Особенности деформации меди м3 в субмикрокристаллическом состоянии

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 620. 178. 4/. 6
© 2013
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ МЕДИ М3 В СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ
Е. А. Абрамова, младший научный сотрудник Я. Е. Бейгельзимер, доктор технических наук, профессор главный научный сотрудник Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАНУ, Донецк (Украина)
Ключевые слова: растяжение- сжатие- кручение- винтовая экструзия- субмикрокристаллический- кривая предельной пластичности.
Аннотация: В работе рассмотрены особенности деформации субмикрокристаллического материала, полученного винтовой экструзией. Сопоставление производится с материалами того же химического состава после отжига. В качестве методов испытаний использованы кручение, растяжение и сжатие, а также сдвиг под давлением. Обнаружены различия в изменении поверхности образцов при испытаниях, а также в механических характеристиках. Среди них особое внимание уделено предельной пластичности, которая до настоящего времени изучена недостаточно.
ВВЕДЕНИЕ
Субмикрокристаллические материалы, полученные методами интенсивной пластической деформации (ИПД) [1, 2], проявляют существенные особенности при последующих испытаниях. По этой причине, ИПД представляет собой способ получения новых материалов без какого-либо изменения химического состава уже имеющихся материалов.
Целью работы является демонстрация особенностей деформации меди М3 в субмикрокристаллическом состоянии при разных видах нагружений.
В работе рассмотрены особенности деформации субмикрокристаллического (СМК) материала, полученного винтовой экструзией (ВЭ). Сопоставление производится с материалом того же химического состава после рекристаллизационного отжига. В качестве методов испытаний использованы кручение, растяжение и сжатие, а также сдвиг под давлением. Обнаружены различия в изменении поверхности образцов при испытаниях, а также в механических характеристиках. Среди них особое внимание уделено предельной пластичности, которая до настоящего времени изучена недостаточно.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве исследуемого материала выбрана медь марки М3. Исходный горячекатаный пруток диаметром 50 мм, разрезался на мерные длины и доводился до необходимого сечения 18×28 мм. Далее материал подвергался термической обработке в печи при t=550 °С в течение 1 часа, для снятия остаточных напряжений. После чего заготовки подвергались деформации методом винтовой экструзии [2].
Из деформированных заготовок изготовили образцы для испытаний на кручение и растяжение в соответствии с ГОСТ 3565–80 «Металлы. Метод испытания на кручение» и ГОСТ 1497–84 «Методы исследований на растяжение». Из одной заготовки, обработанной методом ВЭ, получали два образца. Во время механической обработки и электроискрового резания не допускали нагрев образцов выше 100 °C.
Исследования проводились при комнатной температуре на специальном оборудовании. Деформация кручением выполнялась на экспериментальном комплексе, разработанном в ДонФТИ НАНУ в 2010 году [3]. Измерение выполняется в соответствии с ГОСТ 3565–80.
Испытания на растяжение проводилось, на универсальной гидравлической испытательной машине марки
МУП-50, максимальным усилием 50 к№ Деформировали образцы до разрушения. Результаты испытаний обрабатывали по стандартной методике, описанной в [4]. По полученным данным строили зависимость аи=а (е).
Испытания на сжатие проводили на 1шй& quot-оп 5569 усилием 40к№ Для исключения перекосов образца при сжатии его помещали в специальную оснастку.
При осадке для уменьшения воздействия трения была использована медная фольга 15×15×0,1 мм, покрытая графито — масляной смазкой, которая помещалась на торцы образцов, так чтобы смазка находилась между испытуемым образцом и фольгой. В ходе пластической деформации образца, графитовая смазка и медная подложка позволяют практически свободно осаживать материал, предотвращая появление бочки. Высота образцов на сжатие составляла 12 мм, диаметр — 8 мм.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
На рисунке 1 представлены результаты испытаний на кручение. Из графика видно, что материал подвергнутый различным видам деформации ведет себя по-разному, а именно: отожженные образцы упрочняются на всем диапазоне, а образцы обработанные ВЭ имеют большой предел текучести и упрочняются слабо. Следует отметить повышенную пластичность образцов, обработанных ВЭ (более подробно об этом будет сказано ниже).
На рисунке 2 представлены результаты испытаний на сжатие. Материалы показывают подобное же поведение. Следует отметить, что при сжатии образцы не разрушались. На рисунке 3 представлены результаты испытаний на растяжение.
Представленные выше графики демонстрируют повышенные прочностные характеристики СМК меди. Для анализа пластичности исследованных материалов были построены диаграммы предельной пластичности. Так как материалы не разрушались при сжатии, то для указанной кривой принималось соотношение из работы Г. Д. Деля [5]:
е"" = -- ехр (- п)'-
1 + п
где е — предельная пластичность при кручении, П — показатель жесткости напряженного состояния.
(1)
В табл.1 приведены экспериментально определен- На рис. 4 показаны диаграммы предельной пластичные значения предельной пластичности СМК и круп- ности, построенные по формуле (1). КК (1) и с СМК нокристаллического (КК) материалов при растяжении структурой (2). Точки полученные экспериментально и кручении. при кручении для меди с СМК (а) и КК © при круче-
нии и при растяжении (Ь) и (ё) соответственно. Там же приведены экспериментальные значения предельной Табтща 1 Дтныерезультаты предельнш пластичности при растяжении, которые хорошо укладываются на эти диаграммы. Это свидетельствует об адекватности соотношения (1).
Диаграмма показывает, что пластичность СМК меди выше, чем у крупнокристаллической во всем изученном диапазоне показателей жесткости напряженного состояния.
Испытание е е
пр, пр ,
СМК медь КК медь
Растяжение 1,5 1
Кручение 4,4 3,5
11стинная деформация
¦ Отожженный Я ВЭ
Рис. 3. Результаты испытаний на сжатие
е
Рис. 4. Диаграмма пластичности
Также нами были проведены исследования данного материала на сдвиг под давлением в специально разработанной оснастке (рис. 5). Для эксперимента были подготовлены образцы сечением 1×1 мм и длиной 2 мм, одна партия была обработана методом ВЭ, другая отожженная. Все образцы были сфотографированы до и после эксперимента. В результате сравнительного анализа, можно прийти к выводу, что предварительная обработка материала положительно отразилась на качестве поверхности образцов (рис. 6). Это имеет большое значение в применении таких материалов при изготовлении деталей малых размеров методами Micro Forging.
ВЫВОДЫ
— Показано, что в испытаниях на растяжение в СМК материалах — отсутствует стадия равномерного растяжения, что ведет к ошибочному суждению о пластичности СМК материала по относительному удлинению. В данном случае, пластичность нужно оценивать по сужению в шейке.
— Пластичность СМК меди выше, чем у крупнокристаллической во всем изученном диапазоне показателей жесткости напряженного состояния.
— Показано, что поверхность образцов с СМК структурой, при всех видах испытаний, менее шероховата. Это позволяет использовать такие материалы для изготовления изделий микронных размеров методами Micro Forging.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бейгельзимер Я. Е. Винтовая экструзия — процесс накопления деформации / Бейгельзимер Я. Е., Варюхин В. Н., Орлов Д. В. — Донецк: Фирма ТЕАН, 2003. — 87 с.
2. Валиев Р. З. Наноструктурные материалы, полученные методом интенсивной пластической деформации / Р. З. Валив, И. В. Александров. — М.: Логос, 2000. — 272 c.
3. Бейгельзимер Я. Е. Исследование Swift-эффекта на алюминиевых и медных сплавах. / Бейгельзимер Я. Е., Гусар Ю. В., Бахмацкий В. Д. // Обработка материалов давлением. — 2010. — № 2 (23), с. 107−111.
4. Бейгельзимер Я. Е. Пластичность субмикрокристаллических материалов / Бейгельзимер Я. Е., Прокофьева О. В., Кулагин Р. Ю. // Обработка материалов давлением. — 2009. — № 2 (21), с. 115−118.
5. Дель Г. Д. Технологическая механика. — М.: Машиностроение, 1978. — 174 с.
FEATURES STRAIN OF COPPER IN ULTRAFINE STATE
© 2013
O.A. Abramova, junior researcher Y.E. Beygelzimer, doctor of technical sciences, professor, chief researcher Donetsk Institute for Physics and Engineering named after O.O. Galkin, Donetsk (Ukraine)
Keywords: tension- compression- torsion- ultrafine grained- twist extrusion- the curve of ultimate plasticity. Annotation: This paper describes the features of deformation of ultrafine grained material received by the method of twist extrusion. A comparison is made with the material of the same chemical composition after annealing. As the test methods were used torsion, tension and compression, and shear under pressure. There is a difference in changing the surface of samples for testing, as well as mechanical properties. Among them, a special attention is paid to the limit of plasticity, which to date has been insufficiently studied.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой