Сверхпластичность алюминиевого сплава 1570С после равноканального углового прессования и изотермической прокатки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 669.715 ’721 ’793 ’296.004.12

СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1570С ПОСЛЕ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ И ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ

© О.Э. Мухаметдинова, Е.В. Автократова, О.Ш. Ситдиков, М.В. Маркушев

Ключевые слова: алюминиевый сплав; интенсивная пластическая деформация; сверхпластичность.

Оценены показатели сверхпластичности (СП) сплава 1570С с ультрамелкозернистой структурой, полученной равноканальным угловым прессованием и последующей изотермической прокаткой. Показано, что в обоих случаях сплав демонстрирует высокоскоростную СП с удлинениями более 2000 % и при этом прокатка смещает оптимум СП в сторону более высоких температур и низких скоростей деформации.

В работе [1] была показана возможность существенного повышения показателей сверхпластичности (СП) Al-Mg-Sc(-Zr) сплавов за счет придания им ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры (размер зерна <1 мкм) методами интенсивной пластической деформации (ИПД). К таким методам относится равноканальное угловое прессование (РКУП), позволяющее получать объемные УМЗ заготовки [2, 3], в т. ч. демонстрирующие высокоскоростную СП с удлинениями (5) >200 % при скорости деформации (е) ~10-2 с-1 [1, 4]. Для получения УМЗ листовых полуфабрикатов РКУП можно совместить с прокаткой.

Цель работы - оценить параметры СП УМЗ листов ИПД сплава после обработки, совмещающей РКУП и изотермическую прокатку.

Сплав 1570С (Al-5Mg-0,18Mn-0,2Sc-0,08Zr-0,01Si-0,0№е, вес. %) подвергали 8 проходам РКУП при Т = 325 °С Последующую прокатку проводили при этой же температуре до суммарной степени деформации 85 %. Микроструктуру сплава анализировали в продольной плоскости деформированных заготовок методом дифракции обратно отраженных электронов (EBSD анализ). Показатели сверхпластичности сплава определяли при растяжении образцов с размерами рабочей части 1,5x3 *6 мм в диапазоне температур 350520 °С и скоростей деформации 10-3-10-1 с-1.

После РКУП сплав имел бимодальную структуру, состоящую на 70 % из ультрамелких зерен размером 1 мкм и на 30 % из крупных фрагментов исходных зерен, содержащих субзерна (рис. 1а). Средний угол разориентировки межкристаллитных границ (вср) составил ~30,7° при удельной доле высокоугловых границ (/ВУГ) ~74 %. Прокатка повысила однородность структуры сплава за счет уменьшения доли крупных фрагментов исходных зерен (рис. 1б).

При этом последние вытягивались в направлении прокатки, и их продольные границы приближались друг к другу, соприкасались и обеспечивали формирование мелких равноосных зерен по механизму, схожему с «геометрической» динамической рекристаллизацией [5].

Кроме того, внутри этих фрагментов новые зерна формировались за счет трансформации малоугловых границ в высокоугловые границы. В результате /ВУГ

увеличилась до ~83 %, а 0ср - до 35,9°. При этом размер и форма исходных ультрамелких зерен не изменялись. Это могло быть обусловлено лишь тем, что деформация осуществлялась, главным образом, за счет развития зернограничного проскальзывания.

Рис. 1. Восстановленная структура сплава 1570С после РКУП (а) и последующей прокатки (б). Темные - высокоугловые, светлые - малоугловые границы

Несмотря на бимодальность структуры, сплав после РКУП демонстрировал высокие показатели высокоскоростной СП в диапазоне скоростей деформации 10-2-10-1 с-1 с удлинениями до разрушения, 5 > 1000 % и коэффициентом скоростной чувствительности т > 0,35 во всем исследованном интервале температур

1972

(рис. 2). Максимальное удлинение —3300 % было достигнуто при Т = 475 X и 8 ~ 5,6-10-2 с-1. Следует отметить, что при этом не было четкой зависимости максимальных удлинений от температуры и скорости растяжения. Так, при 400 и 475 X экстремум удлинений находился при скорости 5,6-10-2 с-1, при 350 и 500 X -на 1,4 -10-2 с-1; а при 450 X наблюдались даже два пика.

скорости и температуры деформации. При этом прокатка смещала оптимум СП в сторону более высоких температур и низких скоростей деформации.

Рис. 2. Зависимости коэффициента m (а) и удлинений до разрушения (б) от скорости и температуры деформации сплава 1570С после РКУП

После прокатки, обеспечивающей переход к более однородной УМЗ структуре сплава, значения удлинений до разрушения и коэффициента m оставались на высоком уровне (рис. 3). При этом четко выявлялась закономерность изменений его удлинений от условий испытаний: зависимости 8-(é) имели один экстремум, смещавшийся в сторону меньших скоростей с повышением температуры деформации. Отметим, однако, что после прокатки значения удлинений при 400 и 475 °С уменьшались, а их оптимум наблюдался при меньших скоростях деформации, тогда как при 520 оС оптимальные показатели СП были достигнуты при скорости на порядок выше, чем после РКУП. В результате наибольшие удлинения ~2800 % прокатанный сплав продемонстрировал при более высокой температуре -520 °С и более низкой скорости - 1,4-10-2 с-1.

Таким образом, теплая изотермическая прокатка, проводимая при температуре предшествующего РКУП, обеспечила получение листов с более однородной УМЗ структурой с тем же размером ультрамелких зерен ~1 мкм. Как после РКУП, так и после РКУП и последующей прокатки, сплав демонстрировал высокоскоростную СП с удлинениями более 2000 %. Переход к более однородной УМЗ структуре после прокатки обеспечивал более четкую зависимость удлинений от

Рис. 3. Зависимости коэффициента m (а) и удлинений до разрушения (б) от скорости и температуры деформации прокатанного сплава 1570С

ЛИТЕРАТУРА

1. Avtokratova E., Sitdikov O., Markushev M., Mulyukov R. Extraordinary high-strain rate superplasticity of severely deformed Al-Mg-Sc-Zr alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2012. V. 538. P. 386-390.

2. Маркушев М.В. К вопросу об эффективности некоторых методов интенсивной пластической деформации, предназначенных для получения объемных наноструктурных материалов // Письма о материалах. 2011. Т. 1. Вып. 1. С. 36-42.

3. Ситдиков О.Ш., Автократова Е.В., Бабичева Р.И. Влияние температуры на формирование микроструктуры в процессе равноканального углового прессования Al-Mg-Sc сплава 1570 // Физика металлов и металловедение. 2010. Т. 110. № 2. C. 161-170.

4. Turba K., Malek P., Cieslar M. Superplasticity in an Al-Mg-Zr-Sc alloy produced by equal-channel angular pressing // Mater. Sci. Eng. A. 2007. V. 462. P. 91-94.

5. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization and Related Annealing Phenomena. 2nd ed. Elsevier, 2004. P. 658.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Mukhametdinova O.E., Avtokratova E.V., Sitdikov O.Sh., Markushev M.V. SUPER-PLASTICITY OF ALUMINUM ALLOY 1570C AFTER EQUAL CHANNEL ANGULAR PRESSING AND ISOTHERMAL ROLLING

Super plastic parameters of the aluminum alloy 1570С with ultrafine grained structure processed by equal channel angular pressing and subsequent isothermal rolling are evaluated. It is shown, that the alloy in both cases exhibit high strain rate superplasticity with the elongations more than 2000 %. At that the rolling postponed the optimum super-plasticity towards the higher temperatures and lower strain rates.

Key words: aluminum alloy; severe plastic deformation; super-plasticity.

1973