Сверхпластичность Al-Mg-Sc-Zr сплава после углового прессования и прокатки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 669. 715 721 793 296. 004. 12 СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ А1-М§-8е^г СПЛАВА ПОСЛЕ УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ И ПРОКАТКИ
© 2013
О. Э. Мухаметдинова, аспирант Е. В. Автократова, кандидат технических наук, старший научный сотрудник О. Ш. Ситдиков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник М. В. Маркушев, доктор технических наук, заведующий лабораторией Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа (Россия)
Ключевые слова: алюминиевый сплав- равноканальное угловое прессование- теплая и холодная прокатка- сверхпластичность.
Аннотация: Оценены показатели сверхпластичности (СП) А1-М^-8с^г сплава с ультрамелкозернистой структурой, полученной теплым равноканальным угловым прессованием и последующей прокаткой. Показано, что как холодно-, так и тепло-катанный сплав демонстрирует близкие характеристики СП с максимальными удлинениями ~2800% при температуре 520 °C и скорости ~1×10−2 с-1.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время большой интерес вызывают новые термически неупрочняемые алюминиевые сплавы системы А1-Мд-8с (2г), содержащие нанодисперсные когерентные частицы А13(Бс, 2г). Несмотря на ряд уникальных эксплуатационных характеристик [1], сплавы с содержанием Mg & gt- 4% обладают одним существенным недостатком — невысокой технологической пластичностью. Возможным решением указанной проблемы является реализация эффекта сверхпластичности (СП). Известно, что для перевода сплава в СП состояние и достижения высоких удлинений, размер его зерна обычно должен быть менее 10−15 мкм и как можно дольше сохраняться таковым при деформации. Недавние исследования показали, что резкое повышение СП характеристик отмечается при формировании в сплавах ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры (размер зерна & lt-1 мкм), используя интенсивную пластическую деформацию (ИПД) специальными методами, такими как равноканальное угловое прессование (РКУП) [2−5]. В частности, в [2−4] с помощью РКУП были получены объемные УМЗ заготовки из А1-Мд-8с^г) сплавов, демонстрирующие высокоскоростную СП, а в [6] была показана возможность совмещения РКУП с прокаткой для получения УМЗ листов, также обладающих высокоскоростной СП. Однако на сегодняшний день особенности влияния такой схемы обработки и ее режимов на структуру и свойства алюминиевых сплавов изучены мало.
Цель работы — сопоставить СП свойства A1-Mg-Sc-Zr сплава после РКУП и последующей теплой и холодной прокатки.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Гомогенизированный слиток алюминиевого сплава 1570с (A1−5Mg-0,2Sc-0,08Zг) подвергали 8 проходам РКУП по маршруту Вс2 при 325 °C (~0.6 Тпл), а затем прокатке до е~80% при этой же и комнатной температурах. Показатели С П сплава определяли при растяжении образцов, вырезанных вдоль направления прокатки, с размерами рабочей части 1,5x3x6 мм в диапазоне температур 350−520 °С и скоростей деформации 10−310−1 с-1. Микроструктуру анализировали методами оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии (ОМ и ПЭМ), подробно изложенными в [3, 7], в продольном сечении и в продольной плоскости деформированных заготовок.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Микроструктура сплава перед СП деформацией
была бимодальной с объемной долей и средним размером ультрамелких зерен ~0,6−0,7 и ~1 мкм, соответственно (рис. 1 а, б, д). После прокатки при температуре ИПД гомогенность структуры повышалась (рис. 1 в, г, е) и объемная доля ультрамелких зерен увеличивалась до 0,8−0,85. Такие изменения были вызваны преимущественно тем, что фрагменты крупных исходных зерен, сохранившиеся в матрице после РКУП, вытягивались в направлении прокатки и их продольные границы, соприкасаясь друг с другом, обеспечивали формирование новых мелких зерен по механизму, схожему по типу с «геометрической» динамической рекристаллизацией [3, 8]. При этом средний размер и форма ультрамелких (суб) зерен, сформировавшихся при РКУП, практически не изменялись. Последнее могло быть обусловлено тем, что деформация, осуществляясь при сравнительно высокой температуре, в УМЗ структуре приводила к активному развитию процессов зерногра-ничного проскальзывания (ЗГП) [3, 8], а ее размерную стабильность обеспечивала высокая плотность равномерно распределенных дисперсоидов — алюминидов переходных металлов. В результате же холодной прокатки в сплаве формировалась нагартованная УМЗ структура (рис. 1 ж) с ячейками размером 0,2−0,5 мкм и высокой плотностью равномерно распределенных в теле зерен решеточных дислокаций. Такой вид структуры свидетельствовал о том, что деформация заготовки на мезоскопическом уровне развивалась сравнительно однородно, и ее однородность также была обеспечена равномерно распределенными в матрице нанодис-персными А13(8сДг) частицами. Последние взаимодействовали с решеточными дислокациями и эффективно предотвращали их перераспределение на большие расстояния, способствуя гомогенизации скольжения [7, 9].
Характеристики С П сплава после прессования и прокатки приведены на рисунке 2. Видно, что РКУП сплав при 475 °C демонстрировал высокоскоростную СП в диапазоне скоростей 10−2-10−1 с-1. При этом удлинения до разрушения превышали 2000% (максимальные ~3300% при скорости 5,6×10−2 с-1) при коэффициенте скоростной чувствительности, т, более 0,35. Кроме того, сплав обладал и низкотемпературной СП с удлинениями более 1000% при 350 °C и скорости 1,4×10−2 с-1.
Рис. 1. ОМ (а — г) и ПЭМ (д — ж) — структуры сплава 1570с после РКУП (а, б, д), теплой (в, г, е) и холодной (ж) прокатки. (а и д) — продольная плоскость плиты- (б) — плоскость плиты в плане- (в) — продольная плоскость- (г, е, ж) — плоскость прокатки
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 1
(а) ^^
• ио*с
о доо*с
* 450*С
(r) 475*С
• 500*С
^ «М0*С
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 1
(б)
т_(• ио*с
о 400'-С
•4И*С
й о 475*С
1 ¦ 500*С
1 «520*С
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0. 1
(В)
«450*С
0 47ГС
• КОХ
««мч:
3500 3000 «2500 | 2000 ^ 1500
|юоо
& gt->- 500 0
Ю-» «-& gt- 10* 10& quot-1 10» Скорость деформации, с-1
(Г)
/ • 1504:
Л о 400& quot-С
«450& quot-С
Л1 • 475*С
ч АД ¦ 500& quot-С
«520& quot-С
3500 «3000
. 2500
о
§ 2000 |1500 1−1000 500
ю-1 ю-1 1а'- ю-1 10»
Скорость деформации, с-1
(д)
• мо*с
= 400*с
«440*С
0 47ГС
¦ загс
Л «но*с

3500 3000 2500? 2000 ?1500
Вюоо
& gt-¦ 500 0
10& quot-* 10° 1& lt-Н 10-'- 10° Скорость деформации, с-1
(е)
* 450& quot-С
/л О 475*С
Кя • 500'-С
— «МО'-С V!
10^ 10* 10'- 10»
Скорость деформации, с-1
10* 10* I"1 10»
Скорость деформации, с-1
10* 10* 10^'- 10» Скорость деформации, с-1
Рис. 2. Изменения коэффициента скоростной чувствительности (т) и удлинения до разрушения от скорости и температуры деформации сплава 1570с после РКУП (а и г), теплой (б и д) и холодной прокатки (в и е).
После обеих прокаток оптимум высокоскоростной СП смещался в сторону более высоких температур и более низких скоростей деформации (рис. 2). При этом СП параметры сплава оставались высокими и довольно близкими (максимальные удлинения ~2800% при 520 °С
и ~1,4×1СГ2 с-1) несмотря на существенную разницу в его структуре. Таким образом, было неожиданным зафиксировать факт близкого по феноменологии СП поведения сплава с различной по типу и параметрам УМЗ структурой, формирующейся при различных обработках.
Рис. 3. ОМ структура растянутых образцов из прессованного (а — в) и катанного при 325 и 20 °C (г — е) и (ж — и), соответственно, сплава 1570с. (а — в) — (475 °С и 5,6×10−2 с-1) — (г-ж) — (520 °С, 1,4×10−2 с1), (а, г, ж) — область захватов образцов, продольное сечение- (б, д, з) — область захватов образцов, продольная плоскость- (в, г, ж) -рабочая часть образцов, продольная плоскость
Микроструктура сплава после статического и динамического отжига при оптимальных условиях СП представлена на рисунке 3. Исходя из этих данных, одной из основных причин достижения высоких характеристик СП РКУП сплавом является высокая термическая стабильность его УМЗ структуры. Так, при статическом отжиге в течение ~0,3 часа при 475 °C (оптимальной температуре СП) наблюдался нормальный рост ультрамелких зерен всего лишь до 2,4 мкм. Однако, за это же время СП деформация приводила к более значительному динамическому росту зерен и после удлинения образцов до 3300% их средний размер достигал 9,8 и 6,6 мкм в продольном и поперечном направлениях, соответственно. При этом коэффициент формы зерен составлял 1,48 — величину, характерную для СП деформации, когда значительный вклад в общее удлинение материала вносит ЗГП [3].
Как после теплой, так и холодной прокатки в области захватов образцов также наблюдалась достаточно однородная мелкозернистая структура (рис. 3). В первом случае средний размер зерна составил 6,1 мкм, а во втором 5,6 мкм. Кроме того, не была обнаружена существенная разница и в микроструктурах, развивавшихся в условиях динамического отжига (см. рис. 3 е, и): долевой и поперечный размеры зерна в рабочей части образцов после теплой прокатки составил 13,5 и 9,3 мкм, а после холодной прокатки — 13,4 и 9,9 мкм, соответственно.
ВЫВОДЫ
1. РКУП с суммарной степенью деформации е~8 при температуре 325 °C приводит к формированию относительно однородной УМЗ структуры со средним размером зерен ~1 мкм, объемная доля которых составляет ~0,6−0,7. Сплав с такой структурой при 475 °C демонстрировал в диапазоне скоростей дефор-мации от 1,4×10−2 до 1,4×10−1 с-1 высокоскоростную СП с удлинениями, превышающими 2000%, а также при 350 °C и 1,4×10−2 с-1 низкотемпературную СП с удлинениями & gt- 1000%. Такие высокие СП параметры обусловлены высокой термической стабильностью УМЗ структуры, обеспеченной нанодисперсными когерентными частицами А13 (8с, Zг).
2. Холодная прокатка РКУП сплава приводит к формированию сильнодеформированной УМЗ структуры с дислокационными ячейками размером 0,2−0,5 мкм. А теплая прокатка, не изменяя тип структуры, приводит к увеличению объемной доли ультрамелких зерен до 0,8−0,85 при сохранении их среднего размера. Несмотря на такую разницу в исходной структуре, в процессе статического и динамического отжига в сплаве формируются качественно схожие микроструктуры, в результате чего после обеих прокаток сплав демонстрирует близкие показатели СП. В том числе, и высокоскоростную СП в широком температурно-скоростном интервале с максимальными удлинениями до 2800% при 520 °C и скорости деформации ~1,4×10−2 с-1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Y.A. Filatov, V.I. Yelagm, V.V. Zacharov, New Al-Mg-Sc alloys, Mater. Sci. Eng. 2000, V. A 280, pp. 97−101.
2. S. Lee, A. Utsunomiya, H. Akamatsu, K. Neishi, M. Furu-kawa, Z. Horita, T.G. Langdon, Influence of scandium and zirconium on grain stability and superplastic ductilities in ultrafine-grained Al-Mg alloys, Acta Mater. 2002, V. 50, pp. 553−564.
3. E. Avtokratova, O. Sitdikov, M. Markushev, R. Mulyukov. Extraordinary high-strain rate super-plasticity of severely deformed Al-Mg-Sc-Zr alloy, Mater. Sci. Eng., 2012, V. A 538, pp. 386−390.
4. K. Turba, P. Malek, M. Cieslar, Superplasticity in an Al-Mg-Zr-Sc alloy produced by equal-channel angular pressing, Mater. Sci. Eng. 2007, V. A 462, pp. 91−94.
5. М. В. Маркушев, К вопросу об эффективности некоторых методов интенсивной пластической деформа-
ции, предназначенных для получения объемных на-ноструктурных материалов, Письма о материалах, 2011, T. 1, c. 36−42.
6. H. Akamatsu, T. Fujinami, Z. Horita, T.G. Langdon, Influence of rolling on the superplastic behavior of an Al-Mg-Sc alloy after ECAP, Scripta Mater. 2001, V. 44, pp. 759−764.
7. O. Sh. Sitdikov, E.V. Avtokratova, T. Sakai, K. Tsuzaki, Ultrafine-grain structure formation in an Al-Mg-Sc Alloy during warm ECAP, Met. Mater. Trans. 2013, V. A 44, pp 1087−1100.
8. F.J. Humphreys, M. Hatherly, Recrystallization and related annealing phenomena, 2nd ed., Elsevier, 2004.
9. Y.W. Riddle, T.H. Sanders, A study of coarsening, re-crystallization and morphology of microstructure in Al-Sc-(Zr)-(Mg) alloys, Met. Mater. Trans. 2004, V. A 35, pp. 341−350.
SUPERPLASTICITY OF AN Al-Mg-Sc-Zr ALLOY AFTER ANGULAR PRESSING AND ROLLING
© 2013
O.E. Mukhametdinova, postgraduate student E.V. Avtokratova, candidate of technical sciences, senior researcher O. Sh. Sitdikov, candidate of physical and mathematical sciences, senior researcher M.V. Markushev, doctor of technical sciences, head of laboratory Institute for Metals Superplasticity Problems Russian Academy of Sciences, Ufa (Russia)
Keywords: Aluminum alloy- Equal Channel Angular Pressing- Warm and Cold Rolling- Superplasticity Abstract: Parameters of superplasticity of the ultrafine-grain Al-Mg-Sc-Zr alloy processed by equal channel angular pressing and subsequent rolling were evaluated. It has been shown, that both cold- and warm-rolled alloy conditions exhibit near similar superplastic behavior with the maximum elongations of ~2800% at 520 X and 1,4 *10−2 s-1.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой