Образование в закаленном биосовместимом сплаве Ti–26 ат. % Nb при деформации τ-фазы и ее влияние на свойства
- Авторы: Коренев А.А.1, Демаков С.Л.1, Карабаналов М.С.1, Илларионов А.Г.1,2
-
Учреждения:
- Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
- Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН
- Выпуск: Том 125, № 10 (2024)
- Страницы: 1302-1311
- Раздел: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
- URL: https://transsyst.ru/0015-3230/article/view/681902
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323024100118
- EDN: https://elibrary.ru/JEXWHK
- ID: 681902
Цитировать
Аннотация
Рентгеноструктурные исследования in situ при растяжении закаленного сплава Ti–26 ат.%Nb с исходной однофазной β-структурой позволили изучить процессы, протекающие при наложении деформации, и разделить их на три интервала. Первый интервал значений (до 0.7%) – область упругой деформации ОЦК-решетки β-твердого раствора титана. Во втором интервале (0.7–1.4%) фиксируется протекание деформационно-индуцированного β→τ-превращения, и по мере увеличения степени деформации до 1.4% наблюдается увеличение параметра “с/a” ее решетки. В третьем интервале деформаций (1.4–2.2%) наблюдается протекание пластической деформации β- и τ-фаз. Образовавшаяся τ-фаза после проведения испытания остается достаточно стабильной и сохраняется в структуре. Установлено, что в результате проведения испытаний на растяжение модуль упругости закаленного сплава Ti–26Nb снизился от 58 ГПа до 52–54 ГПа, а микротвердость повысилась от 200 HV до 240 HV.
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
А. А. Коренев
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002
С. Л. Демаков
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002
М. С. Карабаналов
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002
А. Г. Илларионов
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: a.g.illarionov@urfu.ru
Россия, ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002; ул. С. Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
Список литературы
- Miyazaki S., Kim H.Y., Hosoda H. Development and characterization of Ni-free Ti-base shape memory and superelastic alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 438–440. P. 18–24.
- Sidhu S.S., Singh H., Abdel-Hady M. A review on alloy design, biological response, and strengthening of β-titanium alloys as biomaterials // Mater. Sci. Eng. C. 2021. V. 121. P. 111661.
- Demakov S., Kylosova I., Stepanov S., Bönisch M. A general model for the crystal structure of orthorhombic martensite in Ti alloys // Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials. 2021. Т. 77. № 2. С. 749–762.
- Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. 304 с.
- Weng W., Biesiekierski A., Li Y., Wen C. Effects of selected metallic and interstitial elements on the microstructure and mechanical properties of beta titanium alloys for orthopedic applications // Materialia. 2019. V. 6. P. 100323.
- Kim H.Y., Fu J., Tobe H., Kim J.I., Miyazaki S. Crystal structure, transformation strain, and superelastic property of Ti–Nb–Zr and Ti–Nb–Ta alloys // Shap. Mem. Superelasticity. 2015. V. 1. P. 107–116.
- Kim H.Y., Kim J.I., Inamura T., Hosoda H., Myazaki S. Effect of thermo-mechanical treatment on mechanical properties and shape memory behavior of Ti–(26–28) at.% Nb alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 438–440. P. 839–843.
- Кадыкова Г.Н., Гадзоева М.М., Обходова Т.В. Влияние холодной деформации на фазовые превращения в титан-ниобиевых сплавах // Металлы. 1974. № 3. С. 165–172.
- Лясоцкий И.В., Кадыкова Г.Н., Тяпкин Ю.Д. Структура твердых растворов сплавов на основе титана с ОЦК решеткой и образование тетрагональной фазы при холодной деформации // ФММ. 1978. Т. 46. № 1. С. 142–150.
- Кадыкова Г.Н., Гадзоева М.М. Влияние циркония на фазовые превращения в сплавах Ti–Nb // Металлы. 1975. № 2. С. 198–204.
- Илларионов А.Г., Нарыгина И.В., Карабаналов М.С., Демаков С.Л., Попов А.А., Елкина О.А. Структурные и фазовые превращения в титановом сплаве переходного класса при деформационном воздействии // ФММ. 2010. Т. 110. № 3. С. 295–304.
- Львова Е.А., Черемных В.Г. Стадийность мартенситного превращения, индуцированного пластической деформацией, в титановых сплавах // ФММ. 1987. Т. 63. № 3. С. 525–533.
- Мальцев В.М. Влияние вида деформации на распад метастабильной β-фазы в сплаве Вт16 // ФММ. 1976. Т. 41. № 6. С. 1225–1231.
- Tahara M., Kim H.Y., Hosoda H., Miyazaki S. Cyclic deformation behavior of a Ti-26 at.% Nb alloy // Acta Mater. 2009. V. 57. P. 2461–2469.
- Tahara M., Kim H.Y., Inamura T., Hosoda H., Miyazaki S. Lattice modulation and superelasticity in oxygen-added β-Ti alloys // Acta Mater. 2011. V. 59. P. 6208–6218.
- Castany P., Ramarolahy A., Prima F., Laheurte P., Curfs C., Gloriant T. In situ synchrotron X-ray diffraction study of the martensitic transformation in superelastic Ti-24Nb-0.5N and Ti-24Nb-0.5O alloys // Acta Mater. 2015. V. 88. P. 102–111.
- Sheremetyev V., Dubinskiy S., Kudryashova A., Prokoshkin S., Brailovski V. In situ XRD study of stress- and cooling-induced martensitic transformations in ultrafine- and nano-grained superelastic Ti-18Zr-14Nb alloy // J. Alloys Compounds. 2022. V. 902. P. 163704.
- Niinomy M., Akahori T., Nakai M. In situ X-ray analysis of mechanism of nonlinear super elastic behavior of Ti–Nb–Ta–Zr system beta-type titanium alloy for biomedical applications // Mater. Sci. Eng. C. 2008. V. 28. P. 406–413.
- Панова Т.В., Блинов В.И. Определение индексов отражающихся плоскостей: Описание лабораторной работы по курсу “Рентгеноструктурный анализ”. Омск: Омск. гос. ун-т, 2004. 20 с.
- Коренев А.А., Илларионов А.Г. Расчетные и экспериментальные упругие свойства закаленных биосовместимых сплавов титана систем Ti–Nb, Ti–Nb–Zr, Ti–Nb–Zr–Sn, Ti–Nb–Zr–Sn–Ta // ФММ. 2022. Т. 123. № 11. С. 1–7.
- Коренев А.А., Илларионов А.Г. Влияние холодной деформации на структуру, текстуру, упругие и микродюрометрические свойства биосовместимых бета-титановых сплавов на базе системы Ti–Nb–Zr // ФММ. 2023. Т. 124. № 6. С. 492–499.
- Shinohara Y., Matsumoto Y., Tahara M., Hosoda H., Inamura T. Development of 〈001〉-fiber texture in cold-groove-rolled Ti–Mo–Al–Zr biomedical alloy // Materialia. 2018. V. 1. P. 52–61.
- Jiang B., Wang Q., Wen D., Xu W., Chen G. Dong C., Sun L., Liaw P.K. Effects of Nb and Zr on structural stabilities of Ti–Mo–Sn-based alloys with low modulus // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 687. P. 1–7.
- Гречников Ф.В. Теория пластического деформирования металлов: Учебник / Ф.В. Гренчников, В.Г. Каргин. Самара: Издательство Самарского университета, 2021. 448 с.
- Jiang B., Wang Q., Li X., Dong C., Xu F., He H., Sun L. Structural stability of the metastable β-[(Mo0.5Sn0.5)-(Ti13Zr1)]Nb1 alloy with low Young’s modulus at different states // Metal. Mater. Trans. A. 2017. V. 48A. P. 3912–3919.
- Yang Y., Zhang B., Meng Z., Qu L., Wang H., Cao S., Hu J., Chen H. Wu S., Ping D., Li G., Zhang L.-C., Yang R., Huang A. {332} < 113 > Twinning transfer behavior and its effect on the twin shape in a beta-type Ti-23.1Nb-2.0Zr-1.0O alloy // J. Mater. Sci. Techn. 2021. V. 91. P. 58–66.
- Hou F.Q., Li S.J., Hao Y.L., Yang R. Nonlinear elastic deformation behavior of Ti-30Nb-12Zr alloys // Scripta Mater. 2010. V. 63. P. 54–57.
- Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. Учебник для вузов 3-е изд., перераб. и доп. М.: МИСИС, 1998. 400 с.
- Муслов С.А. Упругие свойства металлов и сплавов накануне мартенситных превращений // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. Т. 80. № 2. С. 13–19.
- Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology Pharr // J. Mater. Res. 2004. V. 19. № 1. P. 3–20.
Дополнительные файлы
