Прочность и механизм разрушения при кручении технически чистого титана с ультрамелкозернистой структурой

Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, М.В. Фесенюк, М.Н. Тюрьков, А.В. Поляков показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 05 апреля 2021; Исправлена: 27 мая 2021; Принята: 02 июня 2021
Цитирование: Г.В. Клевцов, Р.З. Валиев, Н.А. Клевцова, М.В. Фесенюк, М.Н. Тюрьков, А.В. Поляков. Прочность и механизм разрушения при кручении технически чистого титана с ультрамелкозернистой структурой. Письма о материалах. 2021. Т.11. №3. С.273-278
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-3-273-278

Аннотация

Diagrams «torque - twist angle» during torsion testing of samples of hot-rolled coarse-grained (1) and ultrafine-grained (2, 3) titanium Grade4 after ECAP conforms (2) and ECAP conforms + drawing (3)Исследовали механическое поведение и механизм разрушения при кручении медицинского титана марки Grade4 с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой в сравнении с крупнозернистой (КЗ) структурой. КЗ титан (dср. = 25 мкм) исследовали в горячекатаном состоянии. Для получения УМЗ структуры использовали два режима обработки. По первому режиму проводили гомогенизационный отжиг при температуре 680°С, 1 час, затем равноканальное угловое прессование (6 проходов) по схеме «Конформ» (РКУП-К) при температуре заготовки и оснастки 250°С (маршрут Вс, φ = 120°). Средний размер зерна 0.4 мкм По второму режиму после гомогенизационного отжига и шести проходов РКУП-К заготовки подвергали волочению при температуре 200°С (РКУП-К+В). Средний размер зерна 0.2 мкм. Испытание на кручение образцов диаметром 3 мм (близких к диаметру шурупов для крепления пластин в травматологии) проводили на установке КТС 403‑20‑0.5 согласно ГОСТ 3565-80. Оценивали крутящий момент, количество оборотов и угол закручивания образцов из КЗ и УМЗ титана, а также механические свойства титана при кручении. Результаты исследования показали, что пределы прочности и текучести при испытании на кручение УМЗ титана возрастают, а относительный сдвиг снижается по сравнению с аналогичными свойствами КЗ титана. Кроме того, режим наноструктурирования (РКУП-К+В) обеспечивает более высокие значения прочностных свойств титана при испытании на кручение по сравнению с РКУП-К, что благоприятно с позиции сопротивления разрушению титановых винтов путем скручивания. На поверхности изломов наблюдаются три области, отличающиеся микрорельефом: центральная часть излома, средняя (переходная) и периферийная часть. В центральной части изломов микрорельеф состоит из равноосных ямок и бесструктурных участков. В средней части доминируют ямки сдвига, а в периферийной части изломов участки с ямками сдвига чередуются с участками затертой поверхности.

Ссылки (20)

1. I. P. Semenova, G. V. Klevtsov, N. A. Klevtsova, G. S. Dyakonov, A. A. Matchin, R. Z. Valiev. Advanced Engineering Materialsю. 18 (7), 1216 (2016). Crossref
2. A. V. Popkov. The Genius of Orthopedics. 3, 94 (2014). (in Russian) [А. В. Попков. Гений Ортопедии. 3, 94 (2014).].
3. T. Fujishiro, D. J. Moojen, N. Kobayashi, W. J. Dhert, T. W. Bauer. Clinical Orthopedics and Related Research. 469 (4), 1127 (2011). Crossref
4. R. Z. Valiev, A. P. Zhilyaev, T. G. Langdon. Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. Hoboken, New Jersey, John Wiley & Sons (2014) 440 р. Crossref
5. R. Z. Valiev. Russian Nanotechnology. 1 (1-2), 208 (2006). (in Russian) [Р. З. Валиев. Российские Нанотехнологии. 1 (1-2), 208 (2006).].
6. G. V. Klevtsov, E. V. Bobruk, I. P. Semenova, N. A. Klevtsova, R. Z. Valiev. Strength and fracture mechanisms of bulk nanostructured metallic materials. Ufa, UGATU (2016) 240 p. (in Russian) [Г. В. Клевцов, Е. В. Бобрук, И. П. Семенова, Н. А. Клевцова, Р. З. Валиев. Прочность и механизмы разрушения объемных наноструктурированных металлических материалов. Уфа, УГАТУ (2016) 240 с.].
7. I. A. Ovid’ko, R. Z. Valiev, Y. T. Zhu. Progress in Materials Science. 94, 462 (2018). Crossref
8. R. K. Islamgaliev, M. A. Nikitina, A. V. Ganeev, V. D. Sitdikov. Materials Science and Engineering A. 744, 163 (2019). Crossref
9. J. Stráský, M. Janeček, I. Semenova, J. Čížek, K. Bartha, P. Harcuba, V. V. Polyakova, S. Gatina. Titanium in Medical and Dental Applications. 2018, 455 (2018). Crossref
10. D. V. Gunderov, A. V. Polyakov, I. P. Semenova, G. I. Raab, A. A. Churakova, E. I. Gimaltdinova, I. Sabirov, J. Segurado, V. D. Sitdikov, I. V. Alexandrov, N. A. Enikeev, R. Z. Valiev. Materials Science and Engineering a-Structural Materials Properties Microstructure and Processing. 562, 128 (2013). Crossref
11. I. P. Semenova, A. V. Polyakov, G. I. Raab, T. C. Lowe, R. Z. Valiev. Journal of Materials Science. 47, 7777 (2012). Crossref
12. V. V. Polyakova, I. P. Semenova, A. V. Polyakov, D. K. Magomedova, Y. Huang, T. G. Langdon. Materials Letters. 190, 256 (2017). Crossref
13. A. V. Polyakov, I. P. Semenova, E. Ivanov, R. Z. Valiev. Materials Science and Engineering. 461, 012077 (2018). Crossref
14. I. P. Semenova, A. V. Polyakov, V. V. Polyakova, Y. F. Grishina, Y. Huang, R. Z. Valiev, T. G. Langdon. Materials Science and Engineering: A. 696, 166 (2017). Crossref
15. R. Z. Valiev, E. V. Parfenov, L. V. Parfenova. Materials Transactions. 60 (7), 356 (2019). Crossref
16. L. L. Meisner, M. V. Kotenko, A. B. Mamytova, P. V. Zaritsky, V. T. Egorov. Siberian Medical Journal. 8, 13 (2009). (in Russian) [Л. Л. Мейснер, М. В. Котенко, А. Б. Мамытова, П. В. Зарицкий, В. Т. Егоров. Сибирский медицинский журнал. 8, 13 (2009).].
17. S. N. Meisner, M. V. Kotenko, V. A. Kopysova, A. I. Yaremenko, I. K. Ratkin. Zabaikalsky Medical Bulletin. 1, 59 (2016). (in Russian) [С. Н. Мейснер, М. В. Котенко, В. А. Копысова, А. И. Яременко, И. К. Раткин. Забайкальский медицинский вестник. 1, 59 (2016).].
18. A. B. Imanaliev, A. A. Imanaliev, A. S. Ayatov. Traumatology and orthopedics. 3 - 4, 82 (2014). (in Russian) [А. Б. Иманалиев, А. А. Иманалиев, А. С. Аятов. Травматология жǝне ортопедия. 3 - 4, 82 (2014).].
19. A. V. Bondarenko, E. A. Raspopova, V. A. Peleganchuk. Bulletin of Traumatology and Orthopedics n. a. N. N. Priorov. 2, 41 (2004). (in Russian) [Бондаренко, А. В., Распопова Е. А., Пелеганчук В. А. Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. 2, 41 (2004).]. Crossref
20. V. S. Zolotorevskiy. Mechanical properties of metals. Moscow, MISIS (1998) 400 p. (in Russian) [В. С. Золоторевский. Механические свойства металлов. Москва, МИСИС (1998) 400 с.].

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский научный фонд - междисциплинарные проекты: 20-69-47059 и частично 20-63-47027