Сдвиговое плавление и высокотемпературное охрупчивание: теория и применение к механической обработке титана

Мы описываем динамический фазовый переход, происходящий внутри полосы сдвига при высокой температуре и чрезвычайно высоких скоростях сдвига. С повышением температуры дислокационная деформация и проскальзывание по границам зерен замещаются аморфизацией в сильно локализованной полосе нанометрового масштаба, что обеспечивает большие деформации и разрушение. Этот механизм аналогичен сдвиговому плавлению и приводит к охрупчиванию жидким металлом при высокой температуре. Согласно результатам моделирования, необходимыми условиями являются отсутствие систем скольжения дислокаций, низкая теплопроводность и температура, близкая к температуре плавления. Первые два условия характерны для титановых сплавов с объемно-центрированной кубической (ОЦК) решеткой, а третье можно реализовать экспериментально путем добавления легкоплавких элементов; в частности, мы используем нерастворимые редкоземельные металлы (РЗМ). При высоком сдвиге РЗМ смешивается с титаном, снижая температуру плавления внутри полосы сдвига и инициируя переход к сдвиговому плавлению. Это, в свою очередь, приводит к выделению тепла, которое остается локализованным в полосе сдвига вследствие низкой теплопроводности. Материал разрушается вдоль полосы сдвига. Мы показываем, как использовать этот переход для создания новых сплавов на основе титана с улучшенной обрабатываемостью.