danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2024-68-5-413-420dan-1217Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESВлияние больших скоростей деформации на механическое поведение и структурообразование титанового сплава Ti–6Al–4VEffect of high strain rates on the mechanical behavior and structure formation of the titanium alloy Ti–6Al–4VПокровскийА. И.PokrovskyA. I.

Покровский Артур Игоревич – канд. техн. наук, доцент, заведующий лабораторией.

ул. Купревича, 10, 220084, Минск

Artur I. Pokrovsky – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Head of the Laboratory, Physical-technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus.

10, Kuprevich Str., 220084, Minsk

art@phti.byХинаБ. Б.KhinaB. B.

Хина Борис Борисович – д-р физ.-мат. наук, профессор, гл. науч. сотрудник.

ул. Купревича, 10, 220084, Минск

Boris B. Khina – D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Chief Researcher, Physical-technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus.

10, Kuprevich Str., 220084, Minsk

khina_brs@mail.ruЙонгШюYongXu

Йонг Шю – профессор, руководитель группы.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

Xu Yong – Professor, Ph. D., Head of the Group, Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

yxu@imr.ac.cnШи-ХонгЖангShi-HongZhang

Ши-Хонг Жанг – профессор, научный консультант.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

Zhang Shi-Hong – Professor, Ph. D., Scientific Consultant, Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

shzhang@imr.ac.cnБаоченгЯнгBaochengYang

Баоченг Янг – научный сотрудник.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

Yang Baocheng – Ph. D., Researcher, Institute of Metal Research of the Chinese Academy of Sciences.

72, Wenhua Road, Shenyang, 110016

bchyang19b@imr.ac.cnФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут исследования металлов Китайской академии наукInstitute of Metals Research of the Chinese Academy of Sciences202406112024685413420Copyright © Покровский А.И., Хина Б.Б., Йонг Ш., Ши-Хонг Ж., Баоченг Я., 20242024Покровский А.И., Хина Б.Б., Йонг Ш., Ши-Хонг Ж., Баоченг Я.Pokrovsky A.I., Khina B.B., Yong X., Shi-Hong Z., Baocheng Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1217

Исследовано механическое поведение и структурообразование листовых образцов титанового сплава Ti–6Al–4V. Сравнивали медленную (квазистатическую) деформацию со скоростью ἐ= 0,001, 0,01, 0,1 и 1 с–1 и быструю (динамическую) деформацию по методу Хопкинсона с ἐ = 1290, 2066, 3567 и 3828 с–1. Определены особенности механизма структурообразования сплава Ti–6Al–4V при высокоскоростной деформации (≈3800 с–1), заключающиеся в том, что наряду со скольжением дислокаций развивается двойникование, изменяются характеристики текстуры, присутствующей в исходном листовом материале, происходит пластическая деформация как по всему объему зерен α-фазы, так и зерен β-фазы (в то время как в квазистатическом режиме происходит в основном пластическая деформация зерен α-фазы), формируются дислокационные скопления и ячейки внутри зерен, что свидетельствует об интенсивном взаимодействии дислокаций. Установленные механизмы приводят к существенному повышению технологической пластичности титанового сплава при гидроударной штамповке по сравнению с квазистатической деформацией.

The mechanical behavior and structure formation of sheet specimens of the titanium alloy Ti–6Al–4V is studied. Low strain rate (quasi-static) deformation at ἐ = 0.001, 0.01, 0.1 and 1 s–1 is compared with fast (dynamic) deformation performed using the Hopkinson method with ἐ = 1290, 2066, 3567, and 3828 s–1. The features of the structure formation mechanism of the titanium alloy Ti–6Al–4V under high-strain-rate (≈3800 s–1) deformation have been determined, namely that along with the dislocation glide, the twinning develops, the characteristics of texture present in the original sheet material undergo changes, plastic deformation occurs throughout the entire volume of the α-phase and β-phase grains (while in the quasi-static mode, mainly plastic deformation of the α-phase grains takes place), dislocation pile-ups and cells inside the grains are formed, which points to intensive interaction of dislocations. The established mechanisms lead to a substantial increase in technological plasticity of the titanium alloy during impact hydroforming as compared to quasi-static deformation.

структуратекстурадислокациититановый сплав Ti–6Al–4Vскорость деформациигидроударная штамповкаstructuretexturedislocationstitanium alloy Ti–6Al–4Vstrain rateimpact hydroformingРабота выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант Т24КИТГ-014/2024YFE0108800).The work was carried out with the financial support of the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research (grant no. T24КИТГ-014/2024YFE0108800).ReferencesВлияние скорости деформации на микроструктуру и механические свойства алюминиевого сплава AA2B06-O системы Al–Cu–Mg / Б. Б. Хина [и др.] // Изв. вузов. Цветная металлургия. – 2021. – Т. 27, № 4. – С. 59–69. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-4-59-69Khina B. B., Pokrovsky A. I., Shi-Hong Zhang, Yong Xu, Da-Yong Chen, Marysheva A. A. Effect of strain rate on the microstructure and mechanical properties of aluminum alloy AA2B06-O of the Al-Cu-Mg system. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2021, vol. 62, pp. 545–553. https://doi.org/10.3103/s1067821221050060Покровский, А. И. Развитие технологий пластического формообразования металлов с использованием промежуточных сред (гидродинамическое выдавливание, гидроударная штамповка) // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2016. – № 1. – C. 80–92.Pokrovsky A. I. Development of plastic metal forming technologies with use of intermediate media (impact hydroforming and hydrodynamic extrusion). Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2016, no. 1, pp. 80–92 (in Russian).Ващенко, А. П. Экспериментальные методы и механические свойства конструкционных материалов при высокоскоростной деформации (102...105 с–1) и температурах 77...773 К // Проблемы прочности. – 2002. – № 3. – С. 55–61.Vashchenko A. P. Experimental methods and mechanical properties of structural materials subjected to high-rate deformation 102–105 s–1 at temperatures of 77–773 K. Strength of Materials, 2002, vol. 34, no. 3, pp. 246–250. https://doi.org/10.1023/a:1016258314337Brandon, D. Microstructural characterization of materials / D. Brandon, W. D. Kaplan. – Chichester, England, 2008. – 536 p. https://doi.org/10.1002/9780470727133Brandon D., Kaplan W. D. Microstructural characterization of materials. Chichester, England, 2008. 536 p. https://doi.org/10.1002/9780470727133Spring-back behaviors of Ti–6Al–4V sheet under the effect of strain rate / Hao Li [et al.] // International Journal of Mechanical Sciences. – 2023. – Vol. 260. – Art. 108646. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108646Hao Li, Si-Rui Xie, Shi-Hong Zhang, Shuai-Feng Chen, Hong-Wu Song, Yong Xu, Pokrovsky A. I., Khina B. B. Spring-back behaviors of Ti–6Al–4V sheet under the effect of strain rate. International Journal of Mechanical Sciences, 2023, vol. 260, art. 108646. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108646Романовский, В. П. Справочник по холодной штамповке / В. П. Романовский. – Л., 1979. – 520 с.Romanovskiy V. P. Hanbook on cold metal forming. Leningrad, 1979. 520 p. (in Russian).Замоторин, М. И. Механические испытания металлов / М. И. Замоторин, Л. П. Зайцева. – Л., 1975. – 132 с.Zamotorin M. I., Zaytseva L. P. Mechanical testing of metals. Leningrad, 1975. 132 p. (in Russian).Оценка штампуемости листовых титановых сплавов / А. И. Покровский [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов: сб. науч. тр.: в 2 кн. – Минск, 2022. – Кн. 1: Материаловедение / редкол.: В. Г. Залесский (гл. ред.) [и др.]. – С. 208–216.Pokrovskii А. I., Petrakouski V. S., Khina B. B., Glushakov A. N., Shparlo D. A., Tolkachova O. A. Evaluation of form-ability of sheet titanium alloys. Sovremennye metody i tekhnologii sozdaniya i obrabotki materialov: sbornik nauchnykh trudov: v 2 knigakh. Kniga 1: Materialovedenie [Advanced methods and technologies of materials development and processing. Collection of scientific papers in 2 volumes. Volume 1: Materials Science]. Minsk, 2022, pp. 208–216 (in Russian).Хоникомб, Р. Пластическая деформация металлов / Р. Хоникомб; пер. с англ. – М., 1972. – 408 с.Honeycombe R. W. K. The plastic deformation of metals. London, UK, 1968. 483 p.Meyers, M. A. A model for the effect of grain size on the yield strength of metals / M. A. Meyers, E. Ashworth // Philosophical Magazine A. – 1982. – Vol. 46, N 5. – P. 737–759. https://doi.org/10.1080/01418618208236928Meyersm M. A., Ashworth E. A model for the effect of grain size on the yield strength of metals. Philosophical Magazine A, 1982, vol. 46, no. 5, pp. 737–759. https://doi.org/10.1080/01418618208236928

The authors declare that there are no conflicts of interest present.