IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-1,6%Mn, ПОСЛЕ ИПД
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Циклическое равноканальное сжатие,3D-осадка, ультра мелкозернистые материалы (УМЗ), интенсивная пластическая деформация (ИПД), микроструктура, объемные металлические материалы, микротвердость
Введение. Явление деформационного измельчения структуры лежит в основе подавляющего большинства упрочняющих технологий обработки конструкционных изделий и сплавов, таких как прокатка, гидроэкструзия, волочение, ковка и т.д. В последние годы весьма интенсивно развиваются основанные на этом явлении методы получения субмикро- и нанокристаллических конструкционных материалов. Установлено, что при определенных условиях деформирования исходный материал (обычные конструкционные материалы представляют собой поликристаллы со средним размером зерна порядка десятков или сотен микрон) может перейти в субмикро (с размером зерна D<1 мкм) или даже нанокристаллическое (D<100 мкм) состояние. Это приводит к проявлению у них принципиально новых физических и механических свойств. Например, прочность алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Sc в наноструктурном состоянии увеличивается в 3-4 раза (750-950 МПа) и становится близкой к прочности некоторых промышленных сталей [1]. В связи с этим возникает задача создания новых методов формирования УМЗ структуры материалов, посредством ИПД.
Материалы и методика. Интенсивная пластическая деформация образца осуществлялась методом циклического равноканального сжатия (3D-осадка), схема которого показана на рисунке 1. В стальную прямоугольную пресс-форму помещается образец и пуансоном подвергается давлению при помощи гидравлического пресса [2]. Степень деформации определяли согласно [3], где зависимость степени деформации от числа циклов (рис. 1) определяется формулой , или , где - исходная высота образца, - конечная высота образца.
Микроструктуру, формирующуюся в процессе деформации, исследовали в центре продольного сечения образцов. При подготовке образцов, поврежденный поверхностный слой удаляли при помощи шлифовки на наждачной бумаге и алмазной пасте с размером абразива 1 мкм. Затем подвергли химическому травлению в специальном растворе Дикса и Кейта (0,5 мл 40%-ной HF; 100 мл H2O) при комнатной температуре в течение 5 - 7 секунд. Металлографический анализ сплава осуществляли на оптическом микроскопе МЕТАМ РВ-21. Размеры зерен определяли методом секущей, согласно [4].
Экспериментальные результаты и их обсуждение. Используемый в работе алюминиевый сплав, следующего химического состава (рис. 2) является деформируемым сплавом, так называемой бинарной системы Al-Mn [5]. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо деформируется в холодном состоянии и в горячем, температурный интервал (320-470 ° C) термической обработкой не упрочняется.
Методом ИПД, (по рассмотренной схеме рис. 1) было получено 3 образца, в виде параллелепипеда (15х12х15 мм), с различными степенями деформации. Так же был проведен отжиг при температуре 350оС в течение 3 часов. В результате ИПД, значение микроствердости сплава увеличилось с 512 до 587 МПа, исследования проведены по методу Виккерса на приборе ПМТ-3 при нагрузке 0,01 Н в течение 10 секунд.
Ниже представлены результаты оптической микроскопии исследуемого сплава (рис. 3), где четко просматривается эволюция измельчения структуры до субмикро размерного состояния под действием ИПД.
Анализ полученных изображений и результаты исследований на микротвердость (Рис. 4) позволяют сделать вывод о том, что сплав механически упрочнился. Максимальное упрочнение наблюдается после трех циклов 3D-осадки, увеличение числа циклов не приводит к повышению микротвердости, границы зерен становятся не четкими. Зависимость значения микротвердости и среднего размера зерна от степени деформации представлены в табл. 1, где ε определялась согласно [3], - средний размер зерна в мкм, HV - значение микротвердости по Виккерсу.
Таблица 1. Зависимость микротвердости и среднего размера зерна от степени деформации.
|
Состояние |
ε |
, мкм |
HV |
|
Исходное состояние |
- |
- |
512 |
|
1 цикл обработки |
3,2 |
4,6 |
563 |
|
2 цикла обработки |
5,3 |
2,8 |
589 |
|
3 цикла обработки |
7,7 |
1,3 |
587 |
Из табл. 1. следует, что с увеличением степени деформации происходит увеличение значения микротвердости, уменьшается средний размер зерна, по наблюдаемым характеристикам сплав переходит к классу субмикро- материалов. Применяемый в работе метод циклического равноканального сжатия, для получения объемных УМЗ материалов, в основном применяется к сплавам на основе алюминия согласно [6].
Для более подробного изучения структурно-фазовых превращений, анализа однородности структуры, необходимо провести более тонкий анализ методом просвечивающей электронной микроскопии, получить рентгеноструктурные дифракционные картины. Изучить параметры исходной зеренной структуры сплава, а также изменения размера и распределения частиц первичных фаз в процессе обработки.
Список литературы
- 1. Г.Ф. Сарафанов, В.Н. Перевезенцев. Закономерности деформационного измельчения структуры металлов и сплавов / Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Современные технологии создания новых материалов электроники и оптоэлектроники для информационно-телекоммуникационных систем» Нижний Новгород 2007, 6-22 С.
- 2. Prof. Ing. Stanislav Rusz, CSc. MODERNÍ METODY VE TVÁŘENÍ, 2002. 25 P.
- 3. Ковнеристый Ю.К. / Металловедение и термическая обработка, 2005. №7. 11-14 С.
- 4. Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов. Методические указания для студентов ФТП; составитель В. П. Ротштейн; ГОУ ВПО Томского государственного университета. - Томск : Изд-во ТГПУ, 2010. - 52 С.
- 5. ГОСТ 21631-76
- 6. Raghavan Srinivasan (PI), Prabir K. Chaudhury, Balakrishna Cherukuri, Qingyou Han, David Swenson, Percy Gros. Continuous Severe Plastic Deformation Processing of Aluminum Alloys / Wright State Universuty, Dayton, Ohio 45435 - 2006, 59 P.