Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 129 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Наличие на поверхности шлифа участков с темным и светлым контрастом обусловлено не- равномерным распределением структурных де- фектов, возникающих при деформации [32]. Как видно на РЭМ-изображениях с большим увели- чением, на поверхности сформировались обла- сти со светлым контрастом, состоящие из полос скольжения и значительно удлиненных зерен, а также области с темным контрастом, где в ходе пластической деформации сформировалась уль- трамелкозернистая структура, в которой грани- цы зерен не разрешаются в оптическом микро- скопе. Данное заключение подтверждают ранее проведенные электронно-микроскопические исследования. Большая часть объема материала соответствует ультрамелкозернистому состоя- нию. Средний размер элементов структуры со- ставил 0,3 мкм [27]. По данным РСА, после ИПД образцы имели следующий фазовый состав: основная β-фаза с небольшой долей второй фазы, идентифици- рованной как α-фаза (твердый раствор Nb в Ti с гексагональной плотноупакованной решет- кой) (рис. 2, в ). В исходном состоянии закалки в роли второй фазы выступала неравновесная α″-фаза [27]. ИПД привела к обратному α″ → β + α-превращению [33]. Как видно на дифрак- тограмме, снятой с поперечного сечения образ- ца после ИПД, плоскостью преимущественной ориентации является (200) – рефлекс на рис. 2, в , расположенный в области 2θ ≈ 66°. Такая форма профиля обусловлена особенностью последнего этапа деформации прокаткой. При многократ- ном проходе прутка через ручьевые валки зерна приобретали преимущественную ориентацию и вытягивались вдоль направления прокатки. По данным ЭДМА, внутрикристаллическая ликвация, сохраняющаяся в сплаве после закал- ки, устранялась в процессе ИПД. Разброс зна- чений концентрации второго компонента спла- ва снижался с 6 % в слитке до 2 % после ИПД (рис. 4, в ). Анализ физико-механических свойств сплава в разном состоянии показал, что после электро- дуговой плавки по всему объему слитка среднее значение модуля упругости было равно 87 ГПа. Среднее значение нанотвердости составляло 3200 МПа. Наноиндентирование проводилось как в дендритах, так и в междендритном про- странстве, но определить каким-либо образом наличие ликвации по значениям физико-меха- нических свойств не удалось. Можно предполо- жить, что при однофазном строении исследуемо- го сплава ликвация не задает градиента свойств. У сплава, полученного в условиях СЛС, зна- чение модуля упругости составляло 90 ГПа. На- нотвердость по сравнению со значениями, полу- ченными в слитке, возрастала до 5700 МПа. Это обусловлено уменьшением размера структурных элементов сплава и выделением по границам и внутри зерен β-фазы дисперсных включений неравновесной α″-фазы. Определить влияние ликвации на физико-механические свойства из- за малого размера структурных элементов было невозможно. В состоянии закалки в слитке все неравно- весные структуры имели низкие физико-меха- нические свойства, что характерно для сплавов системы Ti–Nb [34]. Среднее значение модуля упругости составляло 75 ГПа, нанотвердости – 1800 МПа. В ходе ИПД незначительно возрастал модуль Юнга с 75 до 79 ГПа. Нанотвердость в сплаве увеличивалась до 3170 МПа. Упрочнение было связано с наклепом, характерным для всех методов пластической деформации. Опираясь на полученные результаты и ра- нее выполненные исследования [25, 27], можно описать особенности строения сплава Ti–40 Nb, полученного в условиях кристаллизации после электродуговой плавки слитка и СЛС следую- щим образом. В обоих случаях процесс кристал- лизации проходил по диффузионному механиз- му с формированием ликвации. При увеличении скорости охлаждения в процессе СЛС меня- лись условия формирования фазового состава и структуры сплава. В образующихся зернах с разностью концентраций Nb до 25 % наряду с β-фазой формировалась метастабильная α  -фаза. Дендритная структура, характерная для слитка, в условиях СЛС трансформировалась в зеренную или эпитаксиальную. Несмотря на присутствие в структуре равноосных зерен и столбчатых кри- сталлитов, интервал разброса размеров зерен в поперечном сечении был невелик: 2…5 мкм. За счет измельчения структурных составляющих и выделений второй фазы нанотвердость сплава, полученного СЛС, возрастала почти в два раза с сохранением значения модуля упругости, ха- рактерного для слитка, полученного дуговой плавкой.