zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-10-73-82zldm-1776Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSЭлектропласти­ческий эффект в титановых сплавах при их растяженииThe electroplastic effect in titanium alloys under tensionКорольковО. Е.KorolkovO. E.

Олег Евгеньевич Корольков

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова

101000

Малый Харитоньевский пер., д. 4

Москва

Oleg E. Korolkov

A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute

101990

4, Maly Kharitonievsky per.

Moscow

korolkov_oleg@vk.comПахомовМ. А.PakhomovM. A.

Михаил Андреевич Пахомов

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова

101000

Малый Харитоньевский пер., д. 4

Москва

Mikhail A. Pakhomov

A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute

101990

4, Maly Kharitonievsky per.

Moscow

СтоляровВ. В.StolyarovV. V.

Владимир Владимирович Столяров

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова

101000

Малый Харитоньевский пер., д. 4

Москва

Vladimir V Stolyarov

A. A. Blagonravov Mechanical Engineering Research Institute

101990

4, Maly Kharitonievsky per.

Moscow

РАНРоссияRussian Academy of SciencesRussian Federation20222510202288107382Copyright © Корольков О.Е., Пахомов М.А., Столяров В.В., 20222022Корольков О.Е., Пахомов М.А., Столяров В.В.Korolkov O.E., Pakhomov M.A., Stolyarov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1776

   Электропластический эффект (ЭПЭ) — явление, при котором наблюдается снижение сопротивления металла деформации, а также улучшение его пластичности под влиянием электрического тока достаточно высокой плотности [1].

   Цель работы — сравнение дефор­мационного поведения однофазного технически чистого титана Grade 4 и двухфазного ти­танового сплава ВТ6 при растяжении с введением импульсного тока и внешним нагревом.    Ток различной скважности и плотности подводили к захватам разрывной машины от им­пульсного генератора. Для оценки относительного вклада электропластического эффекта при пропускании  тока в снижение напряжений течения на материалы воздействовали также тепловым источником. Микроструктуру образцов в головке образца и вблизи области разрушения в продольном сечении исследовали методом оптической микроскопии. Элект­ропластический эффект в исследованных материалах проявлялся на кривой растяжения в виде отдельных скачков напряжения течения вниз при токе высокой скважности и в сни­жении напряжения течения и деформационного упрочнения, увеличении пластичности при импульсном токе низкой скважности. Установлено, что при растяжении образца с воз­действием тока происходит большее снижение напряжений течения, чем при внешнем на­греве, при одинаковой температуре в обоих материалах. Это подтверждает атермическую природу влияния импульсного тока. Критическая плотность импульсного тока высокой скважности (q = 5000), при которой проявляется электропластический эффект, для сплава ВТ6 в два раза ниже, чем для Grade 4. При одинаковых режимах импульсного тока напря­жения течения для ВТ6 снижаются больше, чем для Grade 4. Импульсный ток высокой скважности в сплаве ВТ6 вызывал аномальный эффект упрочнения, физическая природа которого нуждается в дополнительном исследовании. Использованные режимы импуль­сного тока не привели к заметным при оптическом увеличении структурным изменениям растягиваемых образцов, кроме исчезновения двойников и выделения частиц примесей в Grade 4, а также сфероидизации зерен в ВТ6.

   The electroplastic effect (EPE) is a phenomenon which consists in a decrease in the strain resistance and enhancing of the plasticity of metals under the effect of the electric current of a sufficiently high density [1].

   The goal of the study is to compare the deformation behavior of single-phase commercially pure tita­nium Grade 4 and two-phase VT6 alloy under tension and external heating with introduction of a pulsed current.

   Current of various pulse ratio and density was supplied to the grips of the tensile testing machine from a pulse generator. To estimate the relative contribution of the electroplastic effect during passage of current to the reduction of flow stresses, the materials were also exposed to external heating. The microstructure of the samples in the sample head and in the vicinity of the fracture region in the longitu­dinal section was studied using optical microscopy. The electroplastic effect in the studied materials is manifested on the tensile curve through individual jumps in the downward flow stress at a high pulse ra­tio, whereas at a low current pulse ratio a decrease in the flow stress and strain hardening and increase in the plasticity are observed. It is shown that tension of the sample under the effect of current results in a greater decrease in the flow stresses than that observed under external heating at the same temperature for both materials. This confirms the athermal nature of the pulsed current effect. The critical density of the high pulse ratio current (q - 5000) capable of providing manifestation of the electroplastic effect is two times lower for a VT6 alloy than for pure titanium Grade 4. Under the same pulsed current modes, the flow stresses for VT6 decrease more than for Grade 4. Pulsed current of high pulse ratio caused an anomalous hardening effect in a VT6 alloy, but the physical nature of this effect requires an additional study. The pulsed current modes used in the study did not lead to any structural changes noticeable under optical magnification in the samples under tension, except for the disappearance of twins and separation of the impurity particles in Grade 4 and spheroidization of grains in VT6.

электропластический эффектимпульсный токрастяжениетитанмикроструктураelectroplastic effectpulsed currenttensiontitaniummicrostructureРабота выполнена при поддержке Министер­ства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта по соглашению № 075-15-2021-709, уникальный идентификатор проекта RF-2296. 61321X0037 (проведение кон­трольных измерений)The work was carried out with the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation Federation within the framework of the project under Agreement No. 075-15-2021-709, unique project identifier RF-2296. 61321X0037 (carrying out control measurements)ReferencesТроицкий О. А. Электропластический эффект в металлах / О. А. Троицкий. — М.: Ким Л. А., 2021. — 468 с.Troitsky O. A. Electroplastic effect in metals. - L. A., 2021. — 468 p. [in Russian].Moon-Jo К., Sangmoon Y., Siwook P., et al. Elucidating the origin of electroplasticity in metallic materials / Applied Materials Today. 2020. Vol. 1. 100874. DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100874Moon-Jo K., Sangmoon Y., Siwook P., et al. Elucidating the origin of electroplasticity in metallic materials / Applied Mate­rials Today. 2020. Vol. 1. 100874. DOI: 10.1016/j.apmt.2020.100874Троицкий О. А. Вибрации проводников при пропускании импульсного электрического тока и неразрушающий контроль / О. А. Троицкий, В. И. Сташенко, О. Б. Скворцов // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2018. – № 3. – С. 1 - 15.Troitsky O. A., Stashenko V. I., Skvortsov О. B. Vibrations of conductors during the transmission of pulsed electric current and non-destructive testing / Inzh. Zh. Nauka Innov. 2018. N 3. E 1 - 15 [in Russian].Gennari С. Electroplastic effect in specimens of duplex stainless steel under tension / C. Gennari, I. Calliari, V. Stolyarov // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2020. – Т. 86. – № 10. – Е 41 - 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-41-45Gennari С. Electroplastic effect in specimens of duplex stainless steel under tension / C. Gennari, I. Calliari, V. Stolyarov // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2020. – Т. 86. – № 10. – Е 41 - 45. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-10-41-45Минько Д. В. Анализ перспектив применения ЭПЭ в процессах ОМД / Д. В. Минько // Литье и металлургия. – 2020. – № 4. – С. 125 - 130. DOI: 10.21122/1683-6065-2020-4-125-130Minko D. V. Analysis of the prospects for the use of EFE in OMD processes / Lit'ye Metallurgiya. 2020. N 4. E 125 - 130 [in Russian]. DOI: 10.21122/1683-6065-2020-4-125-130Fan В., Magargee J., Ни P., Cao J. Influence of grain size and grain boundaries on the thermal and mechanical behavior of 70/30 brass under electrically-assisted deformation / Materi­als Science and Engineering A. 2013. N 574. E 218 - 225. DOI: 10.1016/j.msea.2013.02.066Fan В., Magargee J., Ни P., Cao J. Influence of grain size and grain boundaries on the thermal and mechanical behavior of 70/30 brass under electrically-assisted deformation / Materi­als Science and Engineering A. 2013. N 574. E 218 - 225. DOI: 10.1016/j.msea.2013.02.066Tiwari J., Balaji V., Krishnaswamy H., Amirthalingam M. Dislocation density based modelling of electrically as sisted deformation process by finite element approach / International Journal of Mechanical Sciences. 2022. N 227. 107433. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2022.107433Tiwari J., Balaji V., Krishnaswamy H., Amirthalingam M. Dislocation density based modelling of electrically as sisted deformation process by finite element approach / International Journal of Mechanical Sciences. 2022. N 227. 107433. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2022.107433Ao D., Chu X., Yang Y., Lin S., Gao J. Effect of electropulsing on springback during V-bending of Ti-6A1-4V titanium alloy sheet / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. N 96. E 3197 - 3207. DOI: 10.1007/s00170-018-1654-1Ao D., Chu X., Yang Y., Lin S., Gao J. Effect of electropulsing on springback during V-bending of Ti-6A1-4V titanium alloy sheet / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018. N 96. E 3197 - 3207. DOI: 10.1007/s00170-018-1654-1Kinsey В., Cullen G., Jordan A., Mates S. Investigation of electroplastic effect at high deformation rates for 304SS and Ti-6A1-4V / CIRF Annals. 2013. Vol. 62. N 1. E 279 - 282. DOI: 10.1016/j.cirp.2013.03.058Kinsey В., Cullen G., Jordan A., Mates S. Investigation of electroplastic effect at high deformation rates for 304SS and Ti-6A1-4V / CIRF Annals. 2013. Vol. 62. N 1. E 279 - 282. DOI: 10.1016/j.cirp.2013.03.058Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. An Evaluation of the Contributions of Skin, Finch and Heating Effects to the Electroplastic Effect in Titanium / Materials Science and Engineering. 1980. N 45. E 109 - 116.Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. An Evaluation of the Contributions of Skin, Finch and Heating Effects to the Electroplastic Effect in Titanium / Materials Science and Engineering. 1980. N 45. E 109 - 116.Ao D., Chu X., Lin S., Yang Y, Gao J. Hot Tensile Behaviors and Microstructure Evolution of Ti-6A1-4V Titanium Alloy Un­ der Electropulsing / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2018. N 31. E 1287 - 1296. DOI: 10.1007/s40195-018-0735-3Ao D., Chu X., Lin S., Yang Y, Gao J. Hot Tensile Behaviors and Microstructure Evolution of Ti-6A1-4V Titanium Alloy Un­ der Electropulsing / Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2018. N 31. E 1287 - 1296. DOI: 10.1007/s40195-018-0735-3Столяров В. В. Особенности диаграмм растяжения сплавов с памятью формы при воздействии тока / В. В. Столяров // Заводская лабора­тория. Диагностика материалов. – 2013. – Т. 79. – № 9. – С. 64 - 67.Stolyarov V. V. Feculiarities of tension diagrams of shape memory alloys under the influence of current / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2013. Vol. 79. N 9. E 64 - 67 [in Russian].Pakhomov М., Stolyarov V. Specific Features of Electroplastic Effect in Mono- and Polycrystalline Aluminum / Metal Science and Heat Treatment. 2021. N 63. E 236 - 242. DOI: 10.1007/s11041-021-00677-7Pakhomov М., Stolyarov V. Specific Features of Electroplastic Effect in Mono- and Polycrystalline Aluminum / Metal Science and Heat Treatment. 2021. N 63. E 236 - 242. DOI: 10.1007/s11041-021-00677-7Adabala S., Cherukupally S., Guha S., et al. Importance of machine compliance to quantify electro-plastic effect in electric pulse aided testing: An experimental and numerical study / Journal of Manufacturing Frocesses. 2022. Vol. 75. E 268 - 279. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.12.027Adabala S., Cherukupally S., Guha S., et al. Importance of machine compliance to quantify electro-plastic effect in electric pulse aided testing: An experimental and numerical study / Journal of Manufacturing Frocesses. 2022. Vol. 75. E 268 - 279. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.12.027Titanium Alloys — Fhysical Froperties. AZO Materials. До­ступно: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1341Titanium Alloys — Fhysical Froperties. AZO Materials. До­ступно: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1341Zhao S., Zhang R., Li X., et al. Defect reconfiguration in a Ti-Al alloy via electroplasticity / Nature Materials. 2021. N 20. E 468 - 472. DOI: 10.1038/s41563-020-00817-zZhao S., Zhang R., Li X., et al. Defect reconfiguration in a Ti-Al alloy via electroplasticity / Nature Materials. 2021. N 20. E 468 - 472. DOI: 10.1038/s41563-020-00817-zStolyarov V. V. Electroplastic effect in nanocrystalline and amorphous alloys / Materials Science and Technology. 2015. Vol. 31. N 13a. E 1536 - 1540. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000008Stolyarov V. V. Electroplastic effect in nanocrystalline and amorphous alloys / Materials Science and Technology. 2015. Vol. 31. N 13a. E 1536 - 1540. DOI: 10.1179/1743284715Y.0000000008Столяров В. В. Влияние химического и фазового состава на проявление электропластического эффекта в титановых сплавах / В. В. Столяров // Изв. РAH. Серия физическая. – 2014. – Т. 78. – № 3. – С. 356 - 358.Stolyarov V. V. Influence of chemical and phase composi­tion on the manifestation of the electroplastic effect in titanium alloys / Izv. RAN. Ser. Fiz. 2014. Vol. 78. N 3. E 356-358 [in Russian].Rudolf С., Goswami R., Rang W., Thomas J. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium / Acta Materialia. 2021. Vol. 209. N 116776. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116776Rudolf С., Goswami R., Rang W., Thomas J. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium / Acta Materialia. 2021. Vol. 209. N 116776. DOI: 10.1016/j.actamat.2021.116776

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