CC BY
47
УДК 538.911, 621.77.04, 621.777.22
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1180-1183
ФОРМИРОВАНИЕ ТЕКСТУР СПЛАВА 1560 ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
© Е.Н. Москвичев, В.А. Скрипняк, Д.В. Лычагин, А.А. Козулин
Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация, e-mail: [email protected]
В представленной работе изучены процессы формирования кристаллографических текстур в образцах из алюминиевого сплава 1560 двумя различными методами интенсивной пластической деформации: равноканальным угловым прессованием (РКУП) и прессование рифлением (ПР). Исследование проведено методом дифракции отраженных электронов. Установлено, что применение метода РКУП приводит к изменению первоначальной рассеянной кубической текстуры на симметричную деформационную текстуру {110}<001>. Применение метода ПР приводит к изменению первоначальной рассеянной текстуры {110}<112> к текстуре {111}...{112}...{100}<112>.
Ключевые слова: сплав 1560; интенсивная пластическая деформация; дифракция отраженных электронов; рав-ноканальное угловое прессование; прессование рифлением; текстура.
Методы интенсивной пластической деформации (ИПД) широко применяются для получения металлов и сплавов с субмикронными, наноразмерными и ультрадисперсными размерами зерна для формирования в материале кристаллографической текстуры. Данные структурные изменения приводят к комплексному повышению механических свойств материала, что обусловливает повышенный интерес к обработке легких сплавов на основе алюминия, магния, титана методами интенсивной пластической деформации [1-2]. Объектом данного исследования был выбран широко используемый в аэрокосмической области алюминиево-маг-ниевый сплав 1560 (АМг6).
Разработано множество технологий реализации ИПД: равноканальное угловое прессование, кручение под высоким давлением, волочение, дробеструйная обработка и т. д. В данной работе применяется метод РКУП для обработки образцов, вырезанных из кованого прута, и метод ПР для обработки образцов, вырезанных из прокатанного листа в состоянии поставки. Исследование текстуры материала после обработки проводили методом автоматического анализа картин дифракции отраженных электронов (ДОЭ). Данная сравнительно недавно появившаяся методика в настоящее время широко применяется для исследования кристаллографических ориентаций многих материалов.
Целью данного исследования является изучение кристаллографичеких текстур, сформировавшихся в образцах после обработки интенсивной пластической деформацией методами РКУП и ПР.
Сплав АА1560 имел химический состав в соответствии с ГОСТ 4784-97.
Интенсивные пластические деформации были реализованы хорошо изученным и широко применяемым методом РКУП и методом прессования рифлением.
Метод ПР появился как альтернатива РКУП для обработки плоских образцов в виде пластин и лент.
Суть процесса ПР заключается в следующем: образец обжимается двумя рифлеными пресс-формами, имеющими пазы с определенными размерами (зависит от толщины образца). Цикл прессования рифлением состоит из нескольких последовательных фаз:
- рифление образца, путем его обжатия между двумя рифлеными пресс-формами;
- выпрямление образца путем обжатия между двумя плоскими пластинами;
- поворот образца на угол 180° относительно нормали к поверхности образца;
- повторное рифление с повторным выпрямлением.
Пластическая деформация происходит в основном
путем сдвига, где теоретический эквивалент деформации eeff достигает 0,58. Одно рифление и одно выпрямление дает Eeff = 1,16 в областях сдвига. Полный цикл прессования позволяет получить значение eef = 1,16 по всей площади образца за счет поворота и нагружения ранее недеформированных зон. При многократном прессовании накопление пластической деформации в образце можно оценить eef = 1,16-и, где n - число циклов ПР [3].
Изменение текстуры образцов алюминиевого сплава 1560 после ИПД по сравнению с исходным состоянием исследовали на электронном микроскопе TescanVega II LMU, оснащенном приставкой ДОЭ. Поверхность образцов для исследования была подготовлена методом ионного травления на установке ION SLICER EM-09100. Анализ полученных данных проводился на лицензионном программном обеспечении HKL-Channel 5.
При исследовании РКУП на развитие структуры и текстуры проводили изучение материала в исходном состоянии (горячекатанный пруток) и после РКУП. Образцы в форме лопаток вырезали вдоль оси прутка (ось Х). Прямые полюсные фигуры (ППФ) представлены на рис. 1.
Рис. 1. ППФ образцов алюминиевого сплава 1560: а) в состоянии поставки; б) после четырех циклов РКУП
Как видно из ППФ, в образце из сплава 1560 в состоянии поставки наблюдается симметричная кубическая текстура с рассеянием вдоль Г, которая в результате РКУП сменяется текстурой {110}<001>, симметричной относительно Х. Перпендикулярное им направление в исходном состоянии имеет отчетливую кубическую составляющую (рис. 1а), которая после РКУП размывается (рис. 1б). Таким образом, изменение хода заготовки в канале пресс-формы на 90° приводит к размытию ориентации в направлении оси изгиба и потере выраженной осевой кубической текстуры, характерной для исходного состояния. Такое поведение переориентации зерен отличается от текстурных изменений классических способов обработки металлов давлением - волочения и прокатки.
При исследовании ПР на развитие структуры и текстуры проводилось изучение материала в исходном состоянии (прокатанный и отожженный лист) и после ПР. Образцы в форме пластин вырезали вдоль направления проката (ось Х). Прямые полюсные фигуры (ППФ) исходного листа показаны на рис. 2а, а после прессования рифлением - на рис. 2б.
Как видно из прямых полюсных фигур, в образце из алюминиевого сплава 1560 в состоянии поставки наблюдается симметричная рассеянная текстура. В образце, обработанном методом прессования рифлением, образуется схожая симметричная текстура с меньшим рассеянием. В этом случае наблюдается общая тенденция ориентации в направлении действующей нагрузки от начальной рассеянной текстуры {110}<112> к рассеянной текстуре {111}..{112}..{100}<112>. Наблюдается изменение ориентации зерен относительно оси Z (перпендикулярного первоначальному направлению прокатки и нормальному к плоскости прокатки). На
Рис. 2. ППФ образцов алюминиевого сплава 1560: а) в состоянии поставки; б) после четырех циклов ПР
ППФ {110} в образце из исходного листа рис. 2а можно выделить плоскости симметрии {001} и {111}, а на ППФ {111} - {110}. На ППФ {110} рис. 2б в образце из сплава 1560 после ПР можно выделить оси симметрии {112} и {110}, а на ППФ {111} - {112}.
Проведенный анализ изменения текстуры при интенсивной пластической деформации, реализованной методами РКУП и ПР, показал, что различие в схемах нагружения в этих методах приводит к разному характеру изменения текстуры с учетом ее формирования в исходной заготовке. В обоих способах используется вариант изгиба заготовки, который, однако, отличается граничными условиями на ее поверхности. Так, в случае РКУП значительную роль играет схема неравномерного всестороннего сжатия, которая в конечном итоге способствует максимальному выходу материала в направлении канала в сочетании с изгибом. Здесь реализуются схемы осесимметричной деформации и активизируется роль изгибающего момента, которая важна для активизации ротационных мод деформации.
При реализации схемы ПР роль силы в «направлении прокатки» (ось Х) заметно меньше, чем в методе РКУП. Поэтому хотя деформация проходит в условиях неравномерного всестороннего сжатия, но с другим соотношением главных компонент тензора напряжения и с более локальным воздействием изгибающего момента и с более высокой степенью активизации сдвиговых компонент деформации. При очередном цикле прессования точка приложения максимального изгибающего момента перемещается по деформируемой матрице и повторно активизируется сдвиговая деформация. Такой вариант обработки менее равномерно
вовлекает области материала в ротационную составляющую деформации, однако меньшая степень стесненности деформации, чем в методе РКУП, и изменение направления сдвига при циклическом прессовании способствует активизации дополнительных систем скольжения, обходу и срыву дислокационных барьеров, сформированных на предыдущих стадиях деформирования. Так как деформация проводится при повышенных температурах, это в большей мере способствует активизации анигилляционных и полигонизаци-онных процессов в сплаве 1560.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Валиев Р.З. Создание наноструктурных металлов и сплавов с уникальными свойствами, используя интенсивные пластические деформации // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1. С. 208216.
2. Козулин А.А., Скрипняк В.А., Красновейкин В.А., Скрипняк В.В., Каравацкий А.К. Исследование физико-механических свойств ультрамелкозернистых магниевых сплавов после интенсивной пластической деформации // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 9. С. 98-104.
3. Shin D.H., Park J., Kim Y., Park K. Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum // Mater. Sci. Eng. 2002. A 328. 98-103.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Исследования проведены с использованием оборудования центра коллективного пользования «Аналитический центр геохимии природных систем» Национального исследовательского Томского государственного университета.
2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 16-08-00037).
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
UDC 538.911, 621.77.04, 621.777.22
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1180-1183
1560 ALUMINUM ALLOY TEXTURE FORMATION AFTER SEVERE DEFORMATION TREATMENT
© Е.N. Moskvichev, VA. Skripnyak, D.V. Lychagin, А.А. Kozulin
National Research Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, e-mail: [email protected]
In present work the processes of formation crystallographic texture in aluminum alloy 1560 samples by two different methods of severe plastic deformation: equal channel angular pressing (ECAP) and groove pressing (GP), was investigated. The study was done by electron backscatter diffraction technique. It was found that the application of ECAP leads to a change of the original scattered cube texture on the symmetrical deformation texture {110}<001>. Application of GP leads to a change of the original scattered texture {110} <112> totexture {111}...{112}...{100}<112>.
Key words: aluminum alloy 1560; severe plastic deformation; electron back scattered diffraction; equal angular channel pressing; groove pressing; texture.
REFERENCES
1. Valiev R.Z. Sozdanie nanostrukturnykh metallov i splavov c unikal'nymi svoystvami, ispol'zuya intensivnye plasticheskie deformatsii. Rossiyskie nanotekhnologii — Nanotechnologies in Russia, 2006, vol. 1, pp. 208-216.
2. Kozulin A.A., Skripnyak V.A., Krasnoveykin V.A., Skripnyak V.V., Karavatskiy A.K. Issledovanie fiziko-mekhanicheskikh svoystv ul'tramelkozemistykh magnievykh splavov posle intensivnoy plasticheskoy deformatsii. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Fizika - Russian Physics Journal, 2014, vol. 57, no. 9, pp. 98-104.
3. Shin D.H., Park J., Kim Y., Park K. Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum. Mater. Sci. Eng, 2002, vol. A 328, pp. 98-103.
GRATITUDE:
1. The research is made with the use of equipment of centre of collective use "Analytical Centre of Geochemistry and natural systems" of National Research Tomsk State University.
2. The work is fulfilled under financial support of Russian Fund of Fundamental Research (grant no. 16-08-00037).
Received 10 April 2016
Москвичев Евгений Николаевич, Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация, аспирант, e-mail: [email protected]
Moskvichev Evgeniy Nikolaevich, Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, Post-graduate Student, e-mail: [email protected]
Скрипняк Владимир Альбертович, Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой механики деформируемого твердого тела, e-mail: [email protected]
Skripnyak Vladimir Albertovich, Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Deformable Solid Body Mechanics Department, e-mail: [email protected]
Лычагин Дмитрий Васильевич, Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой минералогии и геохимии, e-mail: [email protected]
Lychagin Dmitriy Vasilevich, Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Mineralogy and Geochemistry Department, e-mail: [email protected]
Козулин Александр Анатольевич, Томский государственный университет, г. Томск, Российская Федерация, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры механики деформируемого твердого тела, e-mail: [email protected]
Kozulin Aleksander Anatolevich, Tomsk State University, Tomsk, Russian Federation, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Associate Professor of Deformable Solid Bodymechanics Department, e-mail: [email protected]
