г. Исаенкова, профессор, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: isamarg@mail.ru
+Ю. А. Перлович, профессор, докт. физ.-мат. наук
Я. А. Бабич, аспирант

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Москва, Россия:
П. Н. Медведев, начальник сектора, канд. физ.-мат. наук

Титановые сплавы наряду с низкой плотностью отличаются высокими механической прочностью, коррозионной стойкостью, сопротивлением ползучести при повышенных температурах, жаропрочностью и технологичностью. Дальнейшее повышение эксплуатационных характеристик обусловливает необходимость разработки новых сплавов. Наличие в сплавах низкотемпературной модификации α-титана, характеризующейся анизотропией кристаллической гексагональной плотноупакованной структуры, предопределяет интерес к изучению преимущественной кристаллографической ориентации зерен в изделиях. Данная работа посвящена анализу влияния пластической деформации и термической обработки на структуру, кристаллографическую текстуру и механические свойства перспективных титановых сплавов ВТ18У, ВТ41 и ВТ25У. Исследованные сплавы относятся к разным типам: первые два являются псевдо-α-сплавами, а последний — (α + β)-сплавом. Листовые образцы подвергали горячей прокатке и последующей термической обработке с целью выявления влияния технологических параметров на формирование структурно-фазового состояния и кристаллографической текстуры. Структуру и текстуру материалов изучали металлографическими и рентгеновскими методами. Оценивали фазовый состав, текстуру исследовали путем построения прямых полюсных фигур и восстановления по ним функции распределения зерен по ориентациям. Измерение механических свойств проводили по кривым непрерывного индентирования. В результате исследования выявлены основные закономерности формирования кристаллографической текстуры при горячей прокатке и последующих фазовых превращениях в сплавах разного типа. Обнаружено, что основными текстурными компонентами горячекатаных листов являются {0001}±15–20°НН-НП<112L>, {1120}<1010> и {1120}<0001>, соотношения между которыми зависят от типа сплава. Установлены механизмы, определяющие формирование текстуры при горячей прокатке. Выявлены пределы варьирования интегральных текстурных параметров для горячекатаных титановых псевдо-α- и (α + β)-сплавов и рассчитаны коэффициенты анизотропии пределов текучести для текстур разных типов.

Работа выполнена при финансовой поддержке государственной Программы повышения конкурентоспособности НИЯУ МИФИ (Соглашение № 02.а03.21.0005).

1. Lutjering G., Williams J. C. Titanium. — Berlin: Springer–Verlag, 2007. — 449 p.
2. Цвиккер У. Титан и его сплавы / пер. с нем. — М. : Металлургия, 1979. — 512 с.
3. Арзамасов Б. Н., Брострем В. А, Буше Н. А. и др. Конструкционные материалы: справочник. — М. : Машиностроение, 1990. — 688 с.
4. Иноземцев А. А., Башкатов Н. Г., Коряковцев А. С. Современные титановые сплавы и проблемы их развития. — М. : ВИАМ, 2010. С. 43–45.
5. Глазунов С. Г., Ясинский К. К. Титановые сплавы для авиационной техники и других отраслей промышленности // Технология сплавов. 1993. № 7–8. С. 1–14.
6. Павлова Т. В., Кашапов О. С., Ночовная Н. А. Титановые сплавы для газотурбинных двигателей. — М. : ВИАМ, 2011. С. 1–15.
7. Солонина О. П., Глазунов С. Г. Современные жаропрочные титановые сплавы и перспективы их применения в двигателях. — М. : Металлургия, 1974.
8. Materials Properties Handbook: Titanium Alloys / ed. by Boyer R., Collings E. W., Welsch G. ASM, Materials Park, USA, 1994. — 1169 p.
9. Вишняков Я. Д., Бабарэко А. А., Владимиров С. А. и др. Теория образования текстур в металлах и сплавах. — М. : Наука, 1979. — 344 с.
10. Kocks U. F., Tome C. N., Wenk H.-R. Texture and Anisotropy. Preferred orientation in polycrystals and their effect on materials properties. — Cambridge University Press, 1998. — 676 p.
11. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А. Закономерности развития кристаллографической текстуры и субструктурной неоднородности в циркониевых сплавах при деформации и термообработке. — М. : НИЯУ МИФИ, 2014. — 528 с.
12. Shikov A. K., Bocharov O. V., Arzhakova V. M., Bezumov V. N., Perlovich Yu. A. et al. Use of hafnium in control elements of nuclear reactors and power units // Metal Science and Heat Treatment. 2003. Vol 45, Iss. 7–8. P. 300–303.
13. Адамеску Р. А., Алсагаров А. А., Каганович А. З. и др. Влияние способа получения листов из сплава ВТ6С на текстуру и анизотропию механических свойств // Цветные металлы. 1979. № 1. С. 59–64.
14. Скрябин Д. А., Адамеску Р. А., Кочегарова Г. Б. Влияние способа прокатки на текстуру рекристаллизации сплавов ВТ1-0 и ОТ4-1 // Технология легких сплавов. 1978. № 6. С. 51–57.
15. Алсагаров А. А., Адамеску В. А., Гельд П. Ф. Формирование текстур прокатки и рекристаллизации в титане и цирконии // Известия АН СССР. Серия: Металлы. 1977. № 2. С. 139–143.
16. Бабарэко А. А., Эгиз И. В. Формирование текстуры титановых сплавов в процессе мартенситных превращений при прокатке // Физика металлов и металловедение. 1990. № 2. С. 134–139.
17. Эгиз И. В., Бабарэко А. А. Образование двойниковых ориентировок в структуре α-титана при растяжении и прокатке // Известия РАН. Металлы. 1993. № 2. С. 160–164.
18. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Фесенко В. А., Савельев И. И. Особенности текстурообразования в двухфазных титановых сплавах при холодной прокатке // Матер. конф. «Проблемы производства слитков и полуфабрикатов из сложнолегированных и интерметаллидных титановых сплавов». — Москва, 30 октября 2015 г. [Электронный вариант] CD-ROM № 42865, № ГР 0321504229.
19. Engler O., Randle V. Introduction to texture analysis. Macrotexture, microtexture and orientation mapping. Second Edition — CRC Press, 2010. — 488 p.
20. Chun Y. B., Yu S. H., Semiatin S. L., Hwang S. K. Effect of deformation twinning on microstructure and texture evolution during cold rolling of CP-titanium // Materials Science and Engineering A. 2005. Vol. 398, Iss. 1-2. P. 209–219.
21. Bozzollo N., Dewobroto N., Wenk H. R., Wagner F. Microtexture and microstructure of highly colled-rolled commercially pure titanium // Journal of Materials Science. 2006. Vol. 42. P. 2405–2416.
22. Gerspach F., Bozzolo N., Wagner F. On the stability of recrystallization texture in low alloyed titanium sheets // Application of Texture Analysis, Ceramic Transactions. 2008. Vol. 201. P. 593–600.
23. Pawlik K. Determination of the orientation distribution function from pole figures in arbitrarily defined cells // Physica status solidi (b). 1986. Vol. 134, Iss. 2. P. 477–483.
24. Jura J., Pospiech J. The Determination of orientation distribution function from incomplete pole figures // Textures of Crystalline Solids. 1978. Vol. 3, Iss. 1. P. 1–25.
25. Isaenkova M., Perlovich Yu. A., Fesenko V. Modern methods of experimental construction of texture complete direct pole figures by using X-ray data // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 130. 012057. DOI: 10.1088/1757-899X/130/1/012055.
26. Isaenkova M. G., Perlovich Yu. A., Krymskaya O. A., Fesenko V. A., Babich Y. A. Optimization of the procedure for determining integral texture parameters of products from zirconium-based alloys using the orientation distribution function // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 130. 012056. DOI: 10.1088/1757-899X/130/1/012056.
27. Perlovich Yu., Bunge H. J., Isaenkova M. The fullest description of the structure of textured metal materials with generalized pole figures: The example of rolled Zr alloys // Materials Science Forum. 2001. Vol. 378–381. P. 180–185.
28. Kearns J. J. Thermal expansion and preferred orientation in Zircaloy / WAPD-TM-472, TID-4500. Bettis Atomic Power Lab., Pittsburgh P.A. (USA), 1965.
29. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тендоров и матриц / пер. с англ. — М. : Мир, 1967. — 385 с.
30. Мацегорин И. В., Евстюхин А. И., Никишов О. А., Осипов В. В. Влияние текстуры на анизотропию физических и механических свойств канальных и оболочечных труб из сплавов на основе циркония. — М. : МИФИ, 1984. — 32 с.
31. Головин Ю. И. Наноиндентирование и его возможности. — М. : Машиностроение, 2009. — 311 с.
32. Sakai M. Simultaneous estimate of elastic-plastic parameters in depth-sensing indentation tests // Scripta Materialia, 2004. Vol. 51. P. 391–395.
33. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology // Journal of Materials Research. 2004. Vol. 19, Iss. 1. P. 3–20.
34. Мильман Ю. В., Чугунова С. И., Гончарова И. В. Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования // Вопросы атомной науки и техники. 2011. № 4. С. 182–187.
35. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Cое Сан Тху, Крымская О. А., Фесенко В. А. Развитие кристаллографической текстуры при прокатке монокристаллов цирко ния и их рекрис таллизации // Цветные металлы. 2014. № 2. С. 73–78.
36. Isaenkova M., Perlovich Yu. Features of the phase transformations in sheets, tubes and welding seams of the alloy Zr – 2,5%Nb // Textures and Microstructures. 1997. Vol. 30. P. 55–70.
37. Fong R. W. L., Fazeli F., Smith T. Thermal Expansion Anisotropy of Zr – 2,5Nb Pressure Tube Material on Heating to 1100 ^oC // 35th Annual Conference of the Canadian Nuclear Society. 2015. P. 1–12.