CC BY
12
УДК 669.715:621.771.23:669.884
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕКСТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПЛОСКОЙ ОСАДКЕ СПЛАВА СИСТЕМЫ Д1-Ои-Ь1
А.Я. Кочубей, канд. техн. наук, П.Н. Медведев, Г.Г. Клочков, В.В. Автаев
(ФГУП «Всероссийский институт авиационных материалов», e-mail: admin@viam.ru)
Исследованы закономерности формирования текстуры при плоской осадке сплава системы Al-Cu-Li в широком температурно-скоростном интервале горячей деформации и последующей термообработки. Результаты текстурного анализа систематизированы в виде диаграмм текстурных состояний (ДТС). Экспериментально построены ДТС сплава системы Al-Cu-Li. ДТС позволяют осуществлять выбор параметров технологии обработки давлением с целью получения заготовок с регламентированной текстурой.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы; горячая деформация; плоская осадка; кристаллографическая текстура; рентгеновский текстурный анализ.
Mechanisms of Texture Formation in the Case of Flat Upsetting of Al-Cu-Li Alloy. A.Ya. Kochubey, P.N. Medvedev, G.G. Klochkov, V.V. Avtaev.
Mechanisms of texture formation in the case of flat upsetting of Al-Cu-Li alloy in a wide temperature-speed range of hot deformation and subsequent heat treatment have been studied. The results of texture analysis are systematized in the form of texture state diagrams (TSDs). TSDs for Al-Cu-Li alloy have been experimentally constructed. TSDs allow one to choose parameters of the metal plastic working technology to manufacture products with a specified texture.
Key words: aluminium alloys; hot deformation; flat upsetting; crystallographic texture; X-ray texture analysis.
Введение
Разработка оптимальных параметров технологии горячей обработки давлением основана на результатах технологического эксперимента. Технологический эксперимент требует остановки серийного производства (с целью освобождения технологического оборудования), высоких материальных затрат (ресурсов) и времени [1-3]. Поэтому целесообразно часть технологического эксперимента заменить лабораторным , позво -ляющим на образцах существенно меньших размеров моделировать технологические процессы в широком интервале параметров : степени деформации, скорости деформации, температуры деформации, а также при различных схемах деформированного состояния. Данная работа посвящена изучению закономерностей горячей деформации
алюминиевого сплава системы А!-Ои-Ы при прокатке. Деформированное состояние металла в очаге деформации при прокатке близко к плоскому [4, 5], то есть одна главная деформация практически равна нулю еу = 0, а ех = -ег. Такое деформированное состояние может быть реализовано при осадке образцов в виде пластин с применением специализированной оснастки.
С целью моделирования горячей прокатки (схема плоской деформации) проведены эксперименты по горячей осадке с применением испытательной машины, настроенной на одноосное сжатие, и разработанной специализированной оснастки, позволяющей реализовать плоскую схему деформации при осадке. Эскиз такой оснастки и схема процесса деформации представлена на рис. 1. Необхо-
димым условием, при котором реализуется плоская деформация, является:
и
Lx > и
-у ^Х' ^у -
где ^у, и ^ - габаритные размеры очага деформации.
Такое лабораторное моделирование позволяет исследовать не только формирование зеренной и субзеренной структуры в зависимости от температуры, скорости и сте-
ля
Рис. 1. Эскиз применяемой оснастки (а) и схема процесса деформации (б)
Т, °С
480
440
400
г1 в, с-1
Рис. 2. Маркировка образцов и режимы горячей деформации пластин из сплава системы Л—Ои-И
80
70
а
С Е 60
,е и 50
н
е
40
ря
к а 30
К
20
10
1 - е = 10-1 с-1
е = 1 0-2 С-1 -
- е = 0-3 с-1-
10 20 30 40 50
Относительная деформация, %
Рис. 3. График зависимости «напряжение—деформация» для разных скоростей деформации при440 °С
60
пени деформации, но и закономерности текстурообразования.
Практически реализованы девять режимов горячей деформации, представляющих собой сетку из трех температур и трех скоростей горячей деформации (рис. 2). Исходное состояние - горячепрессованная полоса.
В процессе горячей деформации каждого образца осуществлялось автоматическое построение зависимости «напряжение-деформация» (рис. 3).
Образцы для рентгеноструктурных исследований вырезали из горячедеформирован-ных заготовок методом механической резки абразивным диском с последующим глубоким травлением таким образом, чтобы поверхность рентгеновской съемки проходила через центр заготовки (1/2 толщины) параллельно «плоскости прокатки». Для каждого образца получена дифрактограмма (9-29-сканирова-ние), а также в автоматическом режиме построена прямая полюсная фигура (ППФ) {110}. Рентгеновскую съемку осуществляли с применением рентгеновского дифрактомет-ра в излучении Си Ка в рефлексе 220 (второй порядок отражения от плоскостей семейства {110}) с автоматическим построением прямых полюсных фигур {110}.
Результаты эксперимента
На основе экспериментально полученных зависимостей «напряжение-деформация» построена табл. 1, связывающая напряжения пластического течения с соответствующими значениями степени, скорости и температуры деформации.
Спрямляемость графика ст(е) в двойных логарифмических координатах свидетельствует о степенной зависимости напряжения течения от скорости деформации (рис. 4). Рассчитанные значения показателя скоростной чувствительности напряжения течения т при трех температурах деформации представлены в табл.2. Какследует из табл.2, при всех опробованных режимах горячей деформации показатель скоростной чувствительности не превосходит 0,3, что свидетельствует о механизме нормального пластического течения, т. е. не в состоянии сверхпластичности.
0
Таблица 1 Значения напряжения пластического течения с соответствующими значениями степени, скорости и температуры деформации
Деформация, % Напряжение течения, МПа Температура деформации, °С
55 28 37 55 44 60 79 66 74 102 480 440 400
22 20,5 30 45 33,5 49 66 52,5 68 86 480 440 400
4 18 28 44 31 48 70 48 70 91 480 440 400
Скорость деформации, с-1 0,001 0,01 0,10
1п(о)
у = 0,1578х + 4,9079
у = 0,213х + 4,3793
-6
-4 1п©
-2
0
5
4,5 4
3,5 3
2,5 2
Рис. 4. Зависимость напряжения пластического течения от скорости деформации в двойных логарифмических координатах для 400 (А), 440 (Л) и 480 °С (ф)
На рис. 5 представлена диаграмма зависимости напряжения течения от температуры и скорости деформации, по которой для любого температурно-скоростного режима деформации определяется соответствующее значение напряжения течения.
Таблица 2 Значения показателя скоростной чувствительности напряжения течения т при трех температурах деформации
Т, °С т при е, %
55 22 4
480 440 400 0,213 0,199 0,1578 0,2042 0,1777 0,1406 0,1862 0,1505 0,1341
Анализ структурного состояния горячедеформированных заготовок из сплава системы А1-Си-Ы
Формирование структуры в процессе горячей деформации определяется соотношением скоростей двух конкурирующих физических процессов: деформационного упрочнения и термического разупрочнения. Также на формирование структуры могут оказывать влияние процессы, происходящие при медленном охлаждении горячедеформирован-ных заготовок, например, в печи.
480
и
¡¡440-
400
е = 55 %
480
и
440-
&
с г
400
е = 22%
480
I 440-
400
8 = 4 %
I
100 МПа 80 МПа 60 МПа 40 МПа 20 МПа
10 10 10 Скорость деформации, с -1
Рис. 5. Зависимость напряжения течения от температуры^! деформации при различны^ш скоростях деформации
Оценку структурного состояния горячедеформиро-ванных образцов проводили по анализу прямых полюсных фигур [6-10]. Текстуре деформации соответствуют гладкие текстурные максимумы. Текстуре рекристаллизации соответствует «зубчатость» (не гладкость) текстурных максимумов. Бестекстурному рекристаллизованному состоянию соответствует хаотичное распределение полюс -ной плотности от отдельных зерен на стереографической проекции . При динамической рекристаллизации происходит деформирование рек-ристаллизующихся зерен, что приводит к размытию полюсов.
В результате анализа ППФ, а также рентгенограмм, полученных методом 9-29-сканирования, построены текстурные диаграммы, устанавливающие зависимость текстурного состояния заготовок от температуры и скорости деформации (рис. 6). Построенная диаграмма предназначена для разработки технологических режимов прокатки заготовок из сплава Д1-Си-Ы с целью получения горячекатаных полуфабрикатов с регламентированной текстурой и, как следствие, с прогнозируемой анизотропией механических свойств.
Анализ структурного состояния горячедеформированных заготовок из сплава системы А1-Си-Ы после термообработки
В результате последующей термической обработки полуфабрикатов, включающей высокотемпературный нагрев под закалку, возможны существенные изменения зерен-ной структуры и текстуры и, как следствие, уровня анизотропии свойств. Поэтому целесообразно для термообработанного состояния осуществлять построение диаграммы, показывающей текстурное состояние термо-обработанных полуфабрикатов. На рис. 7
480 {110}<112>+{001}<010> {110}<112>+{001}<010> {110}<112>+{001}<010>
440 {110}<112> {110}<112> {110}<112>+{001}<010>
400 {110}<112> {110}<112> {110}<112>
10 "3 10 "2 10"1 Ё,С"1
Рис. 6. Текстурная диаграмма е —Тгорячедеформированных образцов
т,°с
480 {110}<112> {001}<010> {001}<010>
440 {110}<112> {001}<010>^{110}<112> {001}<010>
400 {001}<010>^{110}<112> {001}<010>^{110}<112> {001}<010>
10 "3 10 "2 Ю-1 е, с~
Рис. 7. Текстурная диаграмма е —Т отожженных образцов
представлена текстурная диаграмма горяче-катанного сплава системы Л!-Си-Ы после горячей деформации и последующей термической обработки, включающей нагрев под закалку при 530 °С.
Сравнение диаграмм горячекатанных образцов и образцов, прошедших последующую термическую обработку, показывает, что при нагреве под закалку имеет место существенное изменение структурного и текстурного состояния.
Кристаллографическая текстура - важный параметр описания структурного состояния материала. От этой характеристики зависит анизотропия физико-механических свойств. При горячей деформации формируется текстура {110}< 112> с гладкими текстурными максимумами (рис. 8, а). Известно [6], что при рекристаллизации алюминия и его сплавов может формироваться текстура рекристаллизации {100}<010>.
В результате совершенствования кристаллической решетки и роста зерна при рекристаллизации после деформации на прямой полюсной фигуре присутствуют дискретные хаотично распределенные полюсы, соответ-
ствующие рекристаллизованным зернам, а также имеет место симметрично распределенная полюсная плотность, соответствующая деформированному нерекристаллизо-ванному объему, т.е. формируется частично рекристаллизованная структура (рис. 8, б). В процессе динамической рекристаллизации происходит деформирование рекрис-
таллизующихся зерен, что приводит к размытию острых полюсов рекристаллизованных, и имеет место «зубчатось» линий уровня текстурных максимумов на ППФ (рис. 8, в). Бестекстурному состоянию соответствует хаотичное распределение полюсной плотности от отдельных зерен на стереографической проекции (рис. 8, г).
Рис. 8. ППФ, соответствующие различным текстурным состояниям:
а - текстура деформации; б - частично рекристаллизованная структура; в - текстура деформации с признаками динамической рекристаллизации; г - рекристаллизованная структура
Заключение
Предложена экспериментальная методика моделирования процесса прокатки методом плоской осадки с применением специализированной оснастки. Экспериментально доказано, что применение такой схемы деформации приводит к формированию текстуры прокатки. Связь термомеханических параметров деформации представлена в виде диаграммы зависимости напряжения пластического течения от температурно-скорост-ных режимов. Разработан принцип систематизации данных текстурного анализа, заключающейся в построении текстурных диаграмм, на которых каждому температур-
но-скоростному режиму горячей деформации, а также последующему нагреву под закалку ставится в соответствие текстурный тип. Экспериментально построены диаграммы текстурных состояний сплава системы Д!-Си-Ы после горячей прокатки в широком интервале температуры и скорости деформации, а также после горячей прокатки и последующей термической обработки, включающей нагрев под закалку. Диаграммы предназначены для разработки параметров технологии горячей прокатки сплавов системы Д!-Си-Ы с целью получения заготовок с регламентируемой текстурой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3-33. Каблов Е.Н. Конструкционные и функциональные материалы - основа экономического и научно-технического развития России // Вопросы материаловедения. 2006. № 1. С. 64-67. Каблов Е.Н. Авиационное материаловедение в XXI веке. Перспективы и задачи // В кн.: Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2002. - М.: МИСИС-ВИАМ, 2002. С. 23-47. Милевская Т.В., Рущиц С.В., Ткаченко Е.А., Антонов С.М. Деформационное поведение высокопрочных алюминиевых сплавов в условиях горячей деформации // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2. С. 3-9. Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ткаченко Е.А., Вахромов Р.О. Алюминиевые деформируемые сплавы // Авиационные материалы и технологии. 2012. № Б.С. 167-182.
10
Бородкина М.М., Спектор Э.Н. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1981. - 272 с. Серебряный В.Н., Кочубей А.Я., Куртасов С.Ф., Мельников К.Е. Текстурные состояния горяче-деформированного магниевого сплава МА2-1 // Металлы. 2007. № 1. С. 87-93. Кочубей А.Я., Серебряный В.Н. Влияние термомеханических параметров на формирование текстуры и структуры при горячей обработке давлением сплава системы Мд-Д!-2п // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 105-109. Фридляндер И.Н., Грушко О.Е., Антипов В.В., Колобнев Н.И., Хохлатова Л.Б. Алюминийли-тиевые сплавы // Авиационные материалы и технологии. 2012. № Б. С. 309-314. Давыдов В.Г., Бер Л.Б., Кочубей А.Я. Влияние размера зерна на диаграммы структурных состояний сплава МА2-1 //Технология легких сплавов. 2003. № 2-3. С. 28-34.
