CC BY
16
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 669.721.5
ВЛИЯНИЕ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ НА СТРУКТУРУ, ТЕКСТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННОГО МАГНИЕВОГО СПЛАВА МА2-1 пч*
Н.С. Мартыненко, аспирант(НИТУ «МИСиС», nata_roug@mail.ru) Е.А. Лукьянова, канд. техн. наук (ИМЕТ РАН, НИТУ «МИСиС») В.Н. Серебряный, канд. физ.-мат. наук (ИМЕТ РАН) М.В. Горшенков, канд. техн. наук (НИТУ «МИСиС») М.М. Морозов, В. С. Юсупов, докт. техн. наук (ИМЕТ РАН) С. В. Добаткин, докт. техн. наук (ИМЕТ РАН, НИТУ «МИСиС») Ю.З. Эстрин, д-р, профессор (Университет им. Монаша, Австралия; НИТУ «МИСиС»)
Исследованы микроструктура, текстура и механические свойства магниевого сплава МА2-1 пч, полученного ротационной ковкой. Деформацию сплава осуществляли в диапазоне температур 400-200 °С с постепенным ее понижением и одновременным повышением истинной степени деформации до е = 2,77. Ротационная ковка сплава МА2-1пч приводит к фрагментации структуры за счет интенсивного двойникования. Высокая плотность двойников деформации при е = 2,77 способствует уменьшению расстояния между границами (как двойников, так и зерен) до ~3 мкм. Внутри двойников деформации шириной 1,5-2,5 мкм формируются вторичные двойники деформации шириной 0,2 мкм при понижении температуры. Анализ текстуры показал, что в процессе деформации число ориентаций растет с одновременным увеличением их рассеяния. В сплаве МА2-1пч после ротационной ковки при 350 °С и степени деформации е = 2,77 были достигнуты свойства: ств = 380 МПа, Ст0,2 = 330 МПа при относительном удлинении 5 = 12,5 %.
Ключевые слова: магниевые сплавы; интенсивная пластическая деформация; ротационная ковка; микроструктура; двойники; текстура; механические свойства.
The Effect of Rotary Swaging on Structure, Texture and Mechanical Properties of Industrial MA2-1hp Magnesium Alloy. N.S. Martynenko, E.A. Lukyanova, V.N. Sere-bryany, M.V. Gorshenkov, M.M. Morozov, V.S. Yusupov, S.V. Dobatkin, Yu.Z. Estrin.
Microstructure, texture and mechanical properties of MA2-1hp magnesium alloy processed by rotary swaging have been investigated. Deformation of the alloy was carried out in a temperature range of 400-200 °C with a gradual decrease in temperature and a simultaneous increase in the true strain up to е = 2.77. Rotary swaging of MA2-1hp alloy leads to a fragmentation of the structure due to intensive twinning. High density of deformation twins at е = 2,77 results in a decrease in a distance between boundaries (both twin and grain boundaries) down to ~ 3 |im. The secondary deformation twins of 0,2 microns in width are formed inside the deformation twins of 1,5-2,5 microns in width at fall of temperature. Texture analysis revealed that the process of deformation leads to an increase in the number of orientations with a simultaneous increase in their dispersion. The best mechanical properties of MA2-1hp alloy were obtained after rotary swaging at 350 °C and true strain е = 2,77 (UTS = 380 MPa, YS = 330 MPa and EL = 12,5 %).
Key words: magnesium alloys; severe plastic deformation; rotary swaging; microstructure; twins; texture; mechanical properties.
* Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (Госконтракт № 14.А12.31.0001).
Введение
Благодаря низкой плотности, магний и его сплавы являются привлекательными для использования их в качестве конструкционных материалов для аэрокосмической и автомобильной промышленности [1]. Вместе с тем в последнее время магниевые сплавы рассматриваются как материалы медицинского назначения для создания на их основе био-резорбируемых имплантатов [2, 3]. Многие научно-исследовательские работы были сосредоточены на изучении поведения магниевых сплавов в условиях интенсивной пластической деформации (ИПД) [4-6]. Способами ИПД формируется ультрамелкозернистая (УМЗ) структура, которая обеспечивает значительное улучшение механических свойств сплавов. Наиболее распространенными для исследований способами ИПД являются рав-ноканальное угловое прессование (РКУП) [7, 8] и кручение под высоким давлением (КВД) [9, 10]. Эти способы позволяют получать измельчение структуры магниевых сплавов системы Мд-А1-7п-Мп, например, с размером зерна 0,15-0,20 мкм после КВД [9] и 0,64-3 мкм после РКУП [11, 12]. Тем не менее, другие способы деформационной обработки сплавов, такие как радиально-сдвиго-вая прокатка [13-15] и ротационная ковка [16-18], также представляют интерес в настоящее время. Преимуществами этих способов являются сравнительно низкая себестоимость получения деформированных полуфабрикатов, небольшие потери металла, возможность массового производства при более широком диапазоне возможных параметров процесса. Кроме того, измельчение зерна и текстура, формируемая в процессе деформации, также приводят к существенному повышению механических свойств. Целью настоящей работы являлось изучение структуры, текстуры и механических свойств прутков из сплава МА2-1пч системы Мд-А1-7п-Мп, подвергнутого ротационной ковке.
Материал и методы исследования
Для исследования был выбран промышленный магниевый сплав МА2-1пч, содержащий (% мас.) 4,4 А1, 0,9 7п и 0,4 Мп. Дефор-
Маршрут 1
Маршрут 2
Маршрут 3
400 °С
15 мм
s = 0,58 ч_ >
400 °С 15 мм s = 0,58
400 °С 15 мм s = 0,58
375 °С 10 мм s = 1,39
350 °С 10 мм s = 1,39
300 °С 10 мм s = 1,39
350 °С 5 мм s = 2,77
J
300 °С 5 мм s = 2,77
200 °С 5 мм s = 2,77
Рис. 1. Схема ротационной ковки сплава МА2-1 пч для трех маршрутов:
указаны температура деформации, диаметр прутка, истинная степень деформации
мирование осуществляли на ротационно-ко-вочной машине РКМ 2129.02 с максимальным усилием 8 кН и частотой 1920 ударов в минуту с использованием прутков диаметром 20 мм по трем технологическим маршрутам (рис. 1) с постепенным понижением температуры ковки в диапазоне 400-200 °С и одновременным увеличением истинной степени деформации s до 2,77. Конечный диаметр прутков после ротационной ковки составлял 5 мм.
Микроструктуру изучали на полированных металлографических шлифах после травления с помощью оптического микроскопа Reichert «Me F» (Вена, Австрия). Размер зерна измеряли методом секущих с использованием программного обеспечения Image Expert Professional 3 компании Nexsys. Электронно-микроскопические исследования проводили на электронном микроскопе JEM-1400 (Jeol, Япония) с ускоряющим напряжением 120 кВ. Для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) образцы вырезали в продольном направлении прутка и механически шлифовали до толщины 0,18 мм. Утонение образцов сплавов осуществлялось ионной бомбардировкой на установке GATAN 600.
Текстуру сплава в продольном направлении исследовали на рентгеновском текстурном дифрактометре ДРОН-7 в 0иКа-излуче-нии в режиме отражения с помощью съемки пяти неполных полюсных фигур {10.2}, {11.0}, {10.3}, {00.4} и {20.2} с максимальным углом наклона amax = 70° и с шагом по углам а и ß (0-360°), равным 5° (а и ß - радиальный и азимутальный углы на полюсной фигуре). Функцию распределения ориентировок (ФРО) восстанавливали по измеренным полюсным
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
фигурам методом аппроксимации большим числом (1000) гауссовских нормальных распределений [19].
Количественный анализ текстур методом аппроксимации большим числом гауссов-ских нормальных распределений дает возможность оценить обобщенные факторы Шмида для активных систем деформаций в исследуемом материале. Ориентационные факторы зависят от обобщенных факторов Шмида. Для их оценки использовали следующие соотношения [20]:
МI =
_1_
т/
(1)
где т1 - обобщенные факторы Шмида для базисного, призматического и пирамидального скольжения и двойникования, которые можно оценить для выбранной системы деформации и текстуры исследуемого сплава из соотношения:
р
т
I = £ тЩ
1 = 1
(2)
где тр
Щ -
- ориентационный фактор Шмида, рассчитанный для /'-системы скольжения ир-компоненты текстуры; объемная доля /-компоненты текстуры; р - число компонент текстуры.
Механические испытания на растяжение проводили на машине !пз1гоп 1096 при скорости деформирования 1,5 мм/мин на цилиндрических образцах диаметром 3 мм и длиной рабочей зоны 15 мм, вырезанных параллельно оси прутка.
Результаты исследования и обсуждение
На рис. 2 показана микроструктура сплава МА2-1пч при различных температурах и степенях деформации, соответствующих промежуточным и конечной стадиям ротационной ковки. В исходном состоянии сплав в прутке имел достаточно однородную структуру со средним размером зерна - 19 мкм (см. рис. 2, а). Ротационная ковка при наибольшей температуре 400 °С и наименьшей степени деформации е = 0,58 привела к образованию несколько неоднородной структуры. В центре и на периферии прутка присутство-
вали зерна размерами - 20 и - 6 мкм. Также наблюдали двойники деформации. Однако в центре прутка структура характеризовалась большой долей мелких зерен и меньшим количеством двойников деформации с их общей долей 8 % (см. рис. 2, б). На периферии прутка наблюдали больше двойников деформации (до 15%), которые располагались преимущественно в зернах размером - 20 мкм (рис. 2, в). Видимо, наличие двойников и меньшую долю зерен размером 6 мкм на периферии прутка можно объяснить подстужи-ванием поверхности прутка в ходе ротационной ковки. Заметим, что после ротационной ковки при 400 °С и е = 0,58 среднее расстояние между границами как двойников, так и зерен, в центре и на периферии прутка близко и составляло - 10 мкм (табл. 1).
Последующая ротационная ковка при более низких температурах и повышенных степенях деформации привела к измельчению структуры за счет увеличения общей доли границ благодаря двойникованию. При увеличении степени деформации до е = 1,39 и с понижением температуры деформации с 400 до 375, 350 (см. рис. 2, г) и 300 °С по маршрутам 1, 2 и 3 соответственно количество двойников в структуре возрастало, а расстояние между границами (как зерен, так и двойников) уменьшалось до - 5 мкм при всех температурах (см. табл. 1). При увеличении степени деформации до е = 2,77 структура прутков, деформированных при температурах 350, 300 и 200 °С соответственно, оказалась подобной (см. рис. 2, д, е) и характеризовалась средним расстоянием между границами -2,5-3 мкм и высокой плотностью двойников деформации. Для каждого маршрута ротационной ковки с увеличением степени деформации и понижением ее температуры характерно измельчение структуры при значительном повышении плотности двойников, что позволяет говорить о том, что фрагментация структуры происходит за счет интенсивного двойникования. Однако при одинаковой степени деформации е = 2,77 различие температур по маршрутам 1, 2 и 3 (350, 300 и 200 °С соответственно) не оказывает значительного влияния на структуру сплава, а именно на расстояние между границами и плот-
—20 мкм
Рис. 2. Микроструктура исходной заготовки (а) и обработанных прутков из сплава МА2-1пч после деформации при 400 °С, е = 0,58 в центре (б) и на периферии (в); 350 °С, е = 1,39 (г); 300 °С, е = 2,77 (д) и 200 °С, е = 2,77 (е)
г
Таблица 1
Результаты исследований микроструктуры и механических свойств сплава МА2-1пч
после ротационной ковки
Режим обработки Расстояние между Ширина двойника, ств, МПа ст02, МПа 8, %
границами, мкм мкм
Исходное состояние 19,4 ± 1,1 — 280 220 10,2
400 °С, е = 0,58, центр 9,7 ± 0,7 2,2 ± 0,1 310 230 10,0
400 °С, е = 0,58, периферия 10,7 ± 0,9 2,3 ± 0,1 310 230 10,0
Маршрут 1
375 °С, е = 1,39 5,0 ± 1,0 1,9 ± 0,1 340 230 8,0
350 °С, е = 2,77 3,0 ± 0,3 1,5 ± 0,1 380 330 12,6
Маршрут 2
350 °С, е = 1,39 5,5 ± 0,2 1,5 ± 0,1 355 280 8,6
300 °С, е = 2,77 2,9 ± 0,3 1,5 ± 0,1 340 295 8,0
Маршрут 3
300 °С, е = 1,39 5,2 ± 0,4 1,6 ± 0,1 350 285 8,3
200 °С, е = 2,77 2,6 ± 0,2 1,8 ± 0,2 360 320 7,5
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
ность двойников деформации. Ширина двойников, измеренных металлографически, практически не зависит от температуры деформации и составляет 1,5-1,9 мкм для интервала истинных степеней деформации 1,39-2,77. Измеренные параметры структуры сплава МА2-1 пч приведены в табл. 1.
■¡■В|р.>|
500 нм
500 ] д
Рис. 3. Микроструктура сплава МА2-1пч, полученная методом ПЭМ, после ротационной ковки:
а - при 200 °С, е = 2,77; б, в, г, д - при 300 °С, е = 2,77; в - двойник {10-11} <10-12>; г - темнопольное изображение и соответствующая двойнику дифракционная картина; д - двойник {10-12} <10—11>, дифракционная картина и темнопольное изображение
На рис. 3 приведена микроструктура сплава МА2-1пч после ротационной ковки при наибольшей степени деформации е = 2,77 и наиболее низких температурах 200 °С (см. рис. 3, а) и 300 °С (см. рис. 3, б-д). При температуре ротационной ковки 200 °С в структуре наблюдали отдельные двойники деформации шириной 0,2 мкм (см. рис. 3, а) и мелкие частицы интерметаллической фазы ^912^17. При температуре деформации 300 °С электрон-но-микроскопически также выявлено двойникование, причем наблюдали множественное двойникование по нескольким кристаллографическим направлениям, приводящим к пересечению двойников, имеющих ширину 0,2-1,5 мкм (см. рис. 3, б).
На рис. 3, в показано строение сжимающего двойника системы {10-11} < 10-12>, имеющего ширину 1,5 мкм, внутри которого сформировались небольшие, видимо вторичные, двойники шириной 0,2-0,5 мкм. Темнополь-ное изображение двойника в одном из рефлексов двойниковой дифракции представлено на рис. 3, г. Отдельные двойники деформации были идентифицированы как растягивающие системы {10-12} <10—11> (см. рис. 3, д). Таким образом, при двойникова-нии формируются двойники шириной 1,5-2,0 мкм, выявляемые как металлографически, так и электронно-микро-скопически. Наблюдали также деформационное двойнико-вание с шириной двойников 0,2-0,5 мкм. В этом случае их можно выявить только элек-тронно-микроскопически.
На рис. 4 представлены полюсные фигуры {00.4}, {11.0}
и сечения ФРО сплава МА2-1 пч после ротационной ковки для маршрутов 1-3.
Текстура исходного состояния характеризуется основными ориентировками: (0001)[10-10] и (0001) [2-1-10] с ориентацион-ной плотностью 5,0. При этом степень рассеяния ориентировок достаточно высока. После деформации (е = 0,58) при 400 °С происходит частичное изменение текстуры сплава. Текстура описывается тремя основными ориентировками: (0001 )[2-1-10], которая сохраняется от исходного состояния, но с меньшей ориентацион-ной плотностью (3,0), и новые (-24- 25)[1-435], (23-51) [-1-23.23] с ориентацион-ными плотностями 7,6 и 5,0 соответственно. В целом острота текстуры возрастает по сравнению с исходным состоянием. В результате ротационной ковки по первому маршруту после деформации (е = 1,39) и понижения температуры до 375 °С изменение текстуры сопровождается появлением квазиаксиаль-
Рис. 4. Полюсные фигуры {00.4} и {11.0} и сечение ФРО для ф2 = 0°, снятые в продольном направлении
для температур: а - 400 °С, е = 0,58; б - 375 °С, е = 1,39; в - 350 °С, е = 2,77; г - 350 °С, е = 1,39; д - 300 °С, е = 2,77; е - 300 °С, е = 1,39; ж - 200 °С, е = 2,77
phi2 = const Levels: 1.5, 3...7.5 Fmin = 0.19 Fmax = 7.6
Ф2 - 0°
{00.4}
(11.0)
180
phi2 = const Levels: 1.5, 3...7.5 Fmin - 0.21 Fmax - 8.9
Ф2 - 0°
iA fin 1 [ '/rs' '.^U 1
ч р U С Vuc Ojs ))/V
180
90
phi2 - const Levels: 1.5, 3...4.5 Fmin - 0.14 Fmax - 5.5
180
phi2 - const Levels: 1.5, 3...7.5 Fmin - 0.20 Fmax - 7.8
180 "q
phi2 - const Levels: 1.5, 3...4.5 Fmin - 0.20 Fmax - 5.5
{00.4}
(11.0)
180
phi2 - const Levels: 1.5, 3...7.5 Fmin - 0.22 Fmax - 8.3
90 е
Ф2 - 0°
{00.4}
(11.0)
phi2 - const Levels: 1.5, 3... 6 Fmin - 0.21 Fmax - 6.1
Ф2 - 0°
а
в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
ной компоненты (0001 )[Л^/0], включающей набор отдельных ориентировок (0001) с различными направлениями [Ьк/0], и ориентировки (01-11)[1-65.10] с ориентацион-ными плотностями 8,9 и 4,0 соответственно. Острота текстуры по сравнению с предыдущим режимом слегка возрастает. Дальнейшее увеличение деформации (е = 2,77) и понижение температуры до 350 °С приводят к рассеянию квазиаксиальной компоненты (0001)[Ьк/0] (ориентационная плотность падает до 4,0) и появлению двух новых достаточно рассеянных ориентировок (-12-11)[1-216] и (-12-13)[1-212] с ориентационными плотностями 5,5 и 3,0 соответственно. В целом острота текстуры уменьшается по сравнению с предыдущими режимами. В результате ротационной ковки по второму маршруту после деформации (е = 1,39) и понижения температуры до 350 °С текстура характеризуется квазиаксиальной компонентой (0001 )[Ьк/0] и ориентировкой (13-43)[-1-349] с ориентационными плотностями 7,8 и 4,0 соответственно. Дальнейшее увеличение деформации (е = 2,77) и понижение температуры до 300 °С приводят к рассеянию квазиаксиальной компоненты (0001)[Ьк/0] (ориентационная плотность падает до 5,0) и появлению трех новых достаточно рассеянных ориентировок (-12-10)[-1013], (-24-25)[2-314] и (-12-11)[2-319] с ориентационными плотностями 5,5, 5,0 и 4,0 соответственно. В целом острота тексту-
ры уменьшается по сравнению с предыдущими режимами данного маршрута. Однако по сравнению с аналогичным режимом маршрута 1 текстура все же менее рассеянная. В результате ротационной ковки по третьему маршруту после деформации (е = 1,39) и понижения температуры до 300 °С текстура характеризуется квазиаксиальной компонентой (0001)[Ьк/0] и ориентировками (-24-21) [1-21.10], (-12-13)[2-313] с ориентационными плотностями 8,3, 5,0 и 3,0 соответственно. Дальнейшее увеличение деформации (е = 2,77) и понижение температуры до 200 °С приводит к рассеянию квазиаксиальной компоненты (0001 )[Ьк/0] (ориентационная плотность падает до 4,0) и появлению двух новых ори-ентировок(-12-11)[1-216] и (-12-12)[3-416] с ориентационными плотностями 6,1 и 5,0 соответственно. В целом острота текстуры уменьшается по сравнению с предыдущими режимами данного маршрута, но она выше, чем для аналогичных режимов первого и второго маршрутов.
В табл. 2 представлены ориентационные факторы для сплава МА2-1пч, рассчитанные по текстуре для маршрутов 1-3 в продольном направлении.
Из табл. 2 видно, что ориентационные факторы систем деформаций для режимов маршрута 1 существенно отличаются от аналогичных режимов маршрутов 2 и 3. Особенно это заметно для конечных режимов маршру-
Таблица 2
Ориентационные факторы для сплава МА2-1 пч,
рассчитанные по текстуре для маршрутов 1—3
р р\|/1/1Г Л ЛЛ^Г^Я ^ЛТк'М Базисное скольже- Призматическое сколь- Пирамидальное Двойникование
гсжим оирабо1ки ние {0001}<1120> жение {1010}<1120> скольжение <с + а> {1012} <1011>
Маршрут 1
400 °С, е = 0,58 4,4 6,3 4,4 4,4
375 °С, е = 1,39 4,9 5,0 4,9 5,0
350 °С, е = 2,77 4,7 4,9 4,8 4,9
Маршрут 2
400 °С, е = 0,58 4,4 6,3 4,4 4,4
350 °С, е = 1,39 5,1 5,2 4,6 4,6
300 °С, е = 2,77 4,8 5,9 4,4 4,4
Маршрут 3
400 °С, е = 0,58 4,4 6,3 4,4 4,4
300 °С, е = 1,39 5,2 5,5 4,4 4,3
200 °С, е = 2,77 4,7 6,3 4,3 4,2
-Ф-
-Ф-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
тов. В маршруте 1 с ростом степени и понижением температуры деформации уменьшаются значения ориентационных факторов для призматического скольжения и возрастают ориентационные факторы для двойни-кования, что свидетельствует об усилении призматического скольжения и ослаблении двойникования. В маршрутах 2 и 3 такая тенденция отсутствует. Помимо этого, следует отметить, что сравнение ориентационных факторов для конечных температур всех трех маршрутов деформации с суммарными степенями истинной деформации 2,77 выявило ослабление призматического скольжения и усиление двойникования при последовательном понижении температур окончания ротационной ковки с 350 до 200 °С (см. табл. 2).
Механические испытания на растяжение при комнатной температуре показали, что ротационная ковка обеспечивает значительное повышение прочностных характеристик сплава МА2-1пч. В исходном состоянии сплав имел ств = 280 МПа, ст0,2 = 220 МПа при относительном удлинении 8 = 10,2%. Ротационная ковка при 400 °С и е = 0,58 привела к небольшому упрочнению сплава (ств = 310 МПа, Ст0,2 = 230 МПа) с сохранением пластичности на том же уровне (10%). Последующая деформация с понижением температуры и увеличением степени деформации способствовала дополнительному повышению прочности сплава.
По маршруту 1, при наиболее высоких температурах деформации с минимальным шагом ее изменения 25 °С, ротационная ковка при 375 °С и е = 1,39 обеспечила повышение предела прочности до 340 МПа с небольшим снижением пластичности до 8%. Однако после деформации при 350 °С и е = 2,77 предел прочности повысился на 40 МПа (ств = 380 МПа), предел текучести - на 100 МПа (ст0,2 = 330 МПа) с одновременным повышением пластичности до 12,6 %, что выше пластичности сплава, не подвергнутого ротационной ковке. Ротационная ковка по маршруту 2, где шаг уменьшения температуры составлял 50 °С, также способствовала повышению прочностных характеристик сплава до ств = 340-355 МПа и ст0,2 = = 280-295 МПа при пластичности - 8 %. При этом механические свойства при понижении температуры с 350 до 300 °С и увеличении
степени деформации от 1,39 до 2,77 отличались незначительно. После ротационной ковки по маршруту 3 с шагом понижения температуры деформации 100 °С прочность повысилась при некотором снижении пластичности. С понижением температуры от 300 до 200 °С предел прочности достиг 360 МПа, предел текучести повысился с 285 до 320 МПа, а пластичность несколько снизилась до 7,5 %.
Можно отметить, что более высокие температуры деформации (350-375 °С) и меньший шаг ее понижения (25 °С) способствуют значительному повышению прочности и одновременно пластичности. Деформация при температурах 300-350 °С с понижением ее на 50 °С не приводит к существенным изменениям механических свойств, а пониженные температуры деформации (200-300 °С) и больший шаг понижения температуры (100 °С) обеспечивает повышение прочности, но при некотором снижении пластичности.
Следует отметить, что выявленное металлографически минимальное расстояние между границами (как зерен, так и двойников) и равное -3 мкм достигается уже при температуре окончания деформации 350 °С и с понижением температуры до 200 °С практически не изменяется. Это расстояние между границами обусловлено некоторым измельчением зерна и интенсивным двойнико-ванием (ширина двойников 1,5-2,0 мкм), что наряду с вторичным деформационным двой-никованием (ширина двойников 0,2-0,5 мкм) и определяет повышенную прочность сплава в температурном интервале конца ротационной ковки 350-200 °С. Наибольшая пластичность сплава после окончания деформации при 350 °С и е = 2,77 обусловлена активизацией призматического скольжения и максимальным рассеянием текстуры. При понижении конечной температуры ротационной ковки до 200 °С пластичность сплава монотонно уменьшается из-за ослабления призматического скольжения, увеличения остроты текстуры и повышения плотности дислокаций.
Таким образом, ротационная ковка обеспечивает высокие механические свойства в сплаве МА2-1пч. Наилучшие механические свойства в сплаве ств = 380 МПа, ст0,2 = 330 МПа, 8 = 12,5 % были достигнуты после ротацион-
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
ной ковки при температуре 350 °С и степени деформации е = 2,77 по маршруту 1. Деформация сплава методом ротационной ковки позволяет получать массивные прутки с прочностными свойствами, превышающими свойства сплава Мд-А!-7п-Мп близкого состава, полученного равноканальным угловым прессованием [8, 21].
Выводы
1. Деформация сплава МА2-1пч методом ротационной ковки обеспечивает высокий уровень механических свойств. После ротационной ковки при понижении температуры
деформации с 400 до 350 °С и обеспечении истинной степени е = 2,77 был достигнут уровень ств = 380 МПа и Ст0,2 = 330 МПа при относительном удлинении 8 = 12,5 %.
2. Высокие механические свойства сплава МА2-1пч достигаются преимущественно в результате фрагментации структуры до -3 мкм за счет измельчения зерна и интенсивного двойникования*.
* Примечание научного редактора. Учтем, что этот типовой механизм ИПД дополняется некоторыми особенностями, свойственными ротационной ковке в оптимальных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Магниевые сплавы: Металловедение магния и его сплавов. Области применения / Ред. Альтман М.Б., Дриц М.Е., Тимонова М.А., Чухров М.В. Часть I. - М.: Металлургия, 1978. - 232 с.
2. Zheng Y.F., Gu X.N., Witte F. Biodegradable metals // Mater. Sci. Eng. R. 2014. 77. Р. 1-34.
3. Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials // Mater. Sci. Eng. R. 2015. 87. Р. 1-57.
4. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation. Review Article // Prog. Mater. Sci. 2000. 45 (2). Р. 103-189.
5. Estrin Y., Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science // Acta Mater. 2013. 61. Р. 782-817.
6. Valiev R.Z., Langdon T.G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement // Prog. Mater. Sci. 2006. 51. Р. 881-981.
7. Xu S., Qin Z., Liu T., Jing C., Ren G. Effect of severe plastic deformation on microstructure and mechanical properties of bulk AZ31 magnesium alloy // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2012. 22. Р. 61-67.
8. Серебряный В.Н., Пережогин В.Ю., Рааб Г.И. и др. Структура, текстура и механические свойства в магниевом сплаве МА2-1пч после двух-этапного равноканального углового прессования с промежуточным отжигом // Металлы. 2015. № 1. С. 42-49.
9. Straska J., Janecek M., Gubicza J., KrajiiakT., Yoon E.Y. et al. Evolution of microstructure and hardness in AZ31 alloy processed by high pressure torsion // Mater. Sci. Eng. A. 2015. 625. Р. 98-106.
10. Figueiredo R.B., Langdon T.G. Development of structural heterogeneities in a magnesium alloy processed by high-pressure torsion // Mater. Sci. Eng. A.2011. 528. Р. 4500-4506.
11. Straska J., Janecek M., Cizek J., StraskyJ., Had-zima B. Microstructure stability of ultra-fine grained magnesium alloy AZ31 processed by extrusion and equal-channel angular pressing (EX-ECAP) // Mater. Charact. 2014. 94. Р. 69-79.
12. Janecek M., Popov M., Krieger M.G., Hellmig R.J.,
Estrin Y. Mechanical properties and microstructure of a Mg alloy AZ31 prepared by equal-channel angular pressing // Mater. Sci. Eng. A. 2007. 462. Р. 116-120.
13. Diez M., Kim H.-E., SerebryanyV., Dobatkin S., Estrin Y. Improving the mechanical properties of pure magnesium by three-roll planetary milling // Mater Sci. Eng. A. 2014. 612. Р. 287-292.
14. Galkin S.P. Regulating radial-shear and screw rolling on the basis of the metal trajectory // Steel Transl.
2004. 34 (7). Р. 57-60.
15. Shih C.K., Hung C., Hsu R.Q. The finite element analysis on planetary rolling process // J. Mater. Process. Technol. 2001. 113. Р. 115-123.
16. Grosman F., Piela A. Metal flow in the deformation gap at primary swaging // J. Mater. Proc. Technol. 1996.56. Р.404-411.
17. Gan W.M., Huang Y.D., Wang R., Wang G.F., Srinivasan A. et al. Microstructures and mechanical properties of pure Mg processed by rotary swaging // Mater. Des. 2014. 63. Р. 83-88.
18. Gan W.M., Huang Y.D., Wang R., Zhong Z.Y., Hort N. et al. Bulk and local textures of pure magnesium processed by rotary swaging // J. Magnes. Alloys. 2013. 1. Р. 341-345.
19. Куртасов С.Ф. Методика количественного анализа текстур прокатки материалов с кубической симметрией кристаллической решетки // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. № 73 (7). С. 41-44.
20. Серебряный В.Н., Добаткин С.В., Копылов В.И. Влияние текстуры и микроструктуры на механические свойства сплава МА2-1 после равноканального углового прессования // Технология легких сплавов. 2009. № 3. С. 28-35.
21. Kim H.-K., Lee Y.-I., Chung C.-S. Fatigue properties of a fine-grained magnesium alloy produced by equal channel angular pressing // Scripta Mater.
2005. 52. Р. 473-477.
