Научный руководитель: Бабушкин Алексей Николаевич, д.ф-м.н.
Соавторы: Ещенко Раиса Николаевна, Елкина Ольга Аркадьевна

Исследования выполнены на образцах титана технической чистоты и титана, которые насыщали газом до концентрации (TiHx) x= 0,4; 0,7; 1,1. Особого внимания заслуживает тот факт, что в одинаковых условиях сдвига под давлением безводородный титан деформируется хуже, чем титан, легированный водородом. Присутствие в последнем крайне хрупкой с низкой прочностью гидридной фазы, казалось бы, должно осложнять процесс деформирования такого материала, а не способствовать ему. Это дает основание обсудить особую роль водорода при сильной деформации под давлением.

После гидрирования микроструктура состоит преимущественно из длинных пластин фазыaTi и гидрида. По условиям эксперимента образцы в виде дисков толщиной 0,20- 0,25 мм и диаметром 5 мм первоначально подвергаются сжатию в наковальнях до давления 8 ГПа при комнатной температуре, затем при высоком давлении осуществляется сдвиговая деформация путем поворота наковален вокруг оси на различные углы, соответствующие степени деформации (e) , рассчитаной по формуле:

где j - угол поворота наковален в радианах; r- радиус, b- толщина образца. Специфичность метода закключается в том, что материал деформируется в объеме, жестко ограниченном ячейкой наковален, обеспечивая услоия квазигидростатичности в процессе обработки.

Указанные воздействия определяют последовательнось структурных превращений. При наложении квазигидростатического давления 8ГПа в титане и титане с водородом происходит образование w- фазы по реакции a -w, которая сохраняется после снятия давления. По данным рентгеноструктурного анализа после сдвиговой деформации под давлением в структуре титана основной фазой остается ГПУ a- фаза.

Микроструктура титана, деформированного со степенью e= 4, крайне неоднородная, наблюдаются большие области деформированной структуры с высокой плотностью хаотически распределенных дислокаций и только в отдельных участках начинается разбиение крупных исходных зерен a-Ti. Увеличение деформации до 7 вызывает значитльное измельчение структуры практически во всем объеме образца, при этом формируется структура, подобная обычной мелкодисперсной зеренной с размером кристаллитов 50- 100нм.

В титане с водородом сдвигу под давлением подвергаются фазы a- Ti и гидрида, присутствующие в исходном состояни, и вновь образовавшаяся w- фаза. После сдвиговой деформации в структуре присутствуют все три фазы, хотя количественное соотношение a- и w- фаз изменяется вследствие продолжающегося a- w превращения.

Частицы w- фазы, наблюдаемые на темнопольных снимках, имеют вид тонких приблизительно одинаково ориентированных пластинок ьразмером несколько нанометров. Электронно-микроскопические наблюдения показали, что при степени деформации e>4 формируется чрезвыайно дисперсная структура. Микроэлектронограммы, в основном состоят из концентрических колец переменной интенсивности, свидетельствующие о дисперсности и высокой разоориентированности кристаллов; на микроэлектронограммах четко выделяется ориентировка [01.1] w- фазы.

Созданная многофазная наноструктура в титане с водородом, полагаем обладает новым комплексом физико-механических характеристик. В связи с этим изучена термическая стабильность полученного материала. Высокотемпературные рентгеновские исследования и электронномикроскопические наблюдения показали, что w- фаза в наноструктуре титана с водородом сохраняется при нагреве до 300- 3200С. В титане с водородом рекристализованные зерна a- фазы появляется вблиз температуры эвтектоидного превращения (280- 3200С), в наноструктуре титана без водорода - после нагрева до 170- 1800С. Рекристаллизация гидридной фазы в наноструктуре не обнаружена, происходит ее растворение до начала такого процесса. Как видно, присутствие водорода играет заметную стабилизирующую роль в условиях нагрева деформированной структуры.