Doświadczalna analiza procesu odkształcania plastycznego tytanu αTi z wykorzystaniem równań stanu mechanicznego

• Autorzy: Jeleńkowski J. , Klimas M. , Skalski K. , Dyja H. , Sawicki S. , Babul T.

Warianty tytułu

EN

Experimental analysis of the plastic deformation process of αTi titanium with the use of mechanical state equations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Mając na uwadze aplikację tytanu w organizmie człowieka [1, 2, 3], przeprowadzono próby rozdrobnienia ziaren czystego technicznie α-tytanu (αTi, Grade 4a), wykorzystując do tego celu metodę plastometryczną Gleeble. Z wykresu pełzania Ashby’ego wybrano charakterystyczny (dla wielu metali) obszar płynięcia materiału, wynikający z mechanizmu odkształcenia wraz z dominującym udziałem dyfuzji wzdłuż jąder dyslokacji. Obszar ten określony jest zakresem temperaturowym (0,3–0,5)Tm i znormalizowanym naprężeniem τ/G od 10-3 do 10-5[5]. Na tej podstawie opracowano plan eksperymentu obróbki plastycznej w zakresie temperatur 300–700⁰C, odkształcenia (0,2–0,5) i prędkości odkształcania (10-2–102)s-1. W procesie obróbki plastycznej w wymienionych warunkach możliwe jest minimalizowanie zjawisk strukturalnych kontrolowanych dyfuzją objętościową (na korzyść zjawisk kontrolowanych dyfuzją po granicach ziaren) oraz wzdłuż jąder dyslokacji umacniających materiał poprzez rozdrobnienie ziaren. Celem podjętych badań jest analiza empirycznego równania = f (σs; T; ε; Sj), (gdzie Sj – symbol parametrów strukturalnych), dla procesu obróbki plastycznej tytanu αTi z możliwością wpływania na wielkość ziarna i umożliwiającego dobór właściwości mechanicznych do określonych zastosowań. Przeprowadzone eksperymenty plastometryczne pozwolą na rozszerzenie badań w kierunku uzyskania wyników możliwych do wdrożenia do praktyki przemysłowej.

EN

Taking into consideration the application of titanium in a human body [1, 2, 3] the experiments of the disintegration of technically pure α-titanium grains (αTi, Grade 4a) were conducted with the use of Gleebe’s plastometric method. The area of material flow resulting from the deformation mechanism together with the dominating participation of diffusion along the dislocation nuclei, which is characteristic for many metals, was chosen from Ashby’s creep diagram. This area is defined by the temperature range: (0.3–0.5)Tm and by the normalised stress τ/G from 10-3 to 10-5. On this basis the plan of plastic processing experiment was worked out within the range of temperatures 300–700°C, of deformation (0.2–0.5) and of deformation rate (10-2 –102)s-1. In the process of plastic processing under the determined conditions it is possible to minimize the structural phenomena which are controlled by volumetric diffusion (for the advantage of the phenomena which are controlled by diffusion on the borders of grains) and along the dislocation of nuclei which strengthen the material thanks to grain disintegration. The aim of the undertaken research was to analyse an empirical equation: = (σs; T; ε; Sj), (where Sj is a symbol of structural parameters) for the process of plastic processing αTi with the possibility of the influence on the grain size and enabling the choice of mechanical properties according to the determined applications. The conducted plastometric experiment will enable to extend the research in the direction of gaining the results which can be practically applied in industry.

Słowa kluczowe

PL

odkształcenie plastyczne; poślizg; prędkość odkształcenia; dyfuzja; twardość

EN

plastic strain; slip; strain rate; diffusion; hardness

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 4
• Strony: 72--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jeleńkowski J.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Klimas M.

• Politechnika Częstochowska

autor

Skalski K.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

autor

Dyja H.

• Politechnika Częstochowska

autor

Sawicki S.

• Politechnika Częstochowska

autor

Babul T.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Makuch A., Bajkowski M.: Technologia SLM (Selective Laser Melting) a własności warstwy wierzchniej konstytuowanej w tej technologii. „Inżynieria Powierzchni", 2015, 1, s. 12-18.
• [2] Marciniak M.: Mikroformowanie plastyczne protezy do rekonstrukcji otolaryngologicznej. Praca doktorska, Wrocław 2014.
• [3] Pawlikowski M., Klasztorny M., Skalski K.: Studies on constitutive equation that models bone tissue. „Acta of BioEng. BioMech.", 2008, v. 10, 39-47.
• [4] Hertzberg R.W.: Deformation and fracture mechanics of engineering materials. Ed. John Wiley & Sons, N.Y. 1983, p. 126.
• [5] Garbacz H.: Mikrostruktura i właściwości nanokrystalicznego tytanu. „Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa", 2010, z. 25.
• [6] Gilman J.J.: Dislocation mobility in crystals. „J. Apll. Phys.", 1965, 36, p. 3195.
• [7] Springarn J.R., Mix W.D.: A model for creep based on the climb of dislocationsat grain boundaries. Acta Met.", 1979,25,227.
• [8] Kocks U.F., Argon A.S., Ashby M.F.: Thermodynamics and Kinetics of Slip. „Prog. in Mater. Sci.", 1975, l, 19.
• [9] Ćadek J: Creep kovovych materiału. Academia Prana, 1984, 129-134.
• [10] Dyja H., Gałkin A., Knapiński M.: Reologia metali odkształcanych plastycznie. Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2010.
• [11] Oikawa H., Cui M.X.: High Temperature Deformation of Alpha-Titanium, Strength of Metals and Alloys. Pargamon 1985.
• [12] Sergeeva A.V., Stolyaroy V.V., Valiev R.Z., Mukherjee A.K.: Advanced mechanical properties of pure titanium with ultrafine grained structure. "Scripta Materialia" 2001, 45, 747-752.
• [13] http://www.gleeble.com
• [14] Norma ISO 5832-2 (1999)
• [15] Norma ASTM F67
• [16] http://www.ippiib.wip.pcz.pl/pl/using-joomla/extensions/components/content-component /article-category-list/35-symulacje-fizyczne