Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН, Москва, Россия

В. И. Сташенко, ведущий научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: vis20-11@rambler.ru
О. Б. Скворцов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: oleg.b.skvorcov@gmail.com

Низкая теплопроводность титанового сплава существенно влияет на его деформационные характеристики, снижая пластичность и затрудняя равномерную деформацию заготовки, а при холодной прокатке приводит к образованию трещин в полосах. Изучено влияние на деформируемость прокатываемого титанового сплава ВТ6 импульсов электрического тока, вводимых в зону деформации. Прокатку проводили без промежуточных отжигов. Установлено, что применение импульсов тока повышает деформацию более чем в 3,5 раза. При этом не образуются микроскопические трещины и разрывы. Для объяснения полученных результатов на модельных образцах с помощью закрепленных на них высокочастотных акселерометров, изучали быстропротекающие процессы в титане, вызванные импульсами тока. Определяли ускорение поверхностных слоев материала. Величину тока через образец контролировали бесконтактным датчиком. Сигналы с датчиков обрабатывали на компьютере. Установили, что действие импульсов тока на титан приводит к механическому ударному отклику в металле, переходящему в затухающие колебания, распространяющиеся в нем в виде виброакустических волн. Ударные отклики формировали на переднем и заднем фронтах электрического импульса в противоположных направлениях. Ударный отклик можно объяснить кратковременным действием в металле продольной силы Ампера, возникающей из-за взаимодействия появившихся радиальных токов и собственного магнитного поля тока. Амплитуда отклика металла линейно зависела от амплитуды электрического импульса и его направления. Отклик не обусловлен тепловым действием тока или пинч-эффектом. Действие электрического импульса на металл во многом схоже с действием ультразвука. Полученные результаты можно применять при разработке технологии изготовления давлением тонких полос титановых сплавов.

1. Илларионов А. Г., Попов А. А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов. — Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2014. — 137 с.
2. Троицкий О. А., Баранов Ю. В., Авраамов Ю. С., Шляпин А. Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технологии, структура и свойства). — Ижевск : изд-во РХД, АНО ИКИ. 2004. Т. I. 590 с.
3. Троицкий О. А. Электропластический эффект в металлах. — М. : Изд-во «Ким Л. А.», 2021. — 467 с.
4. Сташенко В. И., Троицкий О. А. Влияние формы и режимов прохождения импульсов тока на пластическую деформацию кристаллов цинка // ДАН СССР. 1982. Т. 267. С. 638–640.
5. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. A study of the electroplastic effect in metals // Sсripta Metallurgica. 1978. Vol. 12. P. 1063–1069.
6. Okazaki K., Kagawa M., Conrad H. Effects of strain rate, temperature and interstitial content on the electroplastic effect in titanium // Seripta Metallurgica. 1979. Vol. 13. P. 473–477.
7. Conrad H. Thermally activated plastic flow of metals and ceramics an electric field or current // Materials Science and Engineering A. 2002. Vol. 322. P. 100–107.

8. Лоскутов С. В., Левитин В. В. Влияние электроимпульсной обработки на структуру и долговечность титановых сплавов // Журнал технической физики. 2002. Т. 72. Вып. 4. С. 133–135.
9. Панин А. В., Колмаков А. Г., Перевалова О. Б., Казаченок М. С. и др. Роль структурно-фазовых превращений в процессах деформации и разрушения изделий из титанового сплава Ti – 6Al – 4V, полученных методом аддитивных технологий // Тезисы докладов конференции «Физическая мехомеханика. Материалы с многоуровневой иерархической структурой и интеллектуальные производственные технологии», Томск, ТГУ, 2020. С. 31.
10. Stolyarov V. V. The electroplastic effect in coarse-grained and ultrafine-grained titanium // Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2023. Vol. 89, Iss. 8. C. 62–66.
11. Rudolf C., Goswami R., Kang W., Thomas J. P. Effects of electric current on the plastic deformation behavior of pure copper, iron, and titanium // Acta Materialia. 2021. Vol. 209. 116776.
12. Скворцов О. Б. Контроль вибрации с применением аппаратуры NationalInstruments // Сб. трудов XII Между народной научно-практической конференции «Инженерные и научные приложения на базе технологий National Instruments – 2013». — М. : ДМК, 2013. С. 78–80.
13. Haiyang Zhou. Ultrasonic vibration induced softening and residual effects on the lightweight metals: aluminium and titanium // A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy of The Australian National University, 29th of March 2018. — 161 p.
14. Yu C. X., Zhang L., Wang Z. L., Zhai Y. D. et al. Plastic deformation behavior of Ti45Nb in ultrasonic vibration-assisted compression // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2022. Vol. 1270. P. 012087–012093. DOI: 10.1088/1757-899X/1270/1/012087
15. De’an Meng, Xuzhe Zhao, Shengdun Zhao, Qingyou Han. Effects of vibration direction on the mechanical behavior and microstructure of a metal sheet undergoing vibration-assisted uniaxial tension // Material Science and Engineering A. 2019. Vol. 743. P. 472–481.
16. Yang Liu, Chunju Wang, Bin Guo, Debin Shan et al. Softening effect of ultrasonic vibration on micro-blanking deformation behaviourof titanium foil // Micro & Nano Letters. 2017. Vol. 12, Iss. 10. P. 808–812. DOI: 10.1049/mnl.2017.0227
17. Sutton A. P., Todorov T. N. Theory of electroplasticity based on electromagnetic induction // Physical review materials. 2021. Vol. 5, Iss. 11. 113605. DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.113605