Obrabotka Metallov 2013 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (60) 2013 85 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ нение) после ионной имплантации [1, 5]. Поэтому исследования взаимосвязи структурно-фазового состояния и физико-химических характеристик по- верхностных слоев титана в ультрамелкозернистом состоянии в условиях ионного облучения являются актуальными. Цель данной работы предполагала исследование влияния структурно-фазового состояния титана в ультрамелкозернистом состоянии на механические и коррозионные характеристики материалов. Материал и методика эксперимента В качестве исходного материала для импланта- ции ионами алюминия выбран титан марки ВТ1-0. Для формирования ультрамелкозернистого состоя- ния в заготовках титана (УМЗ-титан) применяли метод многократного одноосного прессования ( аbc - прессование) с последующей многоходовой прокат- кой в ручьевых валках при комнатной температуре и дорекристаллизационным отжигом [3, 4]. Зеренная структура сплава представляет собой зерна анизо- тропной формы, средний поперечный размер кото- рых составляет 0,3 мкм. Ионная имплантация титановых материалов проведена на ионном источнике MEVVA-V.RU при температуре 623 К, ускоряющем напряжении 50 кВ, плотности тока ионного пучка 6,5 мA/см 2 , расстоя- нии 60 см от ионно-оптической системы, времени имплантации 5,25 ч и дозе облучения 1 ⋅ 10 18 ион/см 2 . Исследование микротвердости выполнялось в поверхностных слоях исследуемых образцов до и после ионной имплантации. Измерение микротвер- дости проводилось для исходных и имплантирован- ных образцов на приборе ПМТ-3М по стандартной методике [7, 8]. Нагрузка на индентор (пирамидка Виккерса) соответствовала 0,98 Н. Для установления влияния имплантации поверх- ности МЗ-титана на коррозионную устойчивость материала были проведены исследования образцов в различных средах при линейной развертке потен- циала. Поляризационные кривые регистрировали на полярографе ПУ-1 со скоростью развертки по- тенциала 10 мВ/с в трехэлектродной ячейке. В ка- честве противоэлектрода и электрода сравнения использовали насыщенные хлоридсеребряные элек- троды. Площадь титановых электродов составляла 0,25 см 2 . Фоновые электролиты – 0,1 М HCl, 0,1 М NaNO 3 и NaOH – готовили с использованием биди- стиллированной воды. Потенциалы и токи коррозии определяли графически [9]. Кроме этого были про- ведены исследования коррозионной устойчивости УМЗ-титана в смеси плавиковой и серной кислот в соотношении 1:1. Результаты и их обсуждение Ранее было показано, что имплантация алюминия в ультрамелкозернистый титан привела к образованию упрочняющих фаз, таких как β -Ti, TiAl 3 , Ti 3 Al, TiC и TiO 2 , суммарное количество которых в поверхностной области (до 200 нм) составило ~5 % от объема мате- риала, а в области на глубине 200...500 нм ~10 %. К настоящему времени установлено, что проч- ность любого металлического материала определяет- ся многими факторами [10], основными из которых являются: 1) наличие границ зерен и других струк- турных образований; 2) высокая плотность дислока- ций, образующихся при любом воздействии на мате- риал; 3) наличие в материале карбидных, оксидных частиц и других вторичных фаз и др. Роль каждого из этих факторов в любом конкретном случае будет различной, и доля вклада отдельных механизмов упрочнения в общее упрочнение материала также неодинакова. В настоящей работе согласно известным пред- ставлениям [ 10-12 ] расчет предела текучести про- водился по формуле, где квадратично складываются вклады упрочнения дислокациями «леса» и внутрен- них полей, остальные вклады складываются адди- тивно: ( ) 2 2 тв з ор д л . п σ = Δσ + Δσ + Δσ + Δσ + Δσ + Δσ (1) Формула (1) охватывает практически все вклады сопротивлению деформирования. В этой формуле Δσ п – напряжение трения дислокаций в кристалличе- ской решетке α -Ti; Δσ тв – упрочнение твердого рас- твора на основе α -Ti атомами легирующих элементов (Al, С, О); Δσ л – упрочнение дислокациями «леса», которые перерезают скользящие дислокации; Δσ д – упрочнение дальнодействующими полями напряже- ний; Δσ ор − упрочнение материала некогерентными частицами при обходе их дислокациями по механиз- му Орована; Δσ з – упрочнение за счет границ зерен. Имплантация алюминия привела к существенному упрочнению: микротвердость выросла практически в 3 раза. Вклады различных составляющих в общее упрочнение сплавов приведены в табл. 1. В сплаве Т а б л и ц а 1 Предел текучести и вклады отдельных механизмов упрочнения до и после имплантации сплавов ВТ1-0 ( σ , МПа) Образец, средний размер зерна Исходное состояние, σ Имплантированное состояние σ Δσ з Δσ л Δσ д Δσ ор Ti (0,3 мкм) 400 1210 400 410 0 400