Przeróbka plastyczna tytanu Grade2 metodą wyciskania hydrostatycznego

• Autorzy: Topolski Krzysztof , Garbacz Halina

Warianty tytułu

EN

Plastic working of titanium Grade2 using hydrostatic extrusion method

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Wyciskanie hydrostatyczne (WH) należy do technologii przeróbki plastycznej i jest specyficzną odmianą wyciskania współbieżnego. Metody wyciskania współbieżnego są używane głównie do wytwarzania produktów podłużnych pełnych lub wydrążonych o różnych profilach przekroju poprzecznego. Prezentowane w tej pracy wyciskanie hydrostatyczne dotyczy tytanu Grade2 oraz prętów o przekroju kołowym. Wyniki licznych badań dowiodły, że odkształcanie różnych metali metodą WH umożliwia rozdrobnienie ziarna oraz istotne umocnienie. Generalnie stwierdzono, że metoda WH pozwala wytwarzać metale o strukturach nanoziarnistych oraz ultradrobnoziarnistych. Celem pracy była ocena możliwości zastosowania metody wyciskania hydrostatycznego do przeróbki plastycznej tytanu Grade2. Scharakteryzowano metodę WH oraz wykazano jej duży potencjał w kontekście przeróbki tytanu Grade2. W pracy przedstawiono i omówiono cztery przykładowe, niezależne procesy technologiczne wyciskania hydro-statycznego tytanu. Zaprezentowano wyniki badań strukturalnych oraz właściwości mechaniczne uzyskanych produktów. Wyniki dowiodły, iż stosując technologię WH, możliwe jest uzyskanie w tytanie Grade2 struktury nanoziarnistej o średniej wielkości ziaren w przedziale 50–70 nm. Jednocześnie zaobserwowano istotne umocnienie wyciskanego materiału wyrażone wzrostem granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie oraz twardości. Uzyskany nanoziarnisty tytan charakteryzował się właściwościami mechanicznymi porównywalnymi z właściwościami stopu tytanu Ti6Al4V. Ponadto, w prezentowanej pracy potwierdzono, że można wyprodukować lity i objętościowy nanoziarnisty Ti w formie prętów o różnych średnicach, tzn. że możliwe jest skalowanie średnicy wsadu i produktu.

EN

Hydrostatic extrusion (HE) belongs to the technology of plastic working, and is a specific variation of direct extrusion. Direct extrusion methods are mainly used to produce oblong solid or hollow products with different transverse-section profiles. The hydrostatic extrusion presented in this paper concerns titanium Grade2 and rods with a circular transverse section. The results of numerous studies have shown that the deformation of various metals by the HE method enables grain refinement and significant strengthening. Generally, it was found, that the HE method makes it possible to manufacture metals having nanograined and ultrafinegrained structures. The aim of the work was to evaluate the possibilities of using the hydrostatic extrusion method for plastic working of titanium Grade2. The HE method was characterized and its great potential in the context of processing Ti Grade2 was demonstrated. In this paper, four exemplary, independent technological processes of the hydrostatic extrusion of titanium were presented and discussed. The results of our structural research and tests of the mechanical properties of the products obtained were presented. Those results proved that, using HE technology, it is possible to obtain in titanium Grade2 a nanograined structure characterized by an average grain size of 50–70 nm. At the same time, a significant strengthening of the extruded material was observed, expressed by an increase in yield strength, tensile strength and hardness. The obtained nanograined titanium was characterized by mechanical properties comparable to that of titanium Ti6Al4V alloy. Moreover, in the presented work it was confirmed that it is possible to produce solid and bulk nanograined Ti in the form of rods of different diameters i.e. that is possible to scale up the diameter of the billet and the product.

Słowa kluczowe

PL

wyciskanie hydrostatyczne; tytan; nanostruktura; właściwości mechaniczne

EN

hydrostatic extrusion; titanium; nanostructure; mechanical properties

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 30, nr 1
• Strony: 47--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Topolski Krzysztof

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa, Poland

autor

Garbacz Halina

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] Valiev R.Z., R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov. 2000. „Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation”. Progress in Materials Science 45: 103-189.
• [2] Estrin Y., A. Vinogradov. 2013. „Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science”. Acta Materialia 61: 782–817.
• [3] Terry C. Lowe. 2006. „Outlook for Manufacturing Materials by Severe Plastic Deformation”. Materials Science Forum 503-504: 355-361.
• [4] Valiev R.Z., Y. Estrin, Z. Horita, T.G. Langdon, M.J. Zehetbauer, Y.T. Zhu. 2016. „Fundamentals of Superior Properties in Bulk NanoSPD Materials”. Materials Research Letter 4(1): 1–21.
• [5] Kurzydłowski Krzysztof J., Halina Garbacz, Maria Richert. 2004. „Effect of Severe Plastic Deformation on the Microstructure and Mechanical Properties of Al and Cu”. Reviews on Advanced Materials Science 8(2): 129-133.
• [6] Garbacz H., M. Lewandowska, W. Pachla, K.J. Kurzydłowski. 2006. „Microstructure and electrical properties of diborides modified by rapid thermal annealing”. Journal of Microscopy 223: 272-274.
• [7] Pachla W., M. Kulczyk, A. Swiderska-Sroda, M. Lewandowska, H. Garbacz, A. Mazur, K.J. Kurzydlowski. 2006. „Nanostructuring of metals by hydrostatic extrusion”. ESAFORM 2006. Glasgow, United Kingdom, 2006: 535-538.
• [8] Lewandowska M., H. Garbacz, W. Pachla, A. Mazur, K.J. Kurzydłowski. 2005. „Hydrostatic Extrusion and Nanostructure Formation in an Aluminium Alloy”. Solid State Phenomena 101-102: 65-68.
• [9] Kurzydłowski K.J., M. Richert, B. Leszczyńska, H. Garbacz , W. Pachla. 2006. „Microstructural Refinement under High Plastic Strain Rates during Hydrostatic Extrusion”. Solid State Phenomena 114: 117-122.
• [10] Kulczyk M., W. Pachla, A. Mazur, R. Diduszko, H. Garbacz, M. Lewandowska, W. Łojkowski, K. J. Kurzydłowski. 2005 „Microstructure and Mechanical Properties in Nickel Deformed By Hydrostatic Extrusion”. Materials Science-Poland 23(3): 839-846.
• [11] Topolski K., H. Garbacz, K.J. Kurzydlowski. 2008. „Nanocrystalline Titanium Rods Processed by Hydrostatic Extrusion”. Materials Science Forum 584-586: 777-782.
• [12] Topolski Krzysztof, Waclaw Pachla, Halina Garbacz. 2013. „Progress in hydrostatic extrusion of titanium”. Journal of Materials Science 48: 4543-4548.
• [13] Lewandowska Malgorzata, Krzysztof J. Kurzydlowski. 2008 „Recent development in grain refinement by hydrostatic extrusion” Journal of Materials Science 43: 7299-7306.
• [14] Pachla Wacek, Mariusz Kulczyk, Julita Smalc-Koziorowska, Monika Wróblewska, Jacek Skiba, Sylwia Przybysz, Mariusz Przybysz. 2017 „Mechanical properties and microstructure of ultrafine grained commercial purity aluminium prepared by cryo-hydrostatic extrusion” Materials Science & Engineering A 695: 178–192.
• [15] Pachla W., J. Skiba, M. Kulczyk, S. Przybysz, M. Przybysz, M. Wróblewska, R. Diduszko, R. Stępniak, J. Bajorek, M. Radomski, W. Fąfara. 2014. „Nanostructurization of 316L type austenitic stainless steels by hydrostatic extrusion”. Materials Science and Engineering A 615: 116–127.
• [16] Topolski Krzysztof, Halina Garbacz, Wacław Pachla, Krzysztof J.Kurzydłowski. 2007. „Hydrostatic extrusion of titanium - process parameters”. Advances in Materials Science 7(4): 114 – 120.
• [17] Topolski Krzysztof, Halina Garbacz, Waclaw Pachla, Krzysztof J. Kurzydlowski. 2010. „Surface modification of titanium subjected to hydrostatic extrusion” Inżynieria Materiałowa 3: 336-339.
• [18] Pachla Wacław, Mariusz Kulczyk, Jacek Skiba, Sylwia Przybysz, Marek Betiuk, Jerzy Michalski, Piotr Wach. 2012. „Modyfikacja powierzchni matryc do hydrostatycznego wyciskania tytanu”. Inżynieria Powierzchni 3(17): 26-33.
• [19] Skiba J., W. Pachla, A. Mazur, S. Przybysz, M. Kulczyk, M. Przybysz, M. Wróblewska. 2014. „Press for hydrostatic extrusion with back-pressure and the properties of thus extruded materials” Journal of Materials Processing Technology, 214(1): 67-74.
• [20] Pachla Wacek, Mariusz Kulczyk, Malgorzata Sus-Ryszkowska, Andrzej Mazur, Krzysztof J. Kurzydlowski. 2008 „Nanocrystalline titanium produced by hydrostatic extrusion” Journal of Materials Processing Technology 205(1-3): 173–182.
• [21] Topolski K., H. Garbacz, P. Wiecinski, W. Pachla, K.J. Kurzydlowski. 2012 „Mechanical Properties of Titanium Processed by Hydrostatic Extrusion”, Archives of Metallurgy and Materials 57(3): 863–867.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).