Модификация микроструктуры алюминия после электропластической деформации Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 539.3

МОДИФИКАЦИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ АЛЮМИНИЯ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

© В.С. Савенко, А.П. Демиденко

Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина, г. Мозырь, Белоруссия, e-mail: [email protected]

Ключевые слова: электропластическая деформация; алюминий.

Рассмотрена микроструктура алюминия после электропластической деформации. Исследованы различные характеристики оценки структуры и механических свойств алюминия.

В последние годы имеются определенные успехи в создании высокопрочных материалов, в частности с помощью различных способов предварительной обработки с целью создания устойчивой структуры, обеспечивающей высокую прочность при обычных и повышенных температурах. Это методы термомеханической обработки, создание мелкозернистой структуры и другие способы.

Алюминиевая катанка марки АКЛП-5 ПТ полутвердая с максимальным сечением 196 мм2 (d = 14 мм) подвергалась электропластическому волочению на волочильном станке СМВ-1-9М4. В процессе волочения осуществлялся подвод импульсного тока к алюминиевой проволоке для каждой волоки, установленной на волочильном стане согласно технологическому маршруту волочения (максимальное количество волок - 9). Импульсы тока подавались генератором мощностью 70 кВт. Электрическое сопротивление каждого контактного узла электропластического волочения при натянутой алюминиевой проволоке не превышало значения R = 0,005 Ом.

Применялись следующие режимы волочения: обычное волочение без подвода тока; электропластиче-ское волочение с импульсным током до 1000 А/мм2, пропускаемым через зону деформации, при полярности плюс источника тока до зоны деформации; тоже с полярностью минус источника тока до зоны деформации.

Электрическое сопротивление метровых образцов проволок измерялось по мостовой компенсационной схеме (класс точности 0,1), а удельное электросопротивление рассчитывалось по усредненному диаметру проволоки, измеренному микрометром (с точностью до 1 мкм). Механические свойства - разрывное усилие и относительное удлинение - измерялись на разрывной машине РМУ-0,05 с точностью 1 % (относительное удлинение определялось на базе 200 мм). Рентгеноструктурные исследования проводились дифрактометром на медном излучении.

Образцы проходили специальное химическое травление. Исследования проводились на приборе «Пост микроконтроля МК-3» (на базе микроскопа МИ-1) с использованием программ Autoscan Object (программа выделения и анализа объектов на растровых изображе-

ниях) и Autoscan Areas (программа выделения и анализа площадей на растровых изображениях).

Электропластическая деформация изменяет внутреннюю структуру деформируемых материалов. В результате рентгеноструктурных исследований получено, что деформация в режиме электропластического волочения дает более равновесную структуру, чем обычное волочение. При деформации полярностью плюс источника тока до зоны деформации происходит более существенное измельчение структуры, и деформация осуществляется при больших микроискажениях [1].

B данной работе исследовались различные характеристики оценки структуры и механических свойств алюминиевой проволоки. Результаты показали, что структура и механические свойства алюминия изменяются при пропускании через образец импульсов тока.

Исследования по параметру «длина зерна» показали, что наибольшему деформационному влиянию подвержены образцы с направлением тока от плюса к минусу. Под влиянием тока большой плотности происходит измельчение микроструктуры шлифа. Размеры зерен алюминиевой проволоки, деформированной без тока, намного больше, чем с током, что свидетельствует о достаточно высоком уровне остаточных напряжений. Измельчения зерен тем выше, чем больше плотность тока. По мере нарастания деформации происходит дробление зерен с уменьшением фрагментации, также увеличивается разориентация зерен. Формируются размытые текстурные максимумы, характерные для мелких зерен и блоков. Импульс электрического тока, проходящий через деформационное поле проволоки во время волочения, приводит к повышению пластичности исследуемых образцов, зерна в большей степени деформируются и приобретают неравноосную форму. Деформированные зерна располагаются своим минимальным сечением параллельно плоскости шлифа. При этом растет степень совершенства аксиальной текстуры алюминиевой проволоки.

Расчеты по параметру «минимальный радиус зерна» (рис. 2) показали, что наиболее мелкозернистую структуру имеют образцы с направлением тока от плюса к минусу. Таким образом, электропластическая деформация изменяет внутреннюю структуру деформи-

Рис. 1. Гистограммы распределения зерен по длине: а) без тока; б) с током от плюса к минусу; в) с током от минуса к плюсу

Рис. 2. Г истограммы распределения зерен по минимальному радиусу: а) без тока; б) с током от плюса к минусу; в) с током от минуса к плюсу

Классы Классы Классы

а) б) в)

Рис. 3. Г истограммы распределения зерен по площади ориентированных зерен: а) без тока; б) с током от плюса к минусу; в) с током от минуса к плюсу

руемых материалов. В результате рентгеноструктурных исследований показано, что деформация в режиме электропластического волочения дает более равновесную структуру, чем обычное волочение. При деформации полярностью плюс источника тока до зоны деформации происходит более существенное измельчение структуры, и деформация осуществляется при больших микроискажениях [2]. Под влиянием тока большой плотности происходит измельчение микроструктуры шлифа. Размеры зерен алюминиевой проволоки, деформированной без тока, намного больше, чем с током, свидетельствуют о достаточно высоком уровне остаточных напряжений. Измельчения зерен тем выше, чем больше плотность тока.

Исследования ориентации зерен (рис. 3) после ЭПД показали, что деформационное направление от плюса к минусу влияет на ориентацию зерен. По мере нарастания деформации происходит дробление зерен с уменьшением фрагментации, также увеличивается разориен-тация зерен. Формируются размытые текстурные максимумы, характерные для мелких зерен и блоков. Импульс электрического тока, проходящий через деформационное поле проволоки во время волочения, приводит к повышению пластичности исследуемых образ-

цов, зерна в большей степени деформируются и приобретают неравноосную форму. Деформированные зерна располагаются своим минимальным сечением параллельно плоскости шлифа. При этом растет степень совершенства аксиальной текстуры алюминиевой проволоки [3].

Микроискажения в поперечных шлифах проволок, протянутых при направлении тока от плюса к минусу, составляют 0,74Т0-4, при направлении тока от минуса к плюсу: 1,34-10-4, деформация проволок по режиму от плюса к минусу дает меньшее искажение в проволоке, чем при направлении тока от минуса к плюсу, что хорошо согласуется с теоретическими представлениями теории электропластичности.

Размеры областей когерентного рассеяния максимальны у образцов, деформированных при токе от минуса к плюсу, минимальны при деформации от плюса к минусу, при отсутствии тока имеют промежуточное значения. Таким образом, можно сделать вывод, что деформация по режиму от минуса к плюсу дает более равновесную структуру, чем деформация без тока, деформация по режиму от плюса к минусу - наиболее искаженную структуру. При деформации от плюса к минусу происходит более существенное измельчение

структуры, и деформация осуществляется при больших микроискажениях [1].

Расчеты по параметру горизонтальная проекция зерен показали, что наиболее предпочтительное направление полярности от минуса к плюсу.

Изменение внутренней структуры материала после электропластической деформации влияет на физикомеханические характеристики изделия. Электропла-стическое волочение приводит к уменьшению удельного сопротивления, что открывает определенные возможности в упрощении процесса изготовления алюминиевой проволоки с улучшенными служебными характеристиками путем замены обычного волочения элек-тропластическим с исключением из технологического цикла операций энергозатратного отжига. Кроме этого, предложенная технология волочения по сравнению с обычной снижает усилия деформации. Этот эффект приводит не только к снижению энергетических затрат, но и повышает ресурс стана, в т. ч. износостойкость деформационных деталей волок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савенко В.С., Троицкий О.А. Влияние электропластического волочения на физико-механические характеристики деформационного алюминия // XVII Петербургские чтения по проблемам прочности, посвященные 90-летию со дня рождения профессора А.Н. Орлова: тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. СПб.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, 2007. С. 64.

2. Савенко В.С. Механическое двойникование и электропластичность металлов в условиях внешних энергетических воздействий. Мн.: БГУ, 2003. 200 с.

3. Savenko V.S. Influence of electroplastic deformation on physic ome-chanical characteristics of deformation aluminum // First Russia-China Joint Symposium on the electroplasticity effect in metals Shenzhen. China, 2007. May 31 - June 4. Р. 218.

Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.

Savenko V.S, Demidenko A.P. Modification of microscopic structure of aluminium after electroplastic deformation. The microscopic structure of aluminium after electroplastic deformation is observed. Various performances of appraisal of frame and aluminium mechanical properties are investigated.

Key words: an electroplastic deformation; aluminium.