Отдел металловедения наноструктурных титановых сплавов

Руководитель

Семенова Ирина Петровна
к.т.н., с.н.с. Доцент кафедры нанотехнологий УГАТУ
Semenova-ip@mail.ru

   Сотрудники отдела

  • Салимгареева Гульназ Халифовна, к.т.н., н.с. ст. преподаватель кафедры нанотехнологий УГАТУsadikova_gh@list.ru
  • Якушина Евгения Борисовна, к.т.н., н.с. Enja2@yandex.ru
  • Полякова Вероника Васильевна, инженер, м.н.с.Vnurik@gmail.com
  • Скрябин Илья Викторович, инженерSkryabin-IV@yandex.ru
    •

   Область интересов

   В лаборатории ведутся активные исследования, направленные на разработку научных основ получения наноструктурных титановых сплавов с повышенными прочностными и усталостными свойствами методами интенсивной пластической деформации для перспективных применений в медицине и технике.

   Основные достижения

    Технически чистый титан. Разработаны режимы получения длинномерных прутков-полуфабрикатов из наноструктурного технически чистого титана, включающие равноканальное угловое прессование (РКУП) и последующие деформационные и термические обработки. Совместно с ИНТЦ «Искра» (г.Уфа) были получены прутки длиной более 3 метров и диаметром в диапазоне 5…8 мм с однородной наноструктурой (размер зерна около 100 нм) и уникальными прочностными и усталостными свойствами, пригодные для изготовления имплантатов и других медицинских изделий (см. табл. 1 и [1]). Важными показателями перспективности использования наноструктурного титана для медицинских имплантатов и других крепежных изделий являются близкие значения усталостной чувствительности к надрезу УМЗ титана и медицинского сплава Ti-6Al-4V ELI (см. таблицу 2), а также значительное увеличение параметров биосовместимости при переходе к наноструктурному состоянию [1].

Таблица 1 – Механические свойства длинномерных прутков-полуфабрикатов из титана Grade 2 и Grade 4 в крупнозернистом и наноструктурном состоянии.

Состояние Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Предел выносливости на базе 10^7 циклов, МПа
Ti Grade 2, пруток Ø 25 мм Производство DYNAMET, USA 440 370 38 60 220
УМЗ Ti Grade 2 Пруток Ø 7 мм ИПД-технология 1120+-20 1080+-20 12+-2 56 490
Ti Grade 4 пруток Ø 25 мм Производство DYNAMET, USA 726 510 29 52 350
УМЗ Ti Grade 4 Пруток Ø 7 мм ИПД-технология 1310+-20 1290+-20 11+-2 51 640

Таблица 2 - Усталостные свойства на образцах из наноструктурного титана Grade 4 с надрезом

Состояние полуфабриката σ надрез, МПа теоретический коэффициент концентрации напряжений эффективный коэффициент концентрации напряжений усталостная чувствительность к надрезу
Пруток, полученный с применением ИПД-технологии Ø 7 мм 220 4.4 2.77 0.52
245 3.9 2.51 0.51
295 3.3 1.90 0.39
395 2.8 1.59 0.33
Ti-6Al-4V ELI 290 3.9 2.06 0.37
Пруток Ø 25 мм 465 2.8 1.40 0.30
УМЗ Ti Grade 4 Пруток Ø 7 мм ИПД-технология 395 2.8 1.59 0.33

Титановые сплавы

Установлены закономерности формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в малолегированных титановых (+)сплавах и в ряде -сплавов. Разработаны режимы получения прутков диаметром от 12 до 20 мм и длиной до 300 мм путем последовательного использования РКУП, деформационных и термических обработок. За счет формирования УМЗ структуры (размер Ø - зерен менее 0,3 мкм) были достигнуты высокие прочностные и усталостные свойства (см. таблицу 3). Полученные прутки-полуфабрикаты в полной мере отвечают требованиям к эксплуатационным свойствам изделий крепежа в медицине, в частности, в эндопротезировании и остеосинтезе. Установлено, что УМЗ сплавы демонстрируют признаки сверхпластичности при более низких температурах и высоких скоростях деформации [2], что является привлекательным с технологической точки зрения получения изделий сложной формы. В настоящее время проводятся совместные с Уфимским моторостроительным производственным объединением научно-исследовательские работы, направленные на получение лопаток компрессора из УМЗ титановых сплавов с повышенными эксплуатационными свойствами.

Таблица 3 -Типичные механические свойства ряда титановых сплавов после стандартной термообработки и интенсивной пластической деформации ( ИПД).

Сплав

σ В, MП a

σ 0,2, MП a

d %

σ -1, MП a

на базе 10 7 циклов

Ti-6 Al-4 V (закалка 950 ºС+старение 550 ºС)

1 100

10 40

10

620

УМЗ Ti-6 Al-4 V

(ИПД-обработка)

1510

1400

10

**

Ti-6Al-4V ELI (отжиг )

940

845

15

600

УМЗ Ti-6Al-4V ELI (ИПД -обработка )

1380

1250

11

740

Ti-6Al-7Nb (отжиг )

945

880

9

600

УМЗ Ti-6Al-7Nb (ИПД-обработка)

1420

1370

9

**

Ti- 7 Mo- 1,5 Al-4 ,5 Fe

(ОТР* 760 ºС)

915

920

24

395

Ti- 7 Mo- 1,5 Al-4,5 Fe

(ОТР 760 ºС +старение 550 ºС, 4час. )

1382

1340

12

-

УМЗ Ti- 7Mo- 1,5 Al-4,5 Fe

(ОТР 760 ºС +ИПД )

1275

1270

10

600

УМЗ Ti- 7 Mo- 1,5 Al-4,5 Fe

(ОТР 760 ºС +ИПД+ старение 550 ºС, 4час.)

1585

1565

8

**

  • [1] Валиев Р.З., Семенова И.П., Латыш В.В., Щербаков А.В., Якушина Е.Б., Наноструктурный титан для биомедицинских применений: новые разработки и перспективы коммерциализации // Российские нанотехнологии, Том 3, № 9 –10 2008 г, С. 80-89.
  • [2] Семенова И.П, Саитова Л.Р., Рааб Г.И., Валиев Р.З. Сверхпластическое поведение ультрамелкозернистого сплава Ti-6Al-4V ELI, полученного интенсивной пластической деформацией // Физика и техника высоких давлений, Донецк, 2006, том 16, №4.- с. 84-89.

Вернуться назад