Actual Problems in Machine Building 2018 Vol. 5 No. 1-2

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 5. № 1-2. 2018 Материаловедение в машиностроении ____________________________________________________________________ 101 Представляется важным разработать и исследовать такой подход к структурообразованию в конструкционных материалах, при котором возможно сформировать градиентную наноструктуру (НС) . Это возможно осуществить при последовательном использовании комбинированных методов объёмного и поверхностного наноструктурирования, в частности, комбинированной деформации методом прокатки с импульсным током и УЗО. Новый подход, заключающийся в создании градиентной наноструктуры, может позволить регулировать размер зерен в объеме и на поверхности в зависимости от конфигурации и функционального назначения изделия. В качестве исследуемых материалов выбраны технически чистый титан и сплав TiNi с памятью формы, являющийся одним из перспективных конструкционных материалов машиностроения будущего. Цель настоящей работы – демонстрация возможности использования метода УЗО для получения или дополнительного измельчения наноструктуры в титановых сплавах. Материал и методы исследования Исследуемые материалы представляют собой полосы размером 2.1 х 8 х 150 мм 3 из технически чистого титана ВТ1-0 и титанового сплава с памятью формы Ti 49.3 Ni 50.7 . В чистом титане отжигом сформирована крупнозернистая структура, а в никелиде титана прокаткой с применением импульсного тока получена наноструктура [9]. Прокатку выполняли на двухвалковом прокатном стане с диаметром валков 120 мм, оборудованном генератором импульсного тока [10]. Для подведения и съёма тока использовали скользящий контакт (отрицательный полюс) до зоны деформации образца и один из валков (положительный полюс), соответственно. Прокатку вели при плотности однополярного импульсного тока около 100 А/мм 2 , длительности импульса около 10 -4 с и скважности 12.5, при комнатной температуре со скоростью 4 м/мин в пошаговом режиме при регулируемом разовом обжатии по толщине (~ 25 мкм). После каждого шага прокатки образцы охлаждали в воде, чтобы избежать влияния деформационного разогрева. Накопленная величина истиной деформации составляла е=1.9. Последеформационный отжиг осуществляли при температуре 450°С и длительности выдержки 1 час. Толщина образцов после прокатки составляла 0.3 мм. Далее образцы подвергали УЗО, использующей энергию механических колебаний инструмента – индентора [11]. УЗО проводилась со следующими параметрами: при фиксированных частоте 20 кГц, амплитуде колебаний инструмента 20 мкм и диаметре шарика индентора 10 мм, скорости обработки 0.3 м/мин, статическое усилие прижима инструмента к обрабатываемой поверхности (Р ст ) 50 Н, 100 Н и 150 Н, подача инструмента 0.1 мм. Исследование микроструктуры проводилось на оптическом и просвечивающем электронном микроскопе JEM-2000. Образцы подвергали последовательно шлифовке, механической и ионной полировке аргоном. Для определения микро- и нанотвердости использовали микротвердомер ПМТ-3 и нанотвердомер CSEM ATSM E 2546-07 с нагрузкой 20 мН. Растяжение выполнено на испытательной машине «Instron». Для измерения шероховатости применяли профилограф БВ-7669. Экспериментальные результаты и обсуждение Титан ВТ1-0 УЗО крупнозернистого титана привела к созданию градиентного поверхностного слоя толщиной более 100 мкм, в котором размер зерен увеличивается от поверхности к центру (рис.1а). Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) показала, что размер зерен в поверхностном слое составляет 100 нм и менее (рис.1б).