Микроструктурное состояние и характеристики деформации и разрушения, диссипации и накопления энергии при деформировании ультрамелкозернистых сплавов на основе титана, ниобия и магния для медицинских приложений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обобщены результаты исследования микроструктуры, физико-механических характеристик, процессов диссипации и накопления энергии при растяжении в техническом титане и в сплавах Ti–45Nb, Mg–2.9Y–1.3Nd в крупнокристаллическом и ультрамелкозернистом состояниях. Выявлено, что субструктурное упрочнение в ультрамелкозернистом техническом титане приводит к изменению деформационного и теплового поведения, особенно на начальной стадии деформирования. Установлено, что дисперсионное упрочнение наночастицами ω-фазы для сплава Ti–45Nb и интерметаллидом Mg24Y5, выделениями b-, bʹ- и b1-фаз для сплава Mg–2.9Y–1.3Nd снижает влияние ультрамелкозернистой структуры на закономерности накопления и диссипации энергии при растяжении на начальной стадии деформирования.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. П. Шаркеев

Институт физики прочности и материаловедения; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055; пр-т Ленина, 30, Томск, 634050

Е. В. Легостаева

Институт физики прочности и материаловедения

Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

А. Ю. Ерошенко

Институт физики прочности и материаловедения

Автор, ответственный за переписку.
Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

Н. А. Лугинин

Институт физики прочности и материаловедения; Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055; пр-т Ленина, 30, Томск, 634050

А. И. Толмачев

Институт физики прочности и материаловедения

Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

П. В. Уваркин

Институт физики прочности и материаловедения

Email: eroshenko@ispms.ru
Россия, пр-т Академический, 2/4, Томск, 634055

Список литературы

  1. Kaur M., Singh K. Review on titanium and titanium-based alloys as biomaterials for orthopedic applications // Mater. Sci. Eng. 2019. V. 102. P. 844–862.
  2. Xiaotian L., Shuyang C., Regen K.H. Binary titanium alloys as dental implant materials — a review. // Biomater. 2017. V. 4. № 5. P. 315–323.
  3. Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., and Langdon T.G., Bulk Nanostructured Materials: Fundamentals and Applications. New Jersey: John Wiley & Sons, 2014. 440 p.
  4. Glezer A.M., Kozlov E.V., Koneva N.A., Popova N.A., Kurzina I.A. Plastic Deformation of Nanostructured Materials. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2017. 334 p.
  5. Moyseychik E., Vavilov V., Kuimova M. Infrared thermographic assessment of heat release phenomena in steel parts subjected to quasi-static deformation // Measurement. 2021. V. 185. P. 110117.
  6. Oliferuk W., Gadaj S.P., Grabski M.W. Energy storage during the tensile deformation of Armco iron and austenitic steel // Mater. Sci. Eng. A. 1985. V. 70. P. 131–141.
  7. Bagavathiappan S., Lahiri B., Saravanan T., Philip J., Jayakumar T. Infrared thermography for condition monitoring — A review //Infrared Phys. Technol. 2013. V. 60. P. 35–55.
  8. Golasi´nski K.M., Staszczak M., Pieczyska E.A. Energy Storage and Dissipation in Consecutive Tensile Load-Unload Cycles of Gum Metal // Materials. 2023. V. 16. P. 3288.
  9. Sharkeev Yu., Eroshenko A., Legostaeva E., Kovalevskaya Z., Belyavskaya O., Khimich M., Epple M., Prymak O., Sokolova V., Zhu Q., Sun Z., Zhang H. Development of Ultrafine–Grained and Nanostructured Bioinert Alloys Based on Titanium, Zirconium and Niobium and Their Microstructure, Mechanical and Biological Properties // Metals. 2022. V. 12. № 7. P. 1136.
  10. Eroshenko A. Yu., Luginin N.A., Legostaeva E.V., Tolmachev A.I., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., Sharkeev Yu.P., Schmidt J. Effect of Severe Plastic Deformation on Structure and Mechanical Properties of Magnesium Alloy Mg–Ca // AIP Conference Proceedings. 2022. V. 2509. P. 020068–1–020068–5.
  11. Sharkeev Y.P., Vavilov V.P., Chulkov A.O., Legostaeva E.V., Eroshenko A.Y., Belyavskaya O.A., Ustinov A.M., Skrypnyak V.A., Klopotov A.A., Kozulin A.A., Skrypnyak V.V., Zhilyakov A.Y., Kouznetsov V.P., Kuimova M.V. Research on the processes of deformation and failure in coarse- and ultrafine-grain states of Zr1–Nb alloys by digital image correlation and infrared thermography // Mater. Sci. Eng. A. 2020. V. 784. P. 139203.
  12. Martynenko N.S., Lukyanova E.A., Serebryany V.N. Increasing strength and ductility of magnesium alloy WE43 by equal-channel angular pressing // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 712. P. 625–629.
  13. Плехов О., Чудинов В., Леонтьев В., Наймарк О. Экспериментальное исследование закономерностей диссипации энергии при динамическом деформировании нанокристаллического титана // ПЖТФ. 2009. T. 35. № 2. С. 82–90.
  14. Legostaeva E., Eroshenko A., Vavilov V., Skripnyak V.A., Chulkov A., Kozulin A., Skripnyak V.V., Glukhov I., Sharkeev Y. Comparative Investigation of the Influence of Ultrafine-Grained State on Deformation and Temperature Behavior and Microstructure Formed during Quasi-Static Tension of Pure Titanium and Ti-45Nb Alloy by Means of Infrared Thermography // Materials. 2022. V. 15. P. 8480.
  15. Ivanov A.M., Lukin E.S., Petrova N.D. Regularities of Deformation and Fracture of Steels Subjected to Equal Channel Angular Pressing and Thermal Processing // Mater. Sci. Forum. 2008. V. 584–586. P. 6436–6448.
  16. Gadaj S.P., Nowacki W.K., Pieczyska E.A. Changes of temperature during the simple shear test of stainless steel // Arch. Mech. 1996. V. 48. № 4. P. 779–788.
  17. Taylor G.I., Quinney H. The latent energy remaining in a metal after cold working // Proc. R. Soc. London, Ser. A. 1934. V. 143. P. 307–326.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Электронно-микроскопические светлопольные (а, б) с соответствующими микродифракционными картинами (а, в) и темнопольное (г) изображения структуры титана в КК- (а) и УМЗ- (б, в, г) состояниях.

Скачать (210KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Электронно-микроскопические светлопольные (а, б) с соответствующими микродифракционными картинами (а, в) и темнопольное (г) изображения структуры сплава Ti–45Nb в КК- (а) и УМЗ- (б, в, г) состояниях; на рис. 2в пунктирной линией выделены кольца, соответствующие ГПУ-фазе.

Скачать (247KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оптические (а, в) и электронно-микроскопические светлопольные (б, г) с соответствующими микродифракционными картинами (б, г) изображения структуры сплава Mg–2.9Nd–1.3Y в КК-(а, б) и УМЗ- (в, г) состояниях.

Скачать (226KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Истинные деформационные (а, г), температурные кривые (б, д) и зависимости коэффициента деформационного упрочнения (в, е) для образцов титана ВТ1-0 (кривые 1), сплавов Ti–45Nb (кривые 2) и Mg–2.9Y–1.3Nd (кривые 3) в КК- (а–в) и УМЗ- (г–е) состояниях.

Скачать (284KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимости энергий при деформировании от истинной деформации для образцов титана ВТ1-0 (кривые 1), сплавов Ti–45Nb (кривые 2) и Mg–2.9Y–1.3Nd (кривые 3) в КК- (а–в) и УМЗ- (г–е) состояниях: а, г — удельная работа пластической деформации (Аp); б, д — удельное количество теплоты, выделившееся при деформировании (Q); в, е — поглощенная энергия при деформировании (Es).

Скачать (268KB)
Метаданные