Микроструктура магниевого сплава МА14 после всесторонней изотермической ковки в однофазной области

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 73. 01- 669. 721- 539. 24, 25
МИКРОСТРУКТУРА МАГНИЕВОГО СПЛАВА МА14 ПОСЛЕ ВСЕСТОРОННЕЙ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ КОВКИ В ОДНОФАЗНОЙ ОБЛАСТИ
© 2013
Д. Р. Нугманов, аспирант, стажер-исследователь лаборатории «Материаловедение и технологии легких сплавов» М. В. Маркушев, доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией «Материаловедение и технологии легких сплавов» Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, Уфа (Россия)
Ключевые слова: магниевый сплав- всесторонняя изотермическая ковка- мелкозернистая структура- дифракция обратноотраженных электронов.
Аннотация: Представлены результаты исследований морфологии зеренной структуры и спектра разориенти-ровок границ в горячепрессованном прутке магниевого сплава МА14 до и после всесторонней изотермической ковки (ВИК) в однофазной области диаграммы фазового равновесия Mg-Zn. Обнаружено, что в процессе ВИК в сплаве развивалась динамическая рекристаллизация.
ВВЕДЕНИЕ
Снижение энергопотребления машин и механизмов, в частности за счет уменьшения их массы, является одной из главных задач современного машиностроения. Эффективный способ ее решения заключается в широком использовании материалов с высокой удельной прочностью. В первую очередь к таким материалам относятся сплавы на основе магния. Однако из-за сравнительно низкой технологической пластичности их применение довольно ограничено [1].
Улучшения пластичности металлических материалов, как и иных параметров конструкционной прочности, традиционно достигают целенаправленным изменением их структуры и фазового состава, в том числе за счет измельчения элементов структуры и повышения однородности их распределения в объеме слитка или деформированного полуфабриката. Вследствие того, что большинство магниевых сплавов имеет структуру матричного типа, основными факторами, определяющими комплекс их механических свойств, являются размеры зерен и субзерен, а также морфология, размеры и характер распределения интерметаллидных частиц первичных и вторичных фаз. Поэтому вероятным решением указанной выше проблемы мог бы стать метод, позволяющий с минимальными затратами получать сплавы с мелкозернистой (МЗ) структурой (с размером зерна менее 10 мкм) и равномерно распределенными частицами вторых фаз. Судя по результатам многочисленных исследований, такой метод может быть основан на интенсивной пластической деформации (ИПД), которая для массивных заготовок наиболее просто и эффективно реализуется всесторонней изотермической ковкой (ВИК) [2]. Однако, несмотря на явные достоинства ВИК, этот метод крайне редко рассматривался как перспективный способ обработки магниевых сплавов «на мелкое зерно». Поэтому крайне мало и данных о феноменологии и природе их деформационного структурирования при ВИК.
Целью настоящей работы являлся детальный анализ зеренной структуры сплава МА14 системы Mg-Zn-Zr после ВИК в однофазной области, а также оценка эффективности ВИК в качестве метода измельчения его структуры.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Заготовки с размерами 70×70×170 мм, вырезанные из горячепрессованного
прутка 090 мм сплава МА14Т6 стандартного химического состава, деформировали в однофазной области с понижением температуры до 300 °C. Пруток имел частично рекристаллизованную структуру, основной составляющей (~60%) которой являлись волокна длиной до 1 мм и шириной до 50 мкм, вытянутые вдоль оси прессования и чередовавшиеся с областями рекристал-лизованных равноосных зерен со средним размером d=9±0,5 мкм (рис. 1 а, в).
Структуру сплава после ВИК анализировали методами оптической и растровой электронной микроскопии (ОМ и РЭМ). Для создания лучшего оптического контраста шлифы подвергали декорирующему отжигу при 180 °C, а затем травили в реактиве состава: 60 эти-ленгликоль, 20 уксусная кислота, 20 вода, 1 азотная кислота и 1 пикриновая кислота (мл). РЭМ исследования проводили на микроскопе Tescan Mira LM с приставкой HKL CHANNEL 5 для анализа структуры методом дифракции обратноотраженных электронов (EBSD — electron backscattered diffraction).
Размер и распределение рекристаллизованных зерен по размерам определяли методом секущих, объемную долю — по площади, занимаемой на шлифе в вертикальной плоскости заготовки, параллельной направлению ее последней вытяжки. К рекристаллизованным относили зерна с отношением диаметров не более 2 при максимальной длине не более 20 мкм.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характерные О М и EBSD изображения микроструктуры сплава после ВИК с суммарной степенью деформации заготовки е~7,2 представлены на рисунках 1 б, г. По оптическим изображениям с малыми увеличениями (рис. 1 а, б) хорошо виден полосчатый характер смешанной структуры. При этом распределение зерен по размерам имеет бимодальный вид: помимо мелких рекристаллизованных зерен с модальным размером и объемной долей ~7 мкм и 80−85%, соответственно, в структуре присутствуют крупные вытянутые зерна толщиной 20−50 мкм, направление вытянутости которых совпадает с направлением полос повышенной тра-вимости. EBSD исследования показали, что сетка высо-
Рис. 1. Микроструктура сплава МА14 в исходном состоянии (а и в) и после ВИК (б и г) (а и б) — ОМ изображения, (в и г) — РЭМЕБББ карты,
на которых высокоугловые границы (& amp->- 15°) показаны черными линиями, а малоугловые — светлыми
Рис. 2. Микроструктура сплава МА14 в исходном состоянии (а и в) и после ВИК (б и г) (а и б) — ОМ изображения, (в и г) — РЭМ ЕБББ карты,
на которых высокоугловые границы (& amp->- 15°) показаны черными линиями, а малоугловые — светлыми
Рис. 3. Восстановленная структура (а и в) и спектры разориентровок границ зерен (б и г) сплава МА14 в исходном состоянии (а и б) и после ВИК (в и г). Угловые ориентировки зерен приведены в градации серого, соответственно фактору Шмида. Высокоугловые границы (15°& lt-&-) показаны черными линиями
малоугловые (2° & lt-&- & lt-15°) — светлыми
коугловых границ (ВУГ) зерен распределена по объему довольно равномерно (рис. 1 г). Из чего можно было сделать вывод об отсутствии прямой связи между тра-вимостью участка и особенностями его зеренной структуры. Повышенная травимость в виде полос, вероятнее всего, обусловлена двумя причинами. Во-первых, неоднородным распределением частиц вторых фаз, наследуемым от структуры исходного горячепрессованного прутка [3], во-вторых — повышенной плотностью дислокационных границ, выходящих на поверхность.
Детальные О М исследования показали, что границы зерен в исходном прутке имеют четкий оптический контраст (рис. 2). После ВИК оптический контраст от границ зерен такой же четкости получить не удается, в особенности в областях с мелкими рекристаллизован-ными зернами.
На основании сопоставления ОМ изображений, EBSD карт, представленных на рисунках 2 и 3, на которых сетка границ наложена на изображения в полосчатом контрасте (band contrast) градаций серого, а также спектров разориентировок границ, можно говорить о незавершенности рекристаллизации, а также о том, что она проходила по непрерывному механизму. При этом новые зерна формировались преимущественно вдоль границ исходных зерен.
Хорошо видно, что объемная доля таких зерен сильно отличается в пределах соседних исходных зерен, свидетельствуя о том, что в процессе ВИК в заготовке постоянно присутствуют зерна с неблагоприятной ориентацией для развития в них рекристаллизации. Судя по количественным данным, проведение ВИК позволило существенно повысить долю ВУГ и увеличить средний угол разориентировки границ. Обращает на се-
бя внимание тот факт, что в структуре ВИК сплава индексировалось множество мелких зерен размером 1−2 мкм, ориентировка которых сильно отличалась от соседних зерен размером порядка 10 мкм (рис. 3). В таких участках доля ВУГ достигала ~90% при среднем угле разориентировки границ ~53 градуса, как на (рис. 3 г).
ВЫВОД
Проведен анализ зеренной структуры магниевого сплава МА14 после всесторонней изотермической ковки в однофазной области выше 300 °C с суммарной степенью е~7,2. Обнаружено, что всесторонняя изотермическая ковка позволяет сформировать в массивной заготовке мелкозернистую структуру с размером зерна ~7,0 мкм, долей высокоугловых границ до 90% и объемом рекристаллизованных зерен ~80%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. B.L. Mordike, P. Lukac. Physical Metallurgy. In: Magnesium Technology. Metallurgy, Design Data, Applications, ed by H.E. Friedrich, B.L. Mordike, New York.: Springer, Chapter 5, 667 p. (2007).
2. H. Miura, G. Yu, X. Yang. Multi-directional forging of AZ61Mg alloy under decreasing temperature conditions and improvement of its mechanical properties // Mat. Sci. Eng. A V 528, P. 6981 (2011).
3. Нугманов Д. Р., Ситдиков О. Ш., Маркушев М. В. О формировании мелкозернистой структуры в массивных заготовках из магниевого сплава МА14 при всесторонней изотермической ковке // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. Т. 9. вып. № 2. C. 230−235. (2012).
MICROSTRUCTURE OF MA14 MAGNESIUM ALLOY AFTER ISOTERMAL MULTIDIRECTIONAL FORGING IN SINGLE-PHASE AREA
© 2013
D.R. Nugmanov, postgraduate student, trainee-researcher of «Material science and light alloys technologies» laboratory M.V. Markushev, doctor of technical sciences, senior researcher, head of the «Material science and light alloys technologies» laboratory Institute for metals superplasticity problems of Russian Academy of Sciences, Ufa (Russia)
Keywords: magnesium alloy- isothermal multidirectional forging- fine-grain structure- electron back-scattered diffraction. Annotation: Grain morphology and spectrum of grain boundary misorientations in hot-pressed rod of MA14 magnesium alloy before and after multidirectional isothermal forging (MIF) in single-phase area are analyzed. It is revealed the occurrence of dynamic recrystallization during the alloy MIF.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой