Исследование наноструктуры титана, деформированного при низких температурах

Abstract

С помощью криомеханической обработки и отжига получен объемный титан с размером зерна от нанометровых до субмикронных значений. Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции проведено исследование наноструктуры, определяющей необычные механические свойства нового материала. Результаты сравнительного изучения структур, сформированных деформированием при температурах близких к температуре жидкого азота и комнатной при различной активности скольжения и двойникования, показали, что большая степень измельчения зерна при криодеформации обусловлена механическим двойникованием. При этом двойникование, генерируя в результате фрагментации зерен множество различных ориентаций, приводит к увеличению числа рефлексов на дифрактограммах, обеспечивая структуре/текстуре рандомизирующий характер. Получены данные о средних размерах области когерентного рассеяния (ОКР) кристаллитов и величинах средних микродеформаций Δε. Предполагается, что более низкие величины микродеформаций Δε после криопрокатки обусловлены активизирующимися в результате отогрева до комнатной температуры процессами отдыха. Показано, что присутствующая в наноструктурном титане рентгеноаморфная фаза не является истинно аморфной, а отвечает ОКР с размерами d ≲ 15 нм.

За допомогою кріомеханічної обробки та відпалу, одержано об’ємний титан з розміром зерна від нанометрових до субмікронних значень. Методами електронної мікроскопії і рентгенівської дифракції виконано дослідження наноструктури, яка визначає незвичайні механічні властивості нового матеріалу. Результати порівняльного вивчення структур, що сформувалися в результаті деформування при температурах близьких до температури рідкого азоту і кімнатній в умовах різної активності ковзання і двійникування, показали, що більший ступінь подрібнення зерна при кріодеформації зумовлений механічним двійникуванням. При цьому двійникування, генеруючи в результаті фрагментації зерен велику кількість різних орієнтацій, призводить до збільшення кількості рефлексів на дифрактограмах, надаючи структурі/текстурі рандомізуючий характер. Одержано дані про середні розміри області когерентного розсіювання (ОКР) у кристалітах і величини середніх мікродеформацій Δε. Припускається, що більш низькі значення мікродеформацій Δε після кріовальцювання зумовлені процесами відпочинку, що активізуються внаслідок відігрівання до кімнатної температури. Показано, що присутня в наноструктурном титані рентгеноаморфна фаза не є дійсно аморфною, а відповідає ОКР з розмірами d ≲ 15 нм.

Bulk titanium with a grain size varied from nanometers up to submicronic values was obtained by cryomechanical treatment and annealing. Transmission electron microscopy and x-ray diffraction investigations of the nanostructure, defining unusual mechanical properties of this new material, were carried out. The results of comparative analysis of the structures formed during deformation at temperatures close to liquid nitrogen and room ones (where twinning and gliding activities are different) show that a more effective grain fragmentation at cryodeformation is determined by the mechanical twinning. At the same time twinning has a randomization effect on structure because of generation of a great quantity of fragments with different orientation. Average coherent-scattering regions (crystallite) size data L and level of average internal microstrains Δε are measured. It was supposed that a relatively low level of microstrains Δε is the result of recovery process during heating to room temperature after cryorolling. It is shown, that the x-ray amorphous phase presented in nanocrystalline titanium is not a true amorphous phase, and it corresponds to coherent scattering regions with sizes less than d ≲ 15 nm.