[Р.Р. Мулюков Развитие принципов получения и исследования объемных наноструктурных материалов в ИПСМ  РАН. Российские нанотехнологии, 2007, т.2. вып. 7-8, стр. 38-53]

Разработан универсальный метод объемного наноструктурирования, позволяющий получать массивные образцы широкого спектра металлов и сплавов, включая труднодеформируемые, с однородной наноразмерной поликристаллической структурой. В основе метода лежит понимание фундаментальных закономерностей эволюции микроструктуры в металлах и сплавах в процессе деформации при повышенных температурах. Суть этого метода состоит в использовании всесторонней изотермической ковки с поэтапным снижением температуры деформации. Измельчение микроструктуры происходит благодаря развитию процессов динамической/постдинамической рекристаллизации. Принципиальная схема всесторонней ковки представлена на рис. 1. Метод включает многократное повторение определенной последовательности простых операций свободной ковки - осадки и протяжки, что не требует сложного дорогостоящего инструмента и позволяет использовать существующее технологическое и прессовое оборудование.

Рисунок 1 - Принципиальная схема всесторонней изотермической ковки

Разработанный метод позволяет получать объемные наноструктурные заготовки с однородной структурой с размером зерен вплоть до d=50-100 нм, габариты которых ограничиваются только мощностью используемого оборудования.

В качестве примера на рис. 2 показаны наноструктурные полуфабрикаты из титановых сплавов. Размер зерен в них не превышает 400 нм. Уменьшение размера зерен до наноразмерного уровня в титановом сплаве ВТ6 в результате всесторонней изотермической ковки приводит к существенному повышению его прочностных и усталостных свойств при удовлетворительных характеристиках пластичности (табл. 1). В обычном мелкозернистом состоянии этот сплав даже после упрочнения закалкой и старением демонстрирует заметно меньшие прочностные свойства (на 30%) и предел выносливости (на 20%) при том же уровне пластичности. Дополнительная холодная прокатка повышает предел прочности наноструктурного материала еще на 10-12% при сохранении пластичности. Это обстоятельство показывает, что достижение наноструктурного состояния в титановом сплаве ВТ6 позволяет реализовать рост прочности при одновременном сохранении характеристик пластичности материала. Аналогичные результаты были получены и на других титановых сплавах, исследованных в ИПСМ РАН.

Таблица 1. Механические свойства сплава ВТ6 при комнатной температуре

При повышении температуры наноструктурные сплавы становятся сверхпластичными при температурах, на 200-300 °С более низких, чем температурный интервал сверхпластичности обычного мелкозернистого материала. Это открывает новые возможности для изготовления широкого ассортимента сложнопрофильных изделий методом изотермической штамповки при относительно низких температурах с использованием недорогого штампового инструмента. Кроме того, объемные наноструктурные заготовки из титанового сплава могут быть прокатаны при относительно низких температурах для получения листового или пруткового материала. Так, из сляба сплава ВТ6 были изготовлены листы промышленного размера (1500×500×2 мм³) (рис. 3), сохранившие при этом наноструктурный размер зерен (d=500 нм). Листы с такой структурой могут далее подвергаться низкотемпературной сверхпластической формовке, совмещенной с диффузионной сваркой, для изготовления сложнопрофильных деталей и интегральных конструкций.

Рисунок 2 - Объемный, листовой и прутковые наноструктурные полуфабрикаты из титанового сплава ВТ6

Учреждение Российской академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов РАН