V. P. Pilyugin , T. M. Gapontseva, T. P. Tolmachev, T. I. Chashchukhina, L. M. Voronova, M. V. Degtyarev
EFFECT OF SEVERE DEFORMATION ON THE STRUCTURE, FRACTURE PATTERN AND MECHANICAL PROPERTIES OF REFRACTORY METALS
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.6.112-119 High-pressure torsion is a method enabling one to obtain high strains without destroying the material being processed and to form the submicro- and nanocrystalline states in it. In this paper, this technique serves to process some brittle refractory metals. Particularly, the effect of pressure on the plasticity of brittle refractory metals strained by high pressure torsion using Bridgman anvils is studied. Namely, the critical pressure required for the realization of severe plastic deformation of refractory metals without destroying it by high pressure torsion is established. This value of the deformation pressure is estimated as 0.05 of the bulk modulus or 0.015 of the shear modulus of each metal. It has been established that the structural transformations of brittle metals caused by high pressure torsion forming the submicro- and nanocrystalline states have a significant effect on the mechanical properties of the metals as leading to significant work hardening. Moreover, with increasing strain (the number of anvil rotations), the mechanism of the fracture of the samples changes from cleavage to quasi-ductile one on the boundaries of the crystallites.
Keywords: structure, severe plastic deformation, high pressure, critical pressure, refractory metals, plasticity, nanostructure, brittle fracture, ductile fracture References:
- Drits M.E., ed. Element Properties: reference work. Moscow, Metallurgy Publ., 1985, 672 p. (In Russian).
- Frost H.J., Ashby M.F. Deformation–mechanism maps. The plasticity and creeps of metals and ceramics. Cambridge University, UK, Pergamon press, 1982, 166 p.
- Bridgman P.W. Effects of High Shearing Stress Combined with High Hydrostatic Pressure. Physical Review, 1935, vol. 48, pp. 825–847.
- Pilyugin V.P., Voronova L.M., Degtyarev M.V., Chashchukhina T.I., Vykhodets V.B., Kurennykh T.E. Structure evolution of pure iron upon low-temperature deformation under high pressure. The Physics of Metals and Metallography, 2010, vol. 110, no. 6, pp. 564–573. DOI: 10.1134/S0031918X10120070
- Pilyugin V.P., Gapontseva T.M., Chashchukhina T.I., Voronova L.M., Shchinova L.I., Degtyarev M.V. Evolution of the structure and hardness of nickel upon cold and low-temperature deformation under pressure. The Physics of Metals and Metallography, 2008, vol. 105, no. 4, pp. 409–419. DOI: 10.1134/S0031918X08040157
- Degtyarev M.V., Chashchukhina T.I., Voronova L.M., Patselov A.M., Pilyugin V.P. Influence of the relaxation processes on the structure formation in pure metals and alloys under high-pressure torsion. Acta Materialia, 2007, vol. 55, no. 18, pp. 6039–6050. DOI: 10.1016/j.actamat.2007.04.017
- Gapontseva T.M., Pilyugin V.P., Degtyarev M.V., Voronova L.M., Chashchukhina T.I., Patselov A.M. Structural Changes and Properties of Molybdenum upon Cold and Cryogenic Deformation under Pressure. Russian Metallurgy (Metally), 2014, no. 10, pp. 812–816. DOI: 10.1134/S0036029514100024
- Gorbatov V.I., Polev V.F., Pilugin V.P., Korshunov I.G., Smirnov A.L., Talutz S.G., Brytkov D.A. Thermal diffusivity of submicro- and nanocrystalline niobium, titanium, and zirconium at high temperatures. High Temperature, 2013, vol. 51, no. 4, pp. 482–485. DOI: 10.1134/S0018151X1304010X
- Pilyugin V., Patselov A., Tolmachev T., Сhernyshov E., Ancharov A., Brytkov D. The Influence of Nanocrystalline Structure of Iron on б-е Phase Transformations under Pressure. Material Science Forum, 2013, vol. 738–739, pp. 108–113. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.738-739.108
- Koroleva L.F. Nanoparticulate zirconia-modified solid solutions of aluminum-iron oxides for polishing titanium metal. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 2015, iss. 1. Available at: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_1_2015_Koroleva_L._F..pdf
- Pilyugin V.P., Voronova L.M., Gapontseva T.M., Chashchukhina T.I., Degtyarev M.V. Structure and hardness of molybdenum upon deformation under pressure at room and cryogenic temperatures. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2014, vol. 43, pp. 59–63. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2013.10.022
- Panfilov P., Ermakov Al., Antonova O., Pilyugin V. Plastic deformation of polycrysta lline iridium at room temperature. Platinum Metals Review, 2009, vol. 53, pp. 139–144. DOI: 10.1595/147106709X463318
В. П. Пилюгин, Т. М. Гапонцева, Т. П. Толмачев, Л. М. Воронова, Т. И. Чащухина, М. В. Дегтярёв
ВЛИЯНИЕ БОЛЬШИХ ДЕФОРМАЦИЙ НА СТРУКТУРУ, ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ
В современном материаловедении бурно развивается область получения и исследования объемных субмикро- и нанокристаллических материалов деформационными методами под давлением. К ним относится в первую очередь метод кручения (сдвига) под высоким квазигидростатическим давлением на вращаемых наковальнях Бриджмена. Метод позволяет проводить в материалах интенсивную (или мега-) пластическую деформацию без разрушения образцов.
В современном материаловедении бурно развивается область получения и исследования объемных субмикро- и нанокристаллических материалов деформационными методами под давлением. К ним относится прежде всего метод кручения (сдвига) под высоким квазигидростатическим давлением на вращаемых наковальнях Бриджмена. Метод позволяет проводить в материалах интенсивную (или мега-) пластическую деформацию без разрушения образцов.
В работе проведено исследование влияния давления на пластичность тугоплавких (или близким к тугоплавким) хрупких переходных d-металлов V, Cr, Nb, Ta, Mo, W, Re, Ir при их деформации методом кручения под высоким давлением. Установлена величина критического давления, Рдеф. ≥ Ркр., необходимого для осуществления больших пластических деформаций указанных металлов без их разрушения в схеме кручения на наковальнях. Необходимые для этого величины критического давления исследованных металлов составляют 0,05 от модуля объемной упругости или 0,015 от модуля сдвига. Структурные превращения тугоплавких малопластичных металлов, вызванные большой пластической деформацией, оказывают существенное влияние на их механические свойства, в частности достижение наноструктурного состояния этих металлов в результате воздействия кручением под высоким давлением выше установленной пороговой величины давления, обеспечивают значительное деформационное упрочнение по данным микротвердости. По данным фрактографического анализа, переход из моно- в нанокристаллическое состояние приводит к смене механизма разрушения образцов с хрупкого излома, сколом, на квазивязкое (вязкоподобное) разрушение образца по границам кристаллитов.
Благодарность: Работа выполнена в рамках государственного задания ФАНО России тема «Давление» и при частичной поддержке проекта УрО РАН № 15-17-2-11. Электронно-микроскопическое исследование выполнено в ЦКП «Испытательный центр нанотехнологий и перспективных материалов» ИФМ УрО РАН. Ключевые слова: структура, интенсивная (мега-) пластическая деформация, высокое давление, критическое давление, тугоплавкие металлы, пластичность, наноструктура, хрупкое разрушение, вязкое разрушение Библиография:
- Element Properties : reference work / ed. by Drits M.E. – M. : Metallurgiya, 1985. – 672 pages. (In Russian).
- Frost H. J., Ashby M. F. Deformation–mechanism maps. The plasticity and creeps of metals and ceramics. – Cambridge University, UK : Pergamon press, 1982. – 166 p.
- Bridgman P. W. Effects of High Shearing Stress Combined with High Hydrostatic Pressure // Physical Review. – 1935. – Vol. 48. – P. 825–847.
- Structure evolution of pure iron upon low-temperature deformation under high pressure / V. P. Pilyugin, L. M. Voronova, M. V. Degtyarev, T. I. Chashchukhina, V. B. Vykhodets, T. E. Kurennykh // The Physics of Metals and Metallography. – 2010. – Vol. 110, no. 6. – P. 564– 573. – DOI: 10.1134/S0031918X10120070
- Evolution of the structure and hardness of nickel upon cold and low-temperature deformation under pressure / V. P. Pilyugin, T. M. Gapontseva, T. I. Chashchukhina, L. M. Voronova, L. I. Shchinova, M. V. Degtyarev // The Physics of Metals and Metallography. – 2008. – Vol. 105, no. 4. – P. 409–419. – DOI: 10.1134/S0031918X08040157
- Influence of the relaxation processes on the structure formation in pure metals and alloys under high-pressure torsion / M. V. Degtyarev, T. I. Chashchukhina, L. M. Voronova, A. M. Patselov, V. P. Pilyugin // Acta Materialia. – 2007. – Vol. 55, no. 18. – P. 6039–6050. – DOI: 10.1016/j.actamat.2007.04.017
- Structural Changes and Properties of Molybdenum upon Cold and Cryogenic Deformation under Pressure / T. M. Gapontseva, V. P. Pilyugin, M. V. Degtyarev, L. M. Voronova, T. I. Chashchukhina, A. M. Patselov // Russian Metallurgy (Metally). – 2014. – No. 10. – P. 812– 816. – DOI: 10.1134/S0036029514100024
- Thermal diffusivity of submicro- and nanocrystalline niobium, titanium, and zirconium at high temperatures / V. I. Gorbatov, V. F. Polev, V. P. Pilugin, I. G. Korshunov, A. L. Smirnov, S. G. Talutz, D. A. Brytkov // High Temperature. – 2013. – Vol. 51, no. 4. – P. 482–485. – DOI: 10.1134/S0018151X1304010X
- The Influence of Nanocrystalline Structure of Iron on б-е Phase Transformations under Pressure / Vitaly Pilyugin, Alexander Patselov, Timofey Tolmachev, Eugeny Сhernyshov, Alexey Ancharov, Dmitriy Brytkov // Material Science Forum. – 2013. – Vol. 738–739. – P. 108–113. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.738-739.108
- Koroleva L. F. Nanoparticulate zirconia-modified solid solutions of aluminum-iron oxides for polishing titanium metal // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. – 2015. – Iss. 1. – URL: http://dream-journal.org/DREAM_Issue_1_2015_Koroleva_L._F..pdf
- Structure and hardness of molybdenum upon deformation under pressure at room and cryogenic temperatures / V. P. Pilyugin, L. M. Voronova, T. M. Gapontseva, T. I. Chashchukhina, M. V. Degtyarev // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2014. – Vol. 43. – P. 59–63. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2013.10.022
- Panfilov P., Ermakov Al., Antonova O., Pilyugin V. Plastic deformation of polycrystalline iridium at room temperature // Platinum Metals Review. – 2009. – Vol. 53. – P. 139–144. – DOI: 10.1595/147106709X463318
   
Библиографическая ссылка на статью
Effect of Severe Deformation on the Structure, Fracture Pattern and Mechanical Properties of Refractory Metals / V. P. Pilyugin, T. M. Gapontseva, T. P. Tolmachev, T. I. Chashchukhina, L. M. Voronova, M. V. Degtyarev // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. -
2017. - Iss. 6. - P. 112-119. - DOI: 10.17804/2410-9908.2017.6.112-119. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_58.html (accessed: 21.12.2024).
|
