Электропластический эффект в титане при сжатии

Как известно, электропластический эффект (ЭПЭ) проявляется в снижении напряжений течения и/или повышении пластичности при деформации металла и одновременном пропускании через него электрического тока. Интерес представляет исследование данного эффекта во многих металлах, в том числе в чистом титане, обладающем биосовместимостью с органической средой и коррозионной стойкостью, благодаря чему он активно используется в медицине, авиатехнике и других отраслях. Традиционно эффект исследуют при растяжении, а в некоторых случаях и при других схемах деформации. Цель данной работы — исследование особенностей деформационного поведения крупнозернистого титана Grade 4 при сжатии и воздействии на него импульсного тока. При использовании тока высокой скважности (Q = 5000) на деформационной кривой сжатия наблюдаются скачки снижения напряжения. Если использовать ток низкой скважности (Q = 10) в процессе сжатия, интенсивность деформационного упрочнения, предел текучести, напряжения течения становятся меньше, чем при сжатии без воздействия тока. Выполнены измерения микротвердости, которая закономерно повышается при сжатии по сравнению с исходным состоянием, при этом ее повышение менее интенсивно при использовании тока высокой скважности. Исследованы структурные особенности титана после сжатия с током и без тока — интенсивность деформационных процессов при использовании тока снижается. При сжатии наблюдается измельчение частиц вторых фаз, при этом действие тока приводит к их частичному растворению. Проведено сравнение ЭПЭ при сжатии и растяжении. Отмечено их качественное сходство, но в большей степени этот эффект проявляется при сжатии. Полученные результаты могут быть использованы для разработки технологических процессов электропластической деформации титана.

1. Troitskii O. A. Electromechanical Effect in Metals / JETP Letters. 1969. Vol. 10. N 1. P. 18 – 22.

2. Baranov Yu. V., Troitskiy O. A., Avraamov Yu. S., Shlyapin A. D. Physical principles of electropulse and electroplastic processing and new materials. — Moscow: MGIU, 2001. — 844 p. [in Russian].

3. Xu X., Zheng G., Wang H., Wang T. Research progress on the application of electro-plastic effect in materials processing / Journal of Plasticity Engineering. 2017. N 24. P. 1 – 7. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.001

4. Stolyarov V., Misochenko A. A pulsed current application to the deformation processing of materials / Materials. 2023. Vol. 16. N 18. P. 6270. DOI: 10.3390/ma16186270

5. Stolyarov V. The electroplastic effect in coarse-grained and ultrafine-grained titanium / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. N 8. P. 62 – 66 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-8-62-66

6. Khalik M., Zahiri S., Masood S., et al. In situ electro-plastic treatment for thermomechanical processing of CP titanium / The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 115. P. 2639 – 2657. DOI: 10.1007/s00170-021-07342-6

7. Potapova A. A., Stolyarov V. V. Structure and Martensitic Transformations in the Ti50.0Ni50.0 During Rolling with Current and without Current / Materials Today: Proceedings. 2015. Vol. 2. P. 771 – 774. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.396

8. Jiang B., Yang W., Zhang Z., et al. Numerical Simulation and Experiment of Electrically-Assisted Incremental Forming of Thin TC4 Titanium Alloy Sheet / Materials. 2020. N 13. 1335. DOI: 10.3390/ma13061335

9. Xu Z., Jiang T., Huang J., et al. Electroplasticity in electrically-assisted forming: Process phenomena, performances and modelling / Inter. J. Machine Tools and Manufacture. 2022. Vol. 175. 103871. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2022.103871

10. Dobras D., Zimniak Z., Zwierzchowski M. Electrically-assisted deep drawing of 5754 aluminum alloy sheet / Materials Research Proceedings. 2023. N 28. P. 987 – 1006. DOI: 10.21741/9781644902479-109

11. Herbst S., Karsten E., Gerstein G., et al. Electroplasticity Mechanisms in hcp Materials / Adv. Eng. Mater. 2023. Vol. 25. 2201912. DOI: 10.1002/adem.202201912

12. Salandro W., Bunge C., Mears L. Several Factors Affecting the Electroplastic Effect During an Electrically-Assisted Forming Process / Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2011. Vol. 133. N 6.064503. DOI: 10.1115/1.4004950

13. Perkins T. A., Kronenberger T. J., Roth J. T. Metallic Forging Using Electrical Flow as an Alternative to Warm/Hot Working / Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2007. Vol. 129. N 1. P 84 – 94. DOI: 10.1115/1.2386164

14. Ghiotti A., Bruschi S., Simonetto E., et al. Electroplastic effect on AA1050 aluminium alloy formability / CIRP Annals. 2018. Vol. 67. N 1. P. 289 – 292. DOI: 10.1016/j.cirp.2018.04.054

15. Dobras D., Bruschi S., Simonetto E., et al. The Effect of Direct Electric Current on the Plastic Behavior of AA7075 Aluminum Alloy in Different States of Hardening / Materials. 2021. Vol. 14. N 1. 73. DOI: 10.3390/ma14010073

16. Tang Y., JuY., Gu S., et al. Microstructural modification and mechanical improvement of ultrafine-grained Ti alloy through electron wind force: An innovative approach / Materials Science and Engineering A. 2024. Vol. 891. 145845. DOI: 10.1016/j.msea.2023.145845

17. Rudolf C., Goswami R., Kang 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

18. Chen X., Xu D., Shi L., et al. Effect of Pulse Current on Mechanical Properties and Microstructure of Ultrahigh-Strength Steel / Minerals, Metals and Materials Series. 2021. P. 867 – 876. DOI: 10.1007/978-3-030-75381-8_72

19. Hongrui D., Xiaoqiang L., Haibo W., et al. The Effect of Electroplasticity on the Flow Behavior of AA7075 in T6 Temper / Minerals, Metals and Materials Series. 2021. P. 857 – 865. DOI: 10.1007/978-3-030-75381-8_71

20. Illarionov A. G., Popov A. A. Technological and operational properties of titanium alloys: a tutorial. — Yekaterinburg: Izd. Ural. univ., 2014. — 137 p. [in Russian].

21. Korol’kov O. Ye., Stolyarov V. V., Shlyapin A. D. Deformability of titanium alloys under current / Mashinostr. Inzh. Obraz. 2020. N 1. P. 21 – 27 [in Russian].

22. Korol’kov O. Ye., Pakhomov M. A., Stolyarov V. V. Electroplastic effect in titanium alloys under tension / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. N 10. P. 73 – 82 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-73-82

23. Dyakonov G. S., Mironov S., Enikeev N., et al. Annealing behavior of severely-deformed titanium Grade 4 / Materials Science & Engineering A. 2019. Vol. 742. P. 89 – 101. DOI: 10.1016/j.msea.2018.10.122

24. Rezyapova L. R., Valiyev R. R., Sitdikov V. D., Valiyev R. Z. Study of Second Phase Segregations in Nanostructured Commercially Pure Titanium / Letters on Materials. 2021. Vol. 11. N 3. P. 345 – 350. DOI: 10.22226/2410-3535-2021-3-345-350

25. Potapova A. A., Stolyarov V. V. Relaxation effect of pulse current on Ti50.0Ni50.0 structure during rolling / Materials Science and Technology. 2015. Vol. 31. N 13. P. 1541 – 1544. DOI: 10.1179/1743284715Y.000000002