Влияние легирования водородом на закономерности формирования субмикрокристаллической структуры и развитие деформационных процессов в сплаве Ti-6Al-4V тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

СТЕПАНОВА Екатерина Николаевна

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ ВОДОРОДОМ НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СУБМИКРОКРИСГАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И РАЗВИТИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СПЛАВЕ Т1-6А1-4У

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2010

003493816

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте физики прочности и материаловедения СО РАН и ГОУ ВПО «Томский политехнический университет»

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Чернов Иван Петрович

доктор физико-математических наук Грабовецкая Галина Петровна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Дударев Евгений Федорович

доктор технических наук,

профессор Ремнев Геннадий Ефимович

Ведущая организация: Национальный исследовательский ядерный

университет «Московский инженерно-физический институт»

Защита диссертации состоится «26» февраля 2010 г. в 16°° часов на заседании диссертационного совета Д 003.038.01 при ИФПМ СО РАН по адресу: 643021, г. Томск, пр. Академический, 2/4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФПМ СО РАН.

Автореферат разослан: «25» января 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

О.В. Сизова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Двухфазные титановые сплавы (а + Р типа) составляют около 90% используемых в настоящее время в промышленности сплавов титана. Эффективным способом повышения механических свойств титановых сплавов, существенно зависящих от микроструктуры и фазового состава, является измельчение зерна до нано- и субмикронного размера. В настоящее время одним из наиболее перспективных методов измельчения структуры труднодеформируемых титановых сплавов является метод, сочетающий обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию. Однако, вследствие того, что водород оказывает огромное влияние на фазовый состав титановых сплавов, диффузионную подвижность легирующих элементов замещения и их перераспределение между а и 3 фазами, наметить и реализовать конкретные пути получения в титановых сплавах ультрамелкозернистых структур с заданными свойствами можно только на основе комплексного исследования эволюции структурно-фазового состояния в процессе формирования структуры. Поэтому такие исследования являются актуальными. Актуальным является также исследование влияния условий дегазации водорода на стабильность структурно-фазового состояния, формируемого при горячей деформации. В настоящее время для дегазации водорода из титановых сплавов используют вакуумный отжиг при температурах 873-973 К, что может приводить к росту нано- и субмикронных зерен. Температуру дегазации водорода можно понизить, используя явление неравновесного выхода водорода из металлических материалов в условиях облучения электронами. Однако, в настоящее время данные о влиянии облучения электронным пучком на стабильность нано- и субмикрокристаллического состояний титановых сплавов в литературе отсутствуют.

Водород является примесью, способной в процессе эксплуатации приводить к хрупкости сплавов титана даже в том случае, если его концентрация не превышает предельно допустимого значения. Существуют данные, согласно которым формирование в титановых сплавах мелкозернистой структуры повышает их сопротивление водородному охрупчиванию. В то же время в литературе имеются лишь единичные работы, посвященные исследованию влияния водорода на механические свойства титановых сплавов с нано- и субмикрокристаллической структурой. Между тем, перспектива использования титановых сплавов в нано- и субмикрокристаллическом состоянии в промышленности во многом зависит от их устойчивости к водородной хрупкости, т.к. известно, что поглощение водорода поликристаллическими материалами увеличивается с уменьшением размера зерна.

Целью работы является изучение влияния водорода на структурно-фазовое состояние, деформационное поведение и механические свойства (а + Р) титанового сплава Ть6А1-4У с субмикрокристаллической структурой, полученной с использованием обратимого легирования водородом.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1. Экспериментальное исследование эволюции структурно-фазового состояния в титановом сплаве Ть6А1-4У в процессе формирования структуры методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию.

2. Выяснение влияния режимов дегазации водорода отжигом и облучением электронным пучком на фазовый состав и размерные характеристики структуры исследуемого сплава.

3. Изучение взаимосвязи характеристик структуры, деформационного поведения и механических свойств титанового сплава Ть6А1-4У в субмикрокристаллическом состоянии.

4. Сравнительные исследования влияния легирования водородом на чувствительность к надрезу и длительную прочность сплава "П-6А1-4У в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

- на примере сплава титана Т1-6А1-4У проведено комплексное исследование влияния водорода на эволюцию структурно-фазового состояния в процессе формирования субмикрокристаллической структуры в (а + Р) титановых сплавах методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию;

- обнаружено, что горячая пластическая деформация при температурах (973 -г-1023) К в присутствии водорода инициирует в (а + р) титановом сплаве "П-6А1-4У, легированном водородом до концентраций (0,2 -ь 0,33) мас.%, фазовое превращение р а, способствующее формированию в сплаве однофазного нанокристаллического состояния;

- показано, что снижение температуры начала роста зерен в легированном водородом нано- и субмикрокристаллическом сплаве Ть6А1-4У в условиях облучения электронами связано с уменьшением величины энергии активации собирательной рекристаллизации сплава, контролируемой самодиффузией титана по границам зерен;

- установлено, что, находясь в твердом растворе, водород повышает устойчивость субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У к локализации пластической деформации в процессе растяжения при комнатной температуре и снижает при повышенных (873-973 К) температурах.

Практическая значимость. В работе выявлены основные закономерности формирования субмикрокристаллического состояния в титановом сплаве Т1-6А1-4У посредством метода, сочетающего обратимое легирование водородом и горячее прессование. Результаты этих исследований могут быть использованы при разработке режимов термо-водородной обработки титановых сплавов с целью получения структур с заданными прочностными и/или сверхпластическими свойствами.

Установлено, что метод, сочетающий обратимое легирование водородом и однократное прессование на 80%, позволяет сформировать в сплаве Ть6А1-4У субмикрокристаллическое состояние.

Показано, что субмикрокристаллическая структура, формируемая методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячее прессование, стабильна при отжигах в интервале температур до 873 К. Это дает основание полагать, что субмикрокристаллическое состояние может быть сохранено и при дальнейших технологических обработках.

На примере сплава TÍ-6A1-4V установлено, что формирование в (а + ¡5) двухфазных титановых сплавах субмикрокристаллического состояния приводит к повышению их механических свойств и сопротивления водородной хрупкости при комнатной температуре.

Положения, выносимые на защиту:

1. Особенности формирования субмикрокристаллического состояния в сплаве TÍ-6A1-4V методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию, заключающиеся в инициировании горячей пластической деформацией фазового превращения Р -> а в присутствии водорода и наличии обратного фазового превращения а —» Р при дегазации водорода путем отжига в вакууме при температуре 873 К или облучения электронами в интервале температур (523 -5- 653) К, приводящих к сдвиговым деформациям, способствующим измельчению зерен до субмикронных размеров.

2. Снижение энергии активации и температуры начала собирательной рекристаллизации для нано- и субмикрокристаллического сплава TÍ-6A1-4V, легированного водородом, при дегазации водорода в условиях облучения электронным пучком по сравнению с отжигом в вакууме.

3. Особенности деформационного поведения субмикрокристаллического сплава TÍ-6A1-4V, легированного водородом до 0,33 мас.%, по сравнению с нелегированным водородом субмикрокристаллическим сплавом TÍ-6A1-4V, заключающиеся в повышении при комнатной температуре и снижении при повышенных температурах устойчивости к локализации пластической деформации в условиях растяжении.

4. Увеличение концентрации водорода, соответствующей переходу к хрупкому разрушению при комнатной температуре, для легированного водородом сплава TÍ-6A1-4V в субмикрокристаллическом состоянии по сравнению с крупнозернистым состоянием.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: V и VI Всероссийских школах-семинарах с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2005-2006); III, IV и V Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 20062008); Международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2006); III, IV и V Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007-2009); VIII и IX Международных научно-технических Уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых (Екатеринбург, 2007-2008); XIII и XIV Международных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых «Современные техника и техноло-

гии» (Томск, 2007-2008); Первой Международной научной конференции «На-ноструктурные материалы-2008: Беларусь - Россия - Украина (НАНО-2008)» (Минск, 2008); 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск, 2008); XI Международной конференции «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 10-14 апреля 2008); IV Международной конференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (Черноголовка, 4-8 сентября 2006); IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск, 19-21 октября 2009).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях в рецензируемых журналах и 15 сборниках трудов и материалов российских и международных конференций. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора в проведение исследований и получение результатов является определяющим. Все результаты, представленные в диссертации, получены либо самим автором, либо при ее непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 157 страниц, включая 58 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 151 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описано современное состояние проблемы, обоснована актуальность диссертационной работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел «Объемные нано- и субмикрокристаллические металлы и сплавы» посвящен обзору основных методов получения, деформационного поведения и механических свойств субмикрокристаллического состояния в титане и его сплавах.

Во втором разделе «Обратимое легирование водородом как способ модификации микроструктуры титановых сплавов» рассмотрены структурно-фазовые превращения в системе титан - водород и титановый сплав - водород, а также такие явления, как водородофазовый наклеп и пластифицирующее влияние водорода на титан и его сплавы.

Третий раздел «Постановка задачи. Материал и методы исследования».

На основании анализа данных, представленных в обзоре, сформулированы цель и задачи исследования, обоснован выбор материала и обсуждены методики проведения экспериментов.

Для исследования в работе был использован двухфазный (а + Р) титановый сплав TÍ-6A1-4V двух составов: марки Eli и марки ВТ6. Субмикрокристаллическую структуру в сплаве получали методом, сочетающим легирование водородом и горячую пластическую деформацию путем однократного одноосного

б

сжатия на 80%. Легирование сплава Ti-6A1-4V водородом до концентраций (0,2 ч- 0,45) мас.% осуществляли путем отжига в среде водорода в высоковакуумной установке типа Сиверста (PCIM) при температуре 973 К.

Для дегазации водорода из сплава использовали отжиг образцов в вакууме 5-10" Па при температуре 873 К и облучение электронами с энергией (35 + 40) кэВ в вакууме Ю^1 Па при различных температурах в течение 1 часа. Изучение динамики процессов миграции и выхода водорода под действием ускоренных электронов проводили методом масс-спектрометрии на высоковакуумной установке. Концентрацию водорода в образцах измеряли кулонометри-ческим методом определения массовой доли водорода и при помощи установки RHEN602 на платформе Windows.

Основные методы исследования структурно-фазового состояния: оптическая металлография, просвечивающая и растровая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ.

Испытания на растяжение и длительную прочность образцов с различным содержанием водорода были проведены на модернизированной машине ПВ-3012М. Для испытания использовались плоские образцы в виде двойной лопатки с размерами рабочей части 3x1x15 мм3 с надрезом и без надреза на рабочей части. Глубина надреза 0,7 мм, угол - 50°, радиус закругления надреза 0,25 мм.

Четвертый раздел «Формирование нано- и субмикрокристаллической структуры в титановом сплаве Ti-6A1-4V методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию» посвящен изучению эволюции структурно-фазового состояния сплава Ti-6A1-4V в процессе наводораживания, горячей пластической деформации и дегазации посредством отжига в вакууме и облучения электронным пучком.

В состоянии поставки сплав Ti-6A1-4V имеет неоднородную структуру, состоящую из однофазных областей а фазы размерами 1040 мкм, окруженных двухфазными (а + (3) областями (рис. 1). Согласно данным рентгено-структурных исследований, объемная доля Р фазы в сплаве составляет 11%.

Наводораживающий отжиг при температуре 1073 К, (0,5 -М) час до концентраций (0,2 + 0,45) мас.% существенно не изменяет структуру сплава. Последующая закалка в воду от 1223 К приводит к формированию в сплаве Ti-6Al-4V-(0,2 -и 0,45)Н зерен размерами 50-150 мкм, имеющих в объеме типичную для мартенсита структуру: пакеты пластин толщиной от 0,1 до 1 мкм. При нагреве и изотермической выдержке при температуре деформации (Гя = 1023 К, 7 мин) в сплаве наблюдается ос —> (3 превращение, о чем свидетельствует появление на дифрактограмме сплава рефлекса (3 фазы (рис. 2, а). Объемная доля р фазы в зависимости от концентрации водорода в сплаве составляет ~8-20%. В процессе горячего прессования в сплаве происходит обрат-

« : - 7.....:

I I a+J3,

■ lfTTMlV*MIT4Uia,t»jH

Рис. 1. Микроструктура сплава Ti-6A1-4V в исходном состоянии

О С\ГР

о о о

т- О г—

Т ГТ

/, отн.ед.

.1___Ыи

.Х-

40

50

60

70 26, град

Рис. 2. Участки дифрактограмм образцов сплавов Ть6А1-4У-(0,2-^0,33)Н в различных состояниях: а - состояние 1 после легирования водородом, закалки в воду от 1223 К и последующей выдержки при температуре 1023 К; б - состояние 1 + прессование при

ное превращение Р —> а и уменьшение объемной доли Р фазы до 0-8% (рис. 2, б). Известно, что перестройка ОЦК решетки в ГПУ в титане и его сплавах сопровождается сдвиговой деформацией, величина которой достигает 0,3. Для сравнения сдвиговая деформация в сплаве ВТ6 при РКУ-прессовании (угол пересечения каналов оснастки 120°) за один проход составляет ~0,6. Следовательно, фазовое превращение р —> а, происходящее при горячей деформации, вносит дополнительный вклад в измельчение структуры.

Электронно-микроскопичес-

Т= 1023К на 80% и закалка в воду от 1023 К

кие исследования показали, что горячая пластическая деформация прессованием на 80% приводит к формированию в сплавах с содержанием водорода (0,2 -г 0,33) мас.% однородной нанокристаллической структуры со средним размером зерен, равным (0,08 0,09) мкм (рис. 3).

« " Г

, »Л? 4

Д1\Ш0, %

40-

30-

20-

10-

0-

0.25 мкм

агп = 0,085 мкм

ш

0,0 0,1 0,2 0,3 РАЗМЕР ЗЕРЕН, мкм

Рис. 3. Электронномикроскопическое изображение структуры (я, б) и гистограмма распределения зерен по размерам (в) сплавов Ть6А1-4У-(0,2-Я),33)Н после деформации прессованием при Т= 1023 К на 80%: а - светлопольное изображение; б - темнопольное изображение

В сплавах с концентрацией водорода (0,4 -г 0,45) мас.% формируется неоднородная структура, в которой, наряду с наноразмерными зернами а фазы, имеются зерна р фазы, достигающие микронных размеров.

Дегазация водорода из сплава с содержанием водорода (0,2 4- 0,33) мас.% отжигом в вакууме при температуре 873 К в течение 1 часа приводит к снижению концентрации водорода до значений, меньших 0,005 мас.%, что соответствует техническим стандартам для данного сплава. При этом средний размер зерен в сплаве увеличивается до субмикронного и в зависимости от исходного содержания водорода составляет (0,27 -г 0,35) мкм (рис. 4). Рентгеноструктурные исследования показали (рис. 4), что в процессе дегазации водорода отжигом в сплаве происходит превращение а -» ß. Объемная доля выделившейся ß фазы составляет 6-9%. i ЯР* ' '

я|

и

ш*

,1£ДВ

^^^ Вя

^^Н 0,25 мкм

О СМ то о о г- о тТ м

/, отн.ед. о 1

40

50

60

Рис. 4. Электронно-микроскопическое изображение микроструктуры (а, б) и участок дифрактограммы (в) субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-0,005Н: а - светлопольное изображение; б - темнопольное изображение

70 29, град.

Для оценки термической стабильности полученной субмикрокристаллической структуры были проведены часовые отжиги сплава Ть6А1-4У в интервале температур (773 973) К. Анализ температурной зависимости изменения среднего размера зерен субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У (рис. 5)

показал, что полученная субмикрокристаллическая структура стабильна до температуры 823 К.

Величина энергии активации роста субмикрокристаллических зерен при температурах выше 823 К, определенная из выражения для зависимости скорости роста зерен от температуры при собирательной рекристаллизации, близка к энергии активации зернограничной самодиффузии титана (97 кДж/моль) и составляет 95 кДж/моль. Это свидетельствует о том, что деградация субмикрокристаллической структуры сплава Ть6А1-4У контролируется самодиффузией титана по границам зерен.

drn, мкм

4J 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30

200

400 600 800

ТЕМПЕРАТУРА. К

1000

Рис. 5. Температурная зависимость изменения среднего размера зерен субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У

40 50 I, МИН

Анализ возможности дегазации водорода из нанокрис-таллической структуры путем облучения электронами был проведен на основе результатов исследования влияния облучения электронами на кинетику выхода водорода из сплава Ть6А1-4У-0,24Н и стабильность его нанокристаллического состояния в интервале температур 293-623 К. На рис. 6 представлены зависимости интенсивности выхода водорода из образцов указанного сплава в крупнозернистом и нанокристал-лическом состояниях от температуры и времени облучения электронами (плотность тока

Рис. 6. Интенсивности выхода водорода из нанокристаллического (1) и крупнозернистого (2) образцов сплава Ть6А1-4У-0,24Н в процессе облучения электронами (3 - зависимость температуры разогрева образцов электронами от времени в процессе облучения)

электронного пучка /=10 мкА/см2, энергия Е = 35 кэВ). Для сплава в крупнозернистом состоянии максимальная интенсивность выхода водорода из образцов имеет место при температуре 623 К после 70 минут облучения (рис. 6, кривая 2). В то же время, для сплава в нанокристаллическом состоянии максимум интенсивности выхода водорода из образцов наблюдается в первые десять минут облучения при температуре, ненамного превышающей комнатную температуру (рис. 6, кривая 1). При измерении остаточной концентрации водорода было установлено, что облучение электронами по используемым режимам не позволяет снизить концентрацию водорода в сплаве до технического стандарта.

Электронно-микроскопические и рентгеноструктурные исследования показали, что в процессе дегазации водорода из нанокристаллического сплава Ть6А1:4У-(0,2-г0,33)Н путем облучения электронами, как и при дегазации водорода отжигом в вакууме, в сплаве происходят фазовое превращение а —> ¡3 и рост зерен до субмикронных размеров. Температурные зависимости изменения размера зерен в процессе дегазации водорода из сплава отжигом в вакууме и облучением электронами представлены на рис. 7. Видно, что при дегазации водорода из сплава облучением электронами температура начала роста зерен ниже, а скорость их роста существенно

400 600 800 ТЕМПЕРАТУРА, К

1000

Рис. 7. Температурные зависимости изменения среднего размера зерен

нанокристаллического сплава Ть6А1-4У-(0,2-^0,33)Н в условиях дегазации: 1 - отжигом в вакууме; 2 - облучением электронами

выше, чем при дегазации водорода отжигом в вакууме. Оценка энергии активации роста зерен сплава Т1-6А1-4У-(0,2+0,33)Н в условиях дегазации водорода отжигом и облучением электронами показала, что значение энергии активации собирательной рекристаллизации (£)с) нано- и субмикрокристаллической структуры сплава в условиях дегазации отжигом в вакууме при температурах 873 и 923 К {(2с, = (96 ± 10) кДж/моль) близко к значению энергии активации зернограничной самодиффузии титана в крупнозернистом состоянии. В то же время значение Qa исследуемого сплава при дегазации водорода облучением электронами составляет (52 ± 10) кДж/моль.

Раздел 5 посвящен исследованию влияния водорода на деформационное поведение и механические свойства субмикрокристаллического титанового сплава ТьбАМУ-Н при растяжении в интервале температур (293 + 1023) К.

На рис. 8, а представлены кривые «напряжение-деформация» о =_ДеИС1) субмикрокристаллических сплавов с концентрациями водорода 0,005, 0,08 и 0,33 мас.%. Видно (рис. 8, а), что кривая «напряжение-деформация» субмикрокристаллического сплава Т1-6А1-4У-0,005Н имеет короткую стадию деформационного упрочнения и низкий эффект деформационного упрочнения, что является типичным для субмикрокристаллических металлических материалов, полученных методами интенсивной пластической деформации. Легирование водородом приводит к увеличению эффекта и продолжительности стадии деформационного упрочнения. Расчет коэффициентов деформационного упрочнения показал, что присутствие водорода в твердом растворе в субмикрокристаллическом сплаве приводит к увеличению не только эффекта деформационного упрочнения, но и числа стадий деформационного упрочнения (рис. 8, б). При этом зависимость величины 6 от деформации становится подобной соответствующей зависимости для нелегированного водородом крупнозернистого сплава (рис. 8, б, кривая 4). Это может свидетельствовать об активизации дислокационного механизма деформации в субмикрокристаллическом сплаве "П-6А1-4У в присутствии водорода в твердом растворе.

а, МПа 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

0, Па 18000 15000 12000 9000 6000 3000 0

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Ё

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08

Рис. 8. Типичные кривые «напряжение - деформация» (а) и зависимости 8 =.Деист) (б) субмикрокристаллического сплава Т1-6А1-4У с различным содержанием водорода при температуре 293 К: 1 - "П-6А1-4У-0,005Н; 2 - сплав Ть6А1-4У-0,08Н; 3 - сплав Т1-6А1-4У-0,ЗЗН; 4 - крупнозернистый сплав Т1-6А1-4У-0,002Н

При повышенных температурах на кривой «напряжение-деформация» субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-0,005Н, кроме стадии упрочнения, наблюдается стадия установившейся деформации, появление которой сопровождается увеличением пластичности до ~400-600% (рис. 9, кривая 1). Легирование водородом приводит к увеличению эффекта деформационного упрочнения сплава, но при этом уменьшается величина деформации до разрушения.

Анализ влияния легирования водородом на механические свойства субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-Н в интервале температур (293 -г- 1023) К показал, что при температурах ниже 873 К легирование водородом в пределах исследуемых концентраций незначительно влияет на значения пределов текучести и прочности и величину деформации до разрушения. В интервале температур (923 + 1023) К увеличение концентрации водорода в сплаве от 0,005 до 0,33 мас.% приводит к росту значений пределов текучести и прочности в 2-3 раза и уменьшению величины деформации до разрушения в Ъ-А раза.

Изучение деформационного рельефа предварительно полированной поверхности образцов и распределения деформации по длине образца показало, что субмикрокристаллический сплав ГП-6А1-4У-Н в зависимости от содержания водорода в той или иной степени проявляет склонность к локализации пластической деформации. На рис. 10 представлен типичный вид деформационного рельефа, формирующегося на предварительно полированной поверхности образцов субмикрокристаллического сплава с различным содержанием водорода в процессе растяжения при комнатной температуре. На поверхности образцов сплава Т1-6А1-4У-0,005Н уже на стадии деформационного упрочнения образуются отдельные полосы локализованной деформации шириной 1020 мкм, имеющие ламельную структуру и располагающиеся параллельно приложенной нагрузке (рис. 10, а). С ростом степени деформации плотность полос локализованной пластической деформации увеличивается. В конце стадии деформационного упрочнения на поверхности образцов наблюдается развитие двух макрополос локализованной деформации шириной 0,5 мм, расположенных под углом друг к другу (рис. 10, б). В то же время, на поверхности образцов сплава "П-6А1-4У-0,ЗЗН на стадии упрочнения полосы локализованной деформации отсутствуют, но наблюдается образование цепочек пор, расположенных вдоль направлений, параллельных максимальным касательным напряжениям. На макроуровне локализация пластической деформации в сплаве Тт-6А1-4У-0,ЗЗН, так же как и при повышенных температурах, осуществляется путем образования шейки.

Рис. 9. Типичные кривые «напряжение -деформация» субмикрокристаллического

сплава Ть6А1-4У с различным содержанием водорода при температуре

973 К: 1 - Т1-6А1-4У-0,005Н; 2 - Ть6А1-4У-0,08Н; 3 - И-6А1-4У-0,ЗЗН

О степени развития процессов локализации пластической деформации на макроуровне можно судить по величине коэффициента локализации деформации г) = 1/[(1 - \|/)(1 + §)], где к\> - сужение в шейке, 8 - деформация до разрушения. Из сравнения значений коэффициентов г| видно (табл. 1), что присутствие водорода в твердом растворе повышает устойчивость субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-Н к локализации деформации на макроуровне при комнатной температуре и снижает при повышенных температурах. Известно [1], что в металлических материалах с неравновесной структурой, какой является субмикрокристаллическая структура, полученная с использованием больших пластических деформаций, движение дислокаций затруднено из-за высоких внутренних напряжений. Это приводит к локализации пластической деформации и формированию полос локализованной деформации. Присутствие водорода в твердом растворе облегчает зарождение дислокаций и увеличивает их подвижность [2], что, по-видимому, и повышает устойчивость к локализации пластической деформации субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-Н, легированного водородом. При повышенных температурах рост склонности субмикрокристаллического сплава 'П-6А1-4У-Н к локализации пластической деформации с увеличением концентрации водорода может быть связан с появлением неоднородности распределения водорода по объему образца в процессе испытания, которая, в свою очередь, обусловлена способностью водорода концентрироваться в наиболее напряженных участках образца.

Об устойчивости титановых сплавов к водородной хрупкости можно судить по их чувствительности к надрезу и длительной прочности. При испытаниях на чувствительность к надрезу устойчивость субмикрокристаллического сплава к водородной хрупкости оценивали по величине коэффициента конструктивной прочности х = овн/ов, где ав - предел прочности образцов без надреза; Ствн - предел прочности образцов с надрезом. Концентрация водорода, при

Рис. 10. Деформационный рельеф поверхности сплавов после растяжения при температуре 293 К: Ть6А1-4У-0,005Н:

а ~(е = 2%), б -(е = 6%); в - Т1-6А1-4У-0,ЗЗН (е = 8%)

которой величина коэффициента % становится меньше единицы, соответствует переходу сплава к хрупкому разрушению.

Таблица 1. Коэффициент локализации деформации т| субмикрокристаллических сплавов Ть6А1-4У-Н при различных температурах

Материал Температура, К Коэффициент локализации деформации г|

Ti-6A1-4V-0,005H 293 1,98

Ti-6A1-4V-0,33H 1

Ti-6 Al-4 V-0,005H 6,8

Ti-6A1-4V-0,08H 923 9,6

Ti-6A1-4V-0,33H 13

Ti-6A1-4V-0,005H 5,1

Ti-6A1-4V-0,08H 973 10,4

Ti-6A1-4V-0,33H 21

В таблице 2 представлены рассчитанные значения коэффициента х сплава Ть6А1-4У в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях в зависимости от концентрации водорода. Видно, что для крупнозернистого состояния коэффициент х становится меньше единицы уже при концентрации водорода в сплаве 0,05 мас.%. В то же время для субмикрокристаллического сплава коэффициент х остается больше единицы даже при концентрации водорода в сплаве 0,1 мас.%. Это свидетельствует о большей устойчивости к водородной хрупкости сплава Ть6А1-4У в субмикрокристаллическом состоянии по сравнению с крупнозернистым состоянием.

Таблица 2. Значения коэффициента конструктивной прочности сплавов Т1-6А1-4У-Н

Сплав в крупно- Коэффициент Сплав в субмик- Коэффициент

зернистом со- конструктивной рокристалличе- конструктивной

стоянии прочности X ском состоянии прочности %

Ть6А1-4У-0,002Н 1,15 Ть6А1-4У-0,002Н 1,17

П-6А1-4У-0,02Н 1,11 Ть6А1-4У-0,005Н 1,17

Т1-6А1-4У-0,05Н 0,98 Тьб А1-4У-0,016Н 1,14

Т1-6А1-4У-0,12Н 0,95 ТЬ6 А1-4 У-0,031Н 1Д4

Ть6А1-4У-0,21Н 0,77 Ть6А1-4У-0,049Н 1,15

Ть6А1-4У-0,1Н 1,07

Ть6А1-4У-0,24Н 0,98

Подтверждением высокой устойчивости к водородной хрупкости субмикрокристаллического сплава Ть6А1-4У-Н по сравнению с крупнозернистым состоянием служат и результаты испытаний на длительную прочность образцов с надрезом. При таких испытаниях концентрацией водорода, соответствующей переходу сплава к хрупкому разрушению, является концентрация, при которой величина разрушающего напряжения сплава становится меньше значения раз-

рушающего напряжения сплава, нелегированного водородом. На рис. 11 представлены кривые зависимости разрушающего напряжения сплава Ть6А1-4У-Н в субмикрокристаллическом (кривая 1) и крупнозернистом (кривая 2) состояниях. Видно, что переход сплава Ть6А1-4У в субмикрокристаллическом состоянии к хрупкому разрушению происходит при концентрации водорода ~0,1 мас.%. Для крупнозернистого сплава критической концентрацией водорода является концентрация ~0,05 мас.%. Следовательно, переход к хрупкому разрушению сплава в субмикрокристаллическом состоянии осуществляется при концентрациях водорода, в два раза больших по сравнению с

крупнозернистым состоянием.

Основные выводы

1. Установлено, что предварительное легирование водородом до концентраций (0,2 -г 0,33) мас.% позволяет сформировать в сплаве Тл-6А1-4У субмикрокристаллическое состояние путем однократного одноосного прессования на 80% и последующей дегазации в вакууме при температуре 873 К.

2. Пластическая деформация прессованием при температурах 973-1023 К инициирует в двухфазном (а + Р) титановом сплаве Т1-6А1-4У, предварительно легированном водородом до концентраций (0,2 т 0,33) мас.%, превращение Р а, вызывающее фазовый наклеп, что способствует формированию в сплаве нанокристаллического состояния.

3. Формирование нано- и субмикрокристаллической структуры позволяет снизить температуру активного выхода водорода из сплава Ть6А1-4У-Н при облучении электронами на 200-350 К по сравнению с крупнозернистым состоянием.

4. Температура начала роста зерен нано- и субмикрокристаллического сплава Т1-6А1-4У-Н в условиях дегазации водорода облучением электронами ниже, а скорость роста зерен выше по сравнению с соответствующими значениями в условиях дегазации водорода путем отжига в вакууме при температуре 873 К. Установлено, что причиной такого изменения скорости и температуры начала роста зерен является уменьшение в условиях облучения электронами энергии активации собирательной рекристаллизации сплава, контролируемой зернограничной самодиффузией титана.

5. Присутствие в субмикрокристаллическом сплаве Ть6А1-4У водорода в твердом растворе в количестве до 0,33 мас.% препятствует развитию локализа-

стр, МПа 1600]

/ ..............

14001200-

1000-""^--

800 6000,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 СОДЕРЖАНИЕ ВОДОРОДА, мас.%

Рис. 11. Зависимость разрушающего напряжения ар от содержания водорода при испытаниях на длительную прочность плоских образцов с надрезом сплава Ть6А1-4У-Н: 1 - субмикрокристаллическое состояние; 2 - крупнозернистое состояние

ции пластической деформации в процессе растяжения при комнатной температуре и приводит к увеличению эффекта упрочнения и общей деформации до разрушения.

6. В интервале температур 293-873 К легирование субмикрокристаллического сплава TÍ-6A1-4V водородом до 0,33 мас.% незначительно влияет на значения его пределов прочности и текучести. При температурах выше 873 К увеличение концентрации водорода до 0,33 мас.% приводит к росту пределов прочности и текучести в 2-3 раза и снижению величины деформации до разрушения в 3-4 раза.

7. Установлено, что формирование субмикрокристаллического состояния в сплаве TÍ-6A1-4V позволяет в два раза повысить концентрацию водорода, соответствующую переходу сплава при комнатной температуре к хрупкому разрушению, по сравнению с крупнозернистым состоянием сплава.

Основные публикации по теме работы

1. Грабовецкая Г.П., Мельникова E.H., Колобов Ю.Р., Чернов И.П., Найденкин Е.В., Никитенков H.H., Мишин И.П. Эволюция структурно-фазового состояния сплава TÍ-6A1-4V в процессе формирования субмикрокристаллической структуры с использованием обратимого легирования водородом // Изв. вузов. Физика. - 2006. - № 4. - С. 86-91.

2. Грабовецкая Г.П., Мельникова E.H., Колобов Ю.Р., Чернов И.П. Влияние легирования водородом на деформационное поведение и локализацию пластической деформации на макромасштабном уровне субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V // Физическая мезомеханика. - Т.9. -Спец.вып. - 2006. - С. 107-110.

3. Грабовецкая Г.П., Мельникова E.H., Чернов И.П. Структурно-фазовое состояние и механические свойства субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V, полученного с использованием обратимого легирования водородом // Известия Томского политехнического университета, Т.311. -№2. Математика и механика. Физика - 2007. - С. 111-115.

4. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р. Влияние водорода на деформационное поведение и разрушение сплава TÍ-6A1-4V в субмикрокристаллическом состоянии // Деформация и разрушение материалов. - №9. -2008.-С. 26-31.

5. Никитенков H.H., Кудрявцева E.H., Чернов И.П., Тюрин Ю.И., Грабовецкая Г.П., Мельникова E.H. Влияние насыщения водородом и облучения ионизирующим излучением на структуру и механические свойства субмикрокристаллического сплава TÍ-6A1-4V // Известия Томского политехнического университета. - Т. 313. - №2. Математика и механика. Физика. - 2008. -С. 105-110.

6. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П., Мишин И.П. Формирование субмикрокристаллической структуры в титановом сплаве TÍ-6A1-4V с использованием обратимого легирования водородом // Новые материалы. Создание, структура, свойства-2005: Труды V Всероссийской школы-семинара с международным участием. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2005. - С. 179-182.

7. Мельникова E.H. Формирование субмикрокристаллической структуры в титановом сплаве TÍ-6AI-4V с использованием обратимого легирования водородом // Физика и химия наноматериалов: сборник материалов Международной школы-конференции молодых ученых (13-16 декабря 2005 г. Томск, Россия). - Томск: Изд.-во ТГУ, 2005. - С. 90-93.

8. Мельникова E.H., Грабовецкая Т.П., Чернов И.П. Структура и пластичность субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V // Новые материалы. Создание, структура, свойства-2006: Труды VI Всероссийской школы-семинара. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2006. - С. 219-223.

9. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П., Чернов И.П. Эволюция субмикрокристаллической структуры сплава TÍ-6A1-4V+H в процессе дегазации // Перспективы развития фундаментальных наук: Труды III Международной конференции студентов и молодых ученых, Томск, 16-19 мая 2006 г. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2006. - С. 49-51.

10. Melnikova E.N., Grabovetskaya G.P., Chernov I.P. Hydrogen influence on structure and deformation behavior ultra-fine grained TÍ-6A1-4V titanium alloy // The twelfth International Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists «Modern Techniques and Technologies» (MTT'2007), Tomsk, Tomsk Polytechnic University. - Tomsk: TPU Press, 2007. -P. 104-106.

11. Мельникова E.H., Никитенков H.H. Радиационно-стимулированный выход водорода из титанового сплава TÍ-6A1-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состоянии // Физика и химия высокоэнергетических систем: Сборник материалов III Всероссийской конференции молодых ученых (24-27 апреля 2007 г., г.Томск). - Томск: ТМЛ-Пресс, 2007. - С. 65-68.

12. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П. Эволюция структурно-фазового состояния титанового сплава TÍ-6A1-4V в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состоянии в процессе наводораживания // IV Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук»: сборник трудов, Россия, Томск, 15-18 мая 2007 г. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2007. - С. 66-68.

13. Мельникова E.H. Эволюция структуры субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V при радиационном воздействии // VIII Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых: Сборник трудов, Екатеринбург, 26-30 ноября 2007 г. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С. 159-162.

14. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П. Влияние водорода на служебные характеристики и разрушение субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V // XIY Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008», ТПУ 24 марта - 28 марта 2008 г. - Томск: Изд.-во ТПУ, 2008. - С. 110-111.

15. Созоева A.B., Мельникова E.H. Влияние водорода на механические свойства титанового сплава TÍ-6A1-4V в субмикрокристаллическом состоянии // Физика и химия высокоэнергетических систем: Сборник материалов IV

Всероссийской конференции молодых ученых (22-25 апреля 2008 г., Томск, Россия). - Томск: ШЛ-Пресс, 2008. - С. 132-135.

16. Nikitenkov N.N., Kudryavtzeva E.N., Chernov I.P., Tyurin Yu.I., Grabovetzkaya G.P., Melnikova E.N. The low-temperature removal of hydrogen isotopes from submicrocrystalline Ti-6A1-4V-H alloy // 9th International Conference on Modification of Materials with Particle beams and Plasma Flows: Proceedings. Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS, 2008. - P. 316-319.

17. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П. Исследование устойчивости субмикрокристаллического титанового сплава Ti-6A1-4V к водородному охрупчи-ванию // Перспективы развития фундаментальных наук: труды V международной конференции студентов и молодых учёных. Россия, Томск, 20-23 мая 2008 г. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.-С.64-66.

18. Степанова Е.Н., Грабовецкая Г.П. Деформация и разрушение сплавов Ti-6A1-4V-H, полученных с использованием обратимого легирования водородом // Физика и химия высокоэнергетических систем: Сборник материалов V Всероссийской конференции молодых ученых (22-25 апреля 2009 г., г. Томск). - Томск: ТМЛ-Пресс, 2009. - С. 202-205.

19. Мельникова Е.Н., Забудченко О.В., Мишин И.П., Колубаева Ю.А., Тересов А.Д. Эволюция структурно-фазового состояния субмикрокристаллического Ti-6A1-4V в процессе электронно-лучевой обработки // IX Международная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых: Материалы семинара, Екатеринбург, 1-5 декабря 2008 г., Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2008. - С. 14-15.

20. Степанова Е.Н., Грабовецкая Г.П. Сравнительное исследование эволюции структурно-фазового состояния титанового сплава Ti-6Al-4V-H в процессе дегазации отжигом в вакууме и облучения электронным пучком // Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии: Материалы IV Всероссийской конференции молодых ученых (19-21 октября 2009 г., Томск, Россия). - Томск: Изд.-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2009. -С. 172-175.

Список цитируемой литературы

1. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. L Физические основы многоуровневого подхода // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т. 9. -№3. - С.9-22.

2. Robertson I.V. The effect of hydrogen on dislocation dynamics // Engineering Fracture Mechanics. - 2001. - V. 68. - P. 671-692.

Подписано к печати 15.01.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка» Печать XEROX. Усл. леч. я 1.04. Уч.-изд. л 0,95

_Заказ 27-10, Тираж 120 экз._

Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE ло стандарту ISO 9001:2008

ИЗДАТЕЛЬСТВО W* ТПУ. 634050, т. Томск, пр. Ленина, 30 Тел./факс: 8(3822)56-35-35, wivw.lpu.ru

Оглавление.

Введение.

Раздел 1. Объемные нано- и субмикрокристаллические металлы и сплавы.

1.1. Традиционные методы получения нано- и субмикрокристаллических материалов.

1.2. Структура и свойства субмикрокристаллического титана и его сплавов, полученных методами интенсивной пластической деформацией.

Раздел 2. Обратимое легирование водородом как способ модификации микроструктуры титановых сплавов.

2.1. Фазовые превращения в системе титановый сплав - водород.

2.2. Водородно-термическая обработка титановых сплавов. 2.3. Пластифицирующее влияние водорода на сплавы титана.

2.4. Водородная хрупкость титановых сплавов.

2.5. Радиационно-стимулированный выход водорода из металлических материалов.

Раздел 3. Постановка задачи. Материал и методы исследования.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Материал и методы исследования.

3.2.1. Материал исследования.

3.2.2. Методика модифицирования структурно-фазового состояния в сплаве Ть6А1-4У с использованием обратимого легирования водородом.

3.2.3. Определение концентрации водорода.

3.2.4. Оптическая, растровая и электронная микроскопия.

3.2.5. Рентгеноструктурный анализ.

3.2.6. Методика механических испытаний образцов.

3.2.7. Методика облучения образцов электронным пучком.

3.2.8. Оценка влияния водорода на чувствительность к надрезу и длительную прочность образцов субмикрокристаллического сплава

TÍ-6A1-4V.

Раздел 4. Формирование нано- и субмикрокристаллической структуры в титановом сплаве TÍ-6A1-4V методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию.

4.1. Эволюция структурно-фазового состояния сплава TÍ-6A1-4V в процессе наводораживания и горячей пластической деформации.

4.2. Влияние дегазации на структурно-фазовое состояние титанового сплава TÍ-6A1-4V-H.

4.2.1. Дегазация водорода из нанокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V-H отжигом в вакууме.

4.2.2. Дегазация водорода из нанокристаллического титанового сплава

TÍ-6A1-4V-H в условиях облучения электронным пучком.

Раздел 5. Влияние легирования водородом на деформационное поведение и механические свойства субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V.

5.1. Влияние водорода на деформационное поведение субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V.

5.2. Влияние водорода на механические свойства субмикрокристаллического титанового сплава TÍ-6A1-4V.

5.3. Влияние легирования водородом на чувствительность к надрезу и длительную прочность субмикрокристаллического титанового сплава

TÍ-6A1-4V.

Выводы.

Титан и его сплавы вследствие их низкой плотности, хорошей биосовместимости и высокой коррозийной стойкости рассматриваются как наиболее перспективные материалы для медицины, авиа-космической и химической техники [1-3]. Основными недостатками и сдерживающими факторами для расширения спектра применения титана и его сплавов в промышленности и медицине являются низкий уровень механических свойств титана и невысокая технологическая пластичность титановых сплавов. Титановые сплавы относятся к трудно-деформируемым материалам, поэтому получение фольги и изделий сложной формы из сплавов титана сопряжено с большими энергетическими затратами, потерями материала в виде отходов при механических обработках и, соответственно, высокой стоимостью конечных продуктов [4].

К настоящему времени в многочисленных работах научных коллективов из разных стран мира показана возможность повышения механических свойств металлических материалов при температурах менее 0,4Тш (Тпл - температура плавления) за счет формирования в них нано- и субмикрокристаллической структур [5-9]. Кроме того, формирование нано- и субмикрокристаллического состояний позволяет на 200-250 К снизить температуру реализации сверхпластичного состояния в материалах, в том числе и в сплавах титана, проявляющих при определенных условиях сверхпластичные свойства [10, 11]. Это повышает перспективу использования безотходной формовки в режиме сверхпластичности для получения изделий сложной формы из сплавов титана.

Следует отметить, что под нанокристаллическими (наноструктурными, нанофазными) материалами принято понимать [9, 12] такие материалы, у которых величина среднего размера основного элемента структуры хотя бы в одном измерении не превышает 100 нм. В субмикрокристаллических материалах размер зерен колеблется от 0,1 до 1 мкм. В данной работе мы также будем придерживаться этой классификации.

Распространенными методами создания объемных нано- и субмикрокристаллических металлических материалов являются методы интенсивной пла4 стической деформации (ИПД): равноканальное угловое прессование (РКУ-прессование), кручение под высоким давлением, всестороннее прессование и другие методы и их комбинации [5-7, 13-14]. Однако, указанные методы мало применимы к труднодеформируемым сплавам титана. Поэтому поиски менее затратных методов получения нано- и субмикрокристаллического состояний в титановых сплавах являются актуальными и ведутся во всем мире.

В литературе имеются данные, согласно которым энергетические затраты при формировании нано- и субмикрокристаллической структур в титановых сплавах можно существенно снизить, используя обратимое легирование водородом. Водород - элемент, который достаточно легко и в больших количествах поглощается металлическими материалами и так же легко удаляется из твердого раствора при термической обработке в вакууме [15]. Это и позволяет в промышленном производстве титановых сплавов использовать его в качестве временного легирующего элемента на определенной стадии получения мелкозернистой структуры (размер зерен 2-3 мкм) [16, 17]. Использовать обратимое легирование водородом для формирования нано- и субмикрокристаллической структур в титановых сплавах впервые было предложено в 1996 г. сотрудниками Института проблем сверхпластичности материалов РАН (г. Уфа) [18]. Однако это предложение не получило дальнейшего развития. Недавно японскими исследователями в рамках специальной исследовательской программы по тематике водорода в металлах на примере сплава Ть6А1-4У были получены данные [19, 20], согласно которым метод, сочетающий обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию, позволяет формировать в титановых сплавах субмикрокристаллическую структуру с размерами зерен (0,3 0,5) мкм. Такая структура обладает не только более высокими прочностными характеристиками при комнатной температуре, но и проявляет сверхпла-стичёские свойства при температурах 873-973 К, в то время как мелкозернистая структура этого сплава сверхпластична при температуре выше 1123 К.

Однако, вследствие того, что водород оказывает огромное влияние на фазовый состав титановых сплавов [17], диффузионную подвижность легирую5 щих элементов замещения [21] и их перераспределение между аир фазами [17], наметить и реализовать конкретные пути получения в титановых сплавах нано- и субмикрокристаллического состояний с заданными свойствами можно только на основе комплексного исследования структурно-фазовых превращений в процессе формирования этих состояний и при температурно-силовых воздействиях, близких к реальным условиям эксплуатации. Поэтому исследования влияния концентрации водорода и режимов горячей деформации на эволюцию структуры и фазовые превращения в титановых сплавах являются актуальными. Актуальным является также исследование влияния условий дегазации водорода из титановых сплавов на стабильность структурно-фазового состояния, формируемого при горячей деформации. В настоящее время для дегазации водорода из титановых сплавов используют вакуумный отжиг при температурах 873-973 К. Использование такого метода для дегазации водорода из материалов в нано- или субмикрокристаллическом состоянии может приводить к их рекристаллизации и росту зерен. Вероятность рекристаллизации нано- и субмикрокристаллического состояний можно уменьшить, понизив температуру дегазации водорода. Известно [22, 23], что облучение металлов и сплавов электронным пучком активизирует диффузию и выход водорода из облучаемого материала, что приводит к заметному сдвигу в низкотемпературную область максимума на кривой температурной зависимости интенсивности выхода водорода из металлических материалов, по сравнению с обычным термическим нагревом образцов в вакууме. Поэтому облучение электронным пучком может быть использовано для дегазации водорода с целью сохранения нано- и субмикрокристаллической структур, полученных при горячем прессовании. Однако, в настоящее время данные о влиянии облучения электронным пучком на стабильность нано- и субмикрокристаллического состояний титановых сплавов в литературе отсутствуют. Поэтому для оптимизации режимов формирования нано- и субмикрокристаллической состояний в титановых сплавах с использованием обратимого легирования водородом необходимо проведение экспериментальных исследований, связанных с влиянием условий облучения электронами на стабильность этих состояний.

Традиционно проблема взаимодействия водорода со сплавами титана рассматривалась в контексте борьбы с водородным охрупчиванием конструкций в процессе эксплуатации [24-26]. Водородная хрупкость сплавов титана обусловлена, прежде всего, выделением в структуре гидридов. При комнатной температуре предельная растворимость водорода в а фазе титана не превышает 0,002 мас.%, а в (3 фазе титана - достигает 2,1 мас.% [27]. Поэтому гидриды в сплавах титана, содержащих Р фазу, наблюдаются при больших концентрациях водорода, чем в чистом титане. Однако присутствие водорода может приводить к хрупкости сплавов титана в процессе эксплуатации даже в том случае, если его концентрация не превышает предельно допустимого значения. Это связано с тем, что водород, благодаря высокой диффузионной подвижности в металлах, может перераспределяться в объеме под действием полей упругих напряжений, образуя скопления в наиболее напряженных участках. Тем самым, увеличивается вероятность выделения гидридов и трещинообразования [28]. В литературе имеются данные [27, 28], согласно которым формирование в титановых сплавах мелкозернистой структуры повышает их сопротивление водородному охрупчи-ванию. Однако подробные исследования сопротивления водородному охрупчи-ванию мелкозернистой и, тем более, нано- и субмикрокристаллической структур сплавов титана не проводились. Между тем, перспектива использования титановых сплавов в нано- и субмикрокристаллическом состояниях во многом зависит от их устойчивости к водородному охрупчиванию. Так как, известно [29], что скорость поглощения водорода поликристаллическими титаном и его сплавами увеличивается с уменьшением размера зерен. Поэтому исследования влияния легирования водородом на деформационное поведение и служебные характеристики сплавов титана с нано- и субмикрокристаллической структурой являются актуальными.

Целью работы является изучение влияния водорода на структурно-фазовое состояние, деформационное поведение и механические свойства (а + |3) титанового сплава Тл-6А1-4У с субмикрокристаллической структурой, полученной с использованием обратимого легирования водородом.

Научная новизна. В работе впервые:

- на примере сплава титана Ть6А1-4У проведено комплексное исследование влияния водорода на эволюцию структурно-фазового состояния в процессе формирования субмикрокристаллической структуры в (ос + Р) титановых сплавах методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию;

- обнаружено, что горячая пластическая деформация при температурах 9731023 К инициирует в (а + Р) титановом сплаве И-6А1-4У, легированном водородом до концентраций (0,2 ч- 0,33) мас.%, фазовое превращение Р —> а, способствующее формированию в сплаве однофазного нанокристаллическо-го состояния;

- показано, что снижение температуры начала роста зерен в легированном водородом нано- и субмикрокристаллическом сплаве Ть6А1-4У в условиях облучения электронами связано с уменьшением величины энергии активации собирательной рекристаллизации сплава, контролируемой самодиффузией титана по границам зерен;

- установлено, что, находясь в твердом растворе, водород повышает устойчивость субмикрокристаллического сплава Тл-бАМУ к локализации пластической деформации в процессе растяжения при комнатной температуре и снижает при повышенных (873-973 К) температурах.

Практическая ценность. В работе выявлены основные закономерности формирования субмикрокристаллического состояния в титановом сплаве Ть6А1-4У посредством метода, сочетающего обратимое легирование водородом и горячее прессование. Результаты этих исследований могут быть использованы при разработке режимов термо-водородной обработки титановых сплаbob с целью получения структур с заданными прочностными и/или сверхпластическими свойствами.

Установлено, что метод, сочетающий обратимое легирование водородом и однократное прессование на 80%, позволяет сформировать в сплаве Ti-6A1-4V субмикрокристаллическое состояние.

Показано, что формируемая методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячее прессование, субмикрокристаллическая структура стабильна при отжигах в интервале температур до 873 К, что дает основание полагать, что субмикрокристаллическое состояние может быть сохранено и при дальнейших технологических обработках.

На примере сплава Ti-6A1-4V установлено, что формирование в (а + |3) двухфазных титановых сплавах субмикрокристаллического состояния приводит к повышению их механических свойств и сопротивления водородной хрупкости при комнатной температуре.

Положения, выносимые на защиту.

1. Особенности формирования субмикрокристаллического состояния в сплаве Ti-6A1-4V методом, сочетающим обратимое легирование водородом и горячую пластическую деформацию, заключающиеся в инициировании горячей пластической деформацией фазового превращения {3 —> а в присутствии водорода и наличии обратного фазового превращения а -> f3 при дегазации водорода путем отжига в вакууме при температуре 873 К или облучения электронами в интервале температур 523-653 К, приводящих к сдвиговым деформациям, способствующим измельчению зерен до субмикронных размеров.

2. Снижение энергии активации и температуры начала собирательной рекристаллизации для нано- и субмикрокристаллического сплава Ti-6Al-4V, легированного водородом, при дегазации водорода в условиях облучения электронным пучком по сравнению с отжигом в вакууме.

3. Особенности деформационного поведения субмикрокристаллического сплава Ti-6A1-4V, легированного водородом до 0,33 мас.%, по сравнению с неле9 тированным водородом субмикрокристаллическим сплавом TÍ-6A1-4V, заключающиеся в повышении при комнатной температуре и снижении при повышенных температурах устойчивости к локализации пластической деформации в условиях растяжении. 4. Увеличение концентрации водорода, соответствующей переходу к хрупкому разрушению при комнатной температуре, для легированного водородом сплава TÍ-6A1-4V в субмикрокристаллическом состоянии по сравнению с крупнозернистым состоянием.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих международных и всероссийских конференциях и семинарах: V и VI Всероссийских школах-семинарах с международным участием «Новые материалы. Создание, структура, свойства» (Томск, 2005-2006); Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» (Томск, 13-16 декабря 2005); III, IV и V Международных конференциях студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2006.-2008); международной конференции по физической мезомеханике, компьютерному конструированию и разработке новых материалов (Томск, 2006); III, IV и V Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2007-2009); VIII и IX Международных научно-технических Уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых (Екатеринбург, 2007-2008); XIII и XIV Международных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2007-2008); Первой международной научной конференции «Наноструктурные материалы-2008: Беларусь - Россия - Украина (НАНО-2008)» (Минск, 2008); 9th International Conference on Modification of Materials with Particle beams and Plasma Flows (Tomsk, 2008); Международной школе-семинаре «Многоуровневые подходы в физической мезомеханике. Фундаментальные основы и инженерные приложения» (Томск, 2008); XI Международной конференции «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» (Екатеринбург, 10-14 апреля 2008); IV Международной кон

10 ференции «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (Черноголовка, 4-8 сентября 2006); IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск, 19-21 октября 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 5 - в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора в проведение исследований и получение результатов является определяющим. Все результаты, приведенные в диссертации, получены при ее непосредственном участии.

Выражаю глубокую благодарность научным руководителям доктору физ.-мат. наук, в.н.с. Грабовецкой Г.П. и доктору физ.-мат. наук, профессору Чернову И.П. за постоянное внимание и содействие в постановке задачи исследований, выполнении и написании работы. Искренне признательна своим коллегам: Мишину И.П., Никитенкову H.H., Раточке И.В., Забудченко О.В., Лыковой О.Н. за помощь в работе.

Выводы

1. Установлено, что предварительное легирование водородом до концентраций (0,2 4- 0,33) мас.% позволяет сформировать в сплаве Т1-6А1-4У субмикрокристаллическое состояние путем однократного одноосного прессования на 80% и последующей дегазации в вакууме при температуре 873 К.

2. Пластическая деформация прессованием при температурах (973 4- 1023) К инициирует в двухфазном (а + (3) титановом сплаве Т1-6А1-4У, предварительно легированном водородом до концентраций (0,2 4- 0,33) мас.%, превращение |3 —> а, вызывающее фазовый наклеп, что способствует формированию в сплаве нанокристаллического состояния.

3. Формирование нано- и субмикрокристаллической структуры позволяет снизить температуру активного выхода водорода из сплава Т1-6А1-4У-Н при облучении электронами на 200-350 К по сравнению с крупнозернистым состоянием.

4. Температура начала роста зерен нано- и субмикрокристаллического сплава Т1-6А1-4У-Н в условиях дегазации водорода облучением электронами ниже, а скорость роста зерен выше по сравнению с соответствующими значениями в условиях дегазации водорода путем отжига в вакууме при температуре 873 К. Установлено, что причиной такого изменения скорости и температуры начала роста зерен является уменьшение в условиях облучения электронами энергии активации собирательной рекристаллизации сплава, контролируемой зернограничной самодиффузией титана.

5. Присутствие в субмикрокристаллическом сплаве П-6А1-4У водорода в твердом растворе в количестве до 0,33 мас.% препятствует развитию локализации пластической деформации в процессе растяжения при комнатной температуре и приводит к увеличению эффекта упрочнения и общей деформации до разрушения.

6. В интервале температур 293-873 К легирование субмикрокристаллического сплава Т1-6А1-4У водородом до 0,33 мас.% незначительно влияет на значения его пределов прочности и текучести. При температурах выше 873 К увеличение концентрации водорода до 0,33 мас.% приводит к росту пределов прочности и текучести в 2-3 раза и снижению величины деформации до разрушения в 3-4 раза.

7. Установлено, что формирование субмикрокристаллического состояния в сплаве Тл-6А1-4У позволяет в два раза повысить концентрацию водорода, соответствующую переходу сплава при комнатной температуре к хрупкому разрушению, по сравнению с крупнозернистым состоянием сплава.

1. Александров A.B. Особенности развития современного рынка титана // Труды международной конференции «Ti-2007 в СНГ». — Украина, г. Ялта; 15-18 апреля 2007 г. - Ялта, 2007. - С. 7-10.

2. Thull R. Naturwissenschaftliche Aspekte von Werkstoffen in der Medizin // Naturwissenschaften. 1994. -№81. - P. 481-488.

3. Long M., Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement a materials science perspective // Biomaterials. - 1998. - Vol. 19. - P. 1621-1639.4. ■ Cost Affordable Titanium. Symposium Dedicated to Professor Harvey Flower

4. Eds. by F.H. (Sam) Froes, M. Ashraf Imam, Derek Fray. Proc. of TMS Annual Meeting. Charlotte, North Carolina, USA, 2004.

5. Валиев P.3., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000. - 272 с.

6. Колобов Ю.Р., Валиев Р.З., Грабовецкая Г.П. и др. Зернограничная диффузия и свойства наноструктурных материалов. Новосибирск: Наука, 2001.-213 с.

7. Носкова Н.И., Мулюков P.P. Субмикрокристаллические и • нанокристалические металлы и сплавы. — Екатеринбург: УрО РАН, 2003.-278 с.

8. Morris D.G. Mechanical behavior of nanostructured materials. Switherland: Trans. Tech. Publication ltd, 1998. - 85 p.

9. Birringer R., Gleiter H. Nanocrystalline materials a first report // Encyclopedia of materials Science and Engeneering // ed. R.W. Cahn. Oxford, Pergamon Press. - 1988. -V. 1 (Suppl. 1). - P. 339-349.

10. Валиев P.3., Ислагалиев P.K., Юнусова Н.Ф. Сверхпластичность наноструктурных металлических материалов, полученных методами интенсивной пластической деформации // МиТОМ. 2006. - № 2 (608). - С. 5-10.

11. Mishra R.S., Islamgaliev R.K., Mukherjee A.K. et al. Severe plastic deformation processing and high strain rate superplasticity in an aluminum matrix composite // Scripta Materialia. 1999. - V.40. -№10. - P. 1151-1155.

12. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta Materialia. 2000. - V. 28. - №1. - P. 1-29.

13. Валиев P.3., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. 398 с.

14. Ко Y.G., Lee C.S., Shin D.H., and Semiatin S.L. Low-Temperature Super-plasticity of Ultra-Fine-Grained Ti-6A1-4V Processed by Equal-Channel Angular Pressing // Metallurgical and Materials Transactions A V. 37 A, February. - 2006. - P. 381-391.

15. Колачев Б.А., Садков B.B., Талалаев В.Д., Фишгойт А.В. Вакуумный отжиг титановых конструкций. — М.: Машиностроение, 1991. 224 с.

16. Ильин А.А., Мамонтов A.M., Коллеров М.Ю. Научные основы и принципы построения технологических процессов термоводородной обработки титановых сплавов // Металлы. — 1994. №4. - С. 157-167.

17. Ильин А.А. Механизм и кинетика фазовых и структурных превращений в титановых сплавах. М.: Наука, 1994. - 304 с.

18. Патент №2115759 RU CI 6С 22F 1/18. Способ получения полуфабрикатов с мелкокристаллической глобулярной структурой в а- и а + |3 титановых сплавах / Мазурский М.И., Мурзинова М.А., Афоничев Д.Д., Сали-щев Г.А. 29.04.96.

19. Yoshimura Н., Nakahigashi J. Tensile and impact properties of mesoscopic-grained a + 3 titanium alloys obtained through hydrogen treatments // Journal of Alloys and Compounds. 1999. - V. 293-295. - P. 858-861.

20. Nakahigashi J., Yoshimura H. Ultra-fine grain refinement and tensile properties of titanium alloys obtained through protium treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2002. - V. 330-332. - P. 384-388.

21. Ильин А.А., Мамонтов A.M., Носов В.К., Майстров В.М. О влиянии водорода на диффузионную подвижность атомов металлической подре-шетки р-фазы титановых сплавов // Металлы. 1994. — №5. - С. 99-103.

22. Тюрин Ю.И., Чернов И.П. Неравновесный выход атомарного водорода из металлов при облучении // ДАН. 1999. - Т. 367. - С. 328-332.

23. Колобов Ю.Р., Чернов И.П., Пучкарева Л.Н. и др. Способ получения изделий из титана и его сплавов с субмикрокристаллической структурой. Патент РФ №2192497 (приоритет от 9.01.2001).

24. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. - 266 с.

25. Ливанов В.А., Буханова A.A., Колачев Б.А. Водород в титане. М.: Ме-таллургиздат, 1962. - 248 с.

26. G.A. Lenning, С.М. Craighead, R.I. Jaffe // Trans. Amer. Inst. Min (metal) Engrs. 1957. - V. 200. - P. 367.

27. Gleiter H. Nanocrystalline materials // Physica status solid. 1992. - V. 172. -P. 41-52.

28. Грабовецкая Г.П., Мишин И.П., Раточка И.В. и др. Зернограничная диффузия никеля в субмикрокристаллическом молибдене, полученном интенсивной пластической деформацией // Письма в ЖТФ. 2008. - Т. 33. -№4.-С. 36-38.

29. Лариков Л.Н. Диффузионные процессы в нанокристаллических материалах // Металлофизика и новейшие технологии. 1995. - Т. 17. - №1. -С. 3-29.

30. Жорин В .А., Шашкин Д.П., Ениколопян Н.С. Дробление кристаллов в процессе пластического течения при высоком давлении // Доклады АН СССР. 1984. - Т. 278. - №1. - С. 144-147.

31. Кузнецов Р.И., Быков В.И., Чернышев В.П. и др. Пластическая деформация твердых тел под давлением. Свердловск: ИФМ УНЦ РАН, 1982. - Препринт 4/85.

32. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: Иностранная литература, 1955. — 444 с.

33. Valiev R.Z., Ivanisenko Yu.V., Rauch E.F., Baudelet В. Structure and deformation behavior of ARMCO iron subjected to severe plastic deformation // Acta Materialia. 1997. - V. 44. - P. 4705^712.

34. Сегал B.M., Резников В.И., Дробышевский A.E., Копылов В.И. Пластическая обработка металлов простым сдвигом // Известия АН СССР. Металлы. — 1981. — №1. — С. 115-123.

35. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И., Павлик Д.А., Малышев В.Ф. Процессы пластического структурообразования металлов. — Минск: Навука i тэхшка, 1994. 232 с.

36. Валиев Р.З., Гундеров Д.В., Мурашкин М.Ю. и др. Объемные нанострук-турные металлы и сплавы с уникальными механическими свойствами для перспективных применений // Вестник УГАТУ. 2006. - т.7. - №3 (16).-С. 23-34.

37. Ахмадеев H.A., Валиев Р.З., Копылов В.И., Мулюков P.P. Формирование субмикрозернистой структуры в меди с использованием интенсивного сдвигового деформирования // Известия РАН. Металлы. 1992. - №5. — С. 96-101.

38. Iwahashi Y., Horita Z., Nemoto M., Langdon T.G. // Acta Mater. 1998. -Vol. 46.-P. 1589.

39. Langdon T.G. Using equal-channel angular pressing for refining grain size / T.G. Langdon, M. Furukawa, M. Nemoto, Z. Horita // JOM. 2000. - V. 52 -№4.-P. 30-33.

40. Салищев Г.А., Валиахметов O.P., Галеев P.M., Малышева С.П. Формирование субмикрокристаллической структуры в титане при пластической деформации и ее влияние на механические свойства // Металлы. — 1996. — №4.-С. 86-91.

41. Жеребцов C.B., Салищев Г.А., Галеев P.M. Формирование субмикрокристаллической структуры в титане и его сплавах // В сб.

42. Физикохимия ультрадисперсных систем. Ч. I. — Екатеринбург: УрО РАН, 2001.-С. 189-194.

43. Патент №2134308 RU Cl 6С 22F 1/18. Способ обработки титановых сплавов / Кайбышев O.A., Салищев Г.А., Галлеев P.M. и др. 10.08.99. Бюл. 22.

44. Жеребцов C.B., Галеев P.M., Валиахметов O.P. и др. Формирование субмикрокристаллической структуры в титановых сплавах интенсивной пластической деформацией // Кузнечно-штамповочное производство. — 1999.-№7. -С. 17-22.

45. Грабовецкая Г.П., Чернова JI.B., Колобов Ю.Р. и др. Структура и деформационное поведение субмикрокристаллического титана при ползучести // Физическая мезомеханика. 2002. - Т. 5. — №6. - С.87-94.

46. Grabovetskaya G.P., Kolobov Yu.R., Ivanov K.V., Girsova N.V. Structure and Creep Behavior of Nanostructured Materials Produced by Severe Plastic Deformation // The of Metals and Metallography. 2002. - V.94. - Suppl.2. -P. S37-S44.

47. Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р. и др. Влияние холодной пластической деформации на структуру, деформационное поведение и механические свойства ультрамелкозернистого титана // Физическая мезомеханика. — 2004. №7. - Спец.выпуск ч.2. - С. 22-25.

48. Салищев Г.А., Жеребцов C.B., Малышева С.П., и др. Практические аспекты применения титановых сплавов с нанокристаллической структурой // Труды международной конференции «Ti-2007 в СНГ». — Украина, г.Ялта, 15-18 апреля 2007 г. Ялта, 2007. - С. 7-10.

49. Ерошенко А. Ю., Шаркеев Ю. П., Толмачев А.И. и др. Структура и свойства объемного ультрамелкозернистого титана, полученного abcпрессованием и прокаткой // Перспективные материалы. 2009. - Спец. выпуск. - №7. - С. 107-112.

50. Валиев Р.З., Корзников A.B., Мулюков P.P. Структура и свойства металлических материалов с субмикрокристаллической структурой // ФММ. — 1992.-№4.-С. 70-85.

51. Раточка И.В., Лыкова О.Н., Колобов Ю.Р., Манжула А.Ю. Влияние неоднородности распределения по размерам элементов субмикрокристаллической структуры на механические свойства сплава ВТ-6 // Известия вузов. Физика. 2008. - Т. 51. - №7. - С. 8-11.

52. Салищев Г.А., Галеев P.M., Малышева С.П. и др. Формирование субмикрокристаллической структуры в титане и титановых сплавов и их механические свойства // МиТОМ. 2006. - №2 (608). - С. 19-26.

53. Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В., Мишин И.П. Эволюция структуры и деформационное поведение сплава ВТ6 в процессе высокотемпературной ползучести // Физическая мезомеханика. — Т. 8. -Спец.вып. 2005. - С. 75-78.

54. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин A.B. Физическая мезомеханика деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. I. Физические основы многоуровневого подхода // Физическая мезомеханика. -2006. Т. 9. - №3. - С.9-22.

55. Поверхностные слои и внутренние границы раздела в гетерогенных материалах / под ред. В.Е. Панина. Новосибирск: Изд.-во СО РАН, 2006. -519 с.

56. Дударев Е.В., Бакач Г.П., Грабовецкая Г.П. и др. Деформационное поведение и локализация пластической деформации на мезо- и макромас-штабном уровнях в субмикрокристаллическом титане // Физическая ме-зомеханика. 2001. - Т. 4. - №1. - С.97-104.

57. Мороз JI.C. Механика и физика деформаций и разрушение материалов. -М.: Машиностроение, 1984. 224 с.

58. Панин В.Е., Деревягина JI.C., Валиев Р.З. Механизм локализованной деформации субмикрокристаллической меди при растяжении // Физическая мезомеханика. 1999. - Т. 2. - №1-2. - С. 89-95.

59. Панин А.В., Панин Е.В., Почивалов Ю.И. и др. Пластическая деформация образцов субмикрокристаллического титана // В кн. Физикохимия ультрадисперсных (нано)систем. — 2003. — С. 253—257.

60. Zhu Y.T., Kolobov Yu.R., Grabovetskaya G.P., et al. Microstructures and mechanical properties of ultrafine-grained Ti foil processed by equal-channel angular pressing and cold rolling // J. Mater. Res. 2003. - V. 18. - №4. -P. 1011-1016.

61. Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р., Гирсова Н.В. и др. Способ получения высокопрочной фольги из титана. Патент РФ №2243835, опубликован 10.01.2005 г. Бюллетень №1.

62. Мазурский М.И., Мурзинова М.А., Салищев Г.А., Афоничев Д.Д. Использование водородного легирования для формирования субмикрокристаллической структуры в двухфазных титановых сплавах // Металлы. — 1995.-№6.-С. 83-88.

63. Салищев Г.А., Мурзинова М.А., Афоничев Д.Д. Особенности фазовых превращений в наводороженных сплавах титана с исходной субмикрокристаллической, структурой // В сб. Физикохимия ультрадисперсных систем. Ч. I. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. — С.181-189.

64. Колачев Б.А. Обратимое легирование титановых сплавов водородом // МиТОМ. 1993. -№10. - С. 28-32.

65. Yoshimura H., Nakahigashi J. Ultra-fine grain refinement, superplasticity and its application of titanium alloys obtained through protium treatment // Mat. Sci. Forum. 2003. - V. 426-432. - P. 673-680.

66. Носов B.K., Колачев Б.А. Водородное пластифицирование при горячей пластической деформации титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1986. -118 с.

67. Ильин А.А. Фазовые и структурные превращения в титановых сплавах, легированных водородом // Известия вузов. Цв. Металлургия. 1987. -№1. - С. 96-101.

68. Vigor C.W., Hornaday J.R. // Metal Progress. 1954. - №66 (4). - P. 103108.

69. Гольцов B.A., Тимофеев Н.И., Мачикина И.Ю. Явление фазового наклепа в гидридообразующих металлах и сплавах // Докл. АН СССР. — 1977.-Т. 235.-№5.-С. 1060-1063.

70. Goltsov V.A. Hydrogen treatment (processing) of materials: current status and prospects // Journal of Alloys and Compounds. 1999. - V. 293-295. -P. 844-857.

71. Взаимодействие водорода с металлами // В.Н. Агеев, И.Н. Бекман и др. — М.: Наука, 1987.-296 с.

72. Гидридные системы: Справочник / Колачев Б.А., Ильин А.А., Лавренко В.А., Левинский Ю.В. М.: Металлургия, 1992. - 352 с.

73. Mc Quillian A.D. "Proc. Roy. Soc.", 1951. - V. 204A. - №1078. - P. 309323.

74. Ильин A.A., Мамонов A.M. Температурно-концентрационные диаграммы фазового состава водородсодержащих многокомпонентных сплавов на основе титана // Металлы. 1994. - №5. — С. 71—78.

75. Коллинз Е.В. Физическое металловедение титановых сплавов. — М.: Металлургия, 1988.-223 с.

76. Лясоцкая B.C., Князева С.И. Метастабильные фазы в титановых сплавах и условия их образования // МиТОМ. 2008. - №8 (638). - С. 15-19.

77. Ильин A.A. Некоторые аспекты взаимодействия водорода с металлическими материалами // Металлы. 1994. — №5. - С.65-70.

78. Qazi J.T., Senkov O.N., Rahim J., et al. Kinetics of martensite decomposition in Ti-6Al-4V-xH alloys // Materials Science and Engineering. 2003. -V. A359.-P. 137-149.

79. Ильин A.A., Колачев Б.А., Михайлов Ю.В. Термоводородная обработка титановых сплавов разных классов // в сб. Металловедение и обработка цветных сплавов. М.: Наука, 1992. - 230 с.

80. Kerr W.R., Smith P.R., Robertson М.Е. et al. Hydrogen as an alloying element in titanium (hydrovac) // Titanium 80: Science and Technology. V. 4 / Ed. Kimura and O.Izumi О (Warrendale, PA: TSM). - 1980. - P. 2477-2586.

81. Понятовский Е.Г., Башкин И.О., Сеньков О.Н. и др. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации титанового сплава ВТ20 при температурах до 740°С // ФММ. 1988. - Т. 68. - вып.6. - С. 1167-1172.

82. Башкин И.О., Понятовский Е.Г., Сеньков О.Н. и др. Влияние скорости деформации на эффект водородного пластифицирования титанового сплава ВТ20 в интервале 550-800°С // ФММ. 1990. - №2. - С. 170-177.

83. Сеньков О.Н., Башкин И.О., Малышев Ю.В. и др. Исследование закономерностей пластической деформации легированного водородом титанового сплава ВТ20 в интервале температур 823-1073 К // ФММ. 1990. -№7.-С. 119-127.

84. Гаделылин М.Ш., Анисимова Л.И., Бойцова Е.С. Водородное пластифицирование титановых сплавов // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. 2004. - №9. - C. 26-29.

85. Башкин И.О., Малышев Ю.В., Аксенов Ю.А. и др. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации титанового сплава ВТ6 при температурах до 930°С // ФММ. 1990. - №5. - С. 168-174.

86. Аксенов Ю.А., Башкин И.О., Колмогоров B.JI. и др. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации технического титана ВТ 1-0 при температурах до 750°С // ФММ. 1989. - Т. 67. - вып.5. - С. 993999.

87. Wang Q., Han X., Li Z.H. et al. Hydrogenation and its effect on behavior of hot deformation in Ti-6A1-4V alloy // Mat. Forum. 2005. - V. 29. - P. 318322.

88. Сеньков O.H., Башкин И.О., Хасанов С.С. и др. Структура титанового сплава ВТ20 после обработки водородом и деформации в области умеренных температур // ФММ. 1993. - Т. 76. - №1. - С. 128-138.

89. Lederich R.J., Sastry S.M.L., O'Neal Т.Е. Microstructural refinements for superplastic forming optimization in titanium alloys // Titanium Science and Technology. Proc. 5th Intern. Conf. Munich: 1984. Oberursel: 1985. V. 2. -P. 695-702.

90. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М.: Металлургия, 1976.- 184 с.

91. Драчинский А.С., Трефилов В.И. // Вопросы физики материалов и металловедения. 1964. - №18. - С. 22-25.

92. Колачев Б.А., Буханова А.А., Шевченко В.В. // Цветная металлургия. -1970. -№3. С. 114—149.

93. Колачев Б.А. Влияние водорода на структуру и свойства титана и его сплавов: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Б.А. Колачев; Московский авиационный технологический институт. М.: Б.и., 1967. — 33 с.

94. Williams D.N., Schwartzberg F.K., Jaffee R.I. "Trans. Amer. Soc. Metals".- 1959. V. 51. - P. 802-804.

95. Скворцова C.B., Ильин A.A., Гуртовая Г.В. и др. Фазовые и структурные превращения, происходящие в титановом сплаве BT20JI под действием водорода // Металлы. 2005. - №2. - С.45-53.

96. Chernov I.P., Mamontov А.Р., Tyurin Yu.I., Cherdantzev Y.P. Hydrogen migration in stainless steel and titanium alloys, stimulation by ionizing radiation // J. of Nucl. Mat. 1996. - V. 233-237. - P. 1118-1122.

97. Тюрин Ю.И., Чернов И.П. Аккумулирующие свойства водорода в твердом теле. М.: Энергоатомиздат, 2000. - 285 с.

98. Чернов И.П., Тюрин Ю.И. и др. Радиационно-стимулированный выход водорода из металлов и сплавов // Физика и химия обработки материалов. №2. - 1998. - С. 9-13.

99. Chernov I.P., Tyurin Yu.I., Cherdantzev Yu.P. Hydrogen migration and release in metals and alloys at heating and radiation effects // Hydrogen Energy.- 1999. V. 24. - P. 359-362.

100. Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Смекалина T.B. Механизм радиационно-стимулированной диффузии и выхода водорода из металлов // Физика и химия обработки материалов. — №3. 1998. - С. 11-16.

101. Мамонтов А.П., Чернов И.П. Эффект малых доз ионизирующего облучения. 2-е изд., перераб. и доп. — Томск: Дельтаплан, 2009. - 288 с.

102. Сериков Л.В., Шиян Л.Н., Горбачев А.Ф. // А.с. №1695181. 1988 // . Бюлл. изобр. - 1991. - №44. - С. 44.

103. Ильин A.A., Михайлов Ю.В., Носов B.K. и др. Влияние водорода на распределение легирующих элементов между а- и ß-фазами в титановом сплаве ВТ23 // ФХММ. 1987. -№1. - С. 112-114.

104. Ильин A.A., Скворцова C.B., Мамонов A.M. и др. Управление комплексом механических свойств титановых сплавов путем модифицирования структуры методами термоводородной обработки // ТИТАН. 2004. -№1.-С. 25-29.

105. Анисимова Л.И., Елкина O.A. Структура и свойства сплава Вт20, легированного водородом // Металлы. 1995. - №6. — С.59-63.

106. Zhang Shaoqing, Zhao Linruo. Effect of hydrogen on superplasticity and microstructure of Ti-6A1-4V alloy // Journal of Alloys and Compounds. 1995. - V. 218. -P.233-236.

107. Понятовский Е.Г., Сеньков O.H., Башкин И.О. Механические свойства титанового сплава ВТ20 с различным исходным содержанием водорода // ФММ. 1991. - №8. - С. 191-197.

108. Колачев Б.А., Носов В.К. Водородное пластифицирование и сверхпластичность титановых сплавов // ФММ. 1984. - Т. 57. - вып.2. - С. 288297.

109. Мурзинова М.А., Салищев Г.А., Афоничев Д.Д. Сверхпластичность титанового сплава ВТ6, легированного водородом, с субмикрокристаллической структурой // Физика металлов и металловедение. — 2007. — Т. 104, №2.-С. 204-211.

110. Агасян П.К., Хамракулов Т.К. Кулонометрические методы анализа. — М.: Химия, 1984. 166 с.

111. Баумбах X., Кренинг М., Тюрин Ю.И., Чернов И.П., Черданцев Ю.П. Неравновесные системы металл-водород. Титан, нержавеющая сталь. Томск: Изд.-во Томского ун.-та, 2002. 350 с.

112. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.-375 с.

113. Чернов И.П., Черданцев Ю.П., Тюрин Ю.И. Методы исследования систем металл-водород. — М.: Энергоатомиздат; Томск: STT, 2004. 270 с.

114. Билби Б.А., Христиан И.В. Мартенситные превращения // Успехи физических наук. 1960. - т. LXX. - вып. 3. - С. 3-50.

115. Амерханов H.M., Исламгалиев P.K., Валиев Р.З. Релаксационные процессы и рост зерен при изотерическом отжиге ультрамелкозернистой меди, полученной интенсивной пластической деформацией // ФММ. — 1998. — Т. 86. — С.99-105.

116. Lian J., Valiev R.Z., Baudele E.B. On the enhanced grain growth in ultrafine grain metals // Acta Met. Mater. 1995. - V. 43. - P. 4165-4170.

117. Горелик C.C. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1967.-403 с.

118. Фрост Г. Дж., Эшби М.Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск: Металлургия, 1989. - 325 с.

119. Мельникова E.H., Грабовецкая Г.П., Колобов Ю.Р. Влияние водорода на деформационное поведение и разрушение сплава Ti-6A1-4V в субмикрокристаллическом состоянии // Деформация и разрушение материалов. -№9.-2008.-С. 26-31.

120. Структурные уровни пластической деформации и разрушения /Панин В.Е., Гриняев Ю.В., Данилов В.И. и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние, 1990.-255 с.

121. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. — М.: Металлургия, 1984. 264 с.

122. Овчинников А.В., Носов В.К., Щугорев Ю.Ю. Влияние водорода на особенности пластической деформации сплава Ti-6A1-4V // Труды международной конференции «Ti-2007 в СНГ». — Украина, г.Ялта, 15-18 апреля 2007 г. Ялта, 2007. - С. 403-406.

123. Панин А.В. Нелинейные волны локализованного пластического течения в наноструктурированных поверхностных слоях твердых тел и тонких пленок // Физическая мезомеханика. 2005. - Т. 8. - №3. - С. 5-17.

124. Пресняков А. А. Локализация пластической деформации. М.: Машиностроение, 1983. - 56 с.

125. Штремель М.А. Прочность сплавов. 4.2. Деформация. М.: МИСИС, 1997.-527 с.

126. Hirth J.P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Trans. A. 1980. - V. 11 A. - P. 861-890.

127. Robertson I.V. The effect of hydrogen on dislocation dynamics // Engineering Fracture Mechanics. 2001. - V. 68. - P. 671-692.145.146.147.148.149.150.

128. Dutta Abhidjit, Birla N.C. Stress Induced Hydrogen Diffusion in a+ß Titanium Alloy During Superplastic Deformation // Scripta Metal. — 1987. -V. 21.-P. 1051-1054.

129. Ильин A.A., Колачев Б.А., Носов B.K. Водородная технология титановых сплавов. М.: МИСИС, 2002. - 392 с.