Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии
Исследованы основные закономерности изменения структуры и механических свойств меди при деформации методом винтовой экструзии. Изучено влияние степени деформации при винтовой экструзии на формирование субмикрокристаллической структуры меди. Показано повышение комплекса прочностных и пластических хар...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металлофизика и новейшие технологии |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104079 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии / В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, В.М. Ткаченко, М.М. Мышляев // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 233-239. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860254316149866496 |
|---|---|
| author | Варюхин, В.Н. Пашинская, Е.Г. Ткаченко, В.М. Мышляев, М.М. |
| author_facet | Варюхин, В.Н. Пашинская, Е.Г. Ткаченко, В.М. Мышляев, М.М. |
| citation_txt | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии / В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, В.М. Ткаченко, М.М. Мышляев // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 233-239. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металлофизика и новейшие технологии |
| description | Исследованы основные закономерности изменения структуры и механических свойств меди при деформации методом винтовой экструзии. Изучено влияние степени деформации при винтовой экструзии на формирование субмикрокристаллической структуры меди. Показано повышение комплекса прочностных и пластических характеристик меди, деформированной винтовой экструзией.
Досліджено основні закономірності зміни структури і механічних властивостей міді при деформації методою ґвинтової екструзії. Вивчено вплив ступеня деформації за ґвинтової екструзії на формування субмікрокристалічної структури міді. Показано підвищення комплексу міцности і пластичних характеристик міді, деформованої ґвинтовою екструзією.
The main regularities of changes in the structure and mechanical properties of copper during deformation by screw extrusion are investigated. The screw-extrusion strain impact on formation of the submicrocrystalline structure of copper is studied. Increase of the strength and plasticity characteristics of copper deformed by screw extrusion is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:47:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
233
ФИЗИКА ПРОЧНОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ
PACS numbers:61.72.Ff, 61.72.Hh,61.72.Mm,62.20.fq,62.23.St,62.40.+i, 81.20.Hy
Изменение структуры и закономерности упрочнения меди
при винтовой экструзии
В. Н. Варюхин, Е. Г. Пашинская, В. М. Ткаченко, М. М. Мышляев
*
Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАН Украины,
ул. Р. Люксембург, 72,
83114 Донецк, Украина
*Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН,
Ленинский проспект, 49,
119991 Москва, Россия
Исследованы основные закономерности изменения структуры и механи-
ческих свойств меди при деформации методом винтовой экструзии. Изу-
чено влияние степени деформации при винтовой экструзии на формиро-
вание субмикрокристаллической структуры меди. Показано повышение
комплекса прочностных и пластических характеристик меди, деформи-
рованной винтовой экструзией.
Досліджено основні закономірності зміни структури і механічних влас-
тивостей міді при деформації методою ґвинтової екструзії. Вивчено вплив
ступеня деформації за ґвинтової екструзії на формування субмікрокрис-
талічної структури міді. Показано підвищення комплексу міцности і пла-
стичних характеристик міді, деформованої ґвинтовою екструзією.
The main regularities of changes in the structure and mechanical properties
of copper during deformation by screw extrusion are investigated. The
screw-extrusion strain impact on formation of the submicrocrystalline struc-
ture of copper is studied. Increase of the strength and plasticity characteris-
tics of copper deformed by screw extrusion is shown.
Ключевые слова: субмикрокристаллическая структура, интенсивная
пластическая деформация, винтовая экструзия, прочность.
(Получено 11 июля 2012 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Нанокристаллические (НК) и субмикрокристаллические (СМК) ма-
Металлофиз. новейшие технол. / Metallofiz. Noveishie Tekhnol.
2013, т. 35, № 2, сс. 233—239
Оттиски доступны непосредственно от издателя
Фотокопирование разрешено только
в соответствии с лицензией
© 2013 ИМФ (Институт металлофизики
им. Г. В. Курдюмова НАН Украины)
Напечатано в Украине.
234 В. Н. ВАРЮХИН, Е. Г. ПАШИНСКАЯ, В. М. ТКАЧЕНКО, М. М. МЫШЛЯЕВ
териалы, полученные методами интенсивных пластических дефор-
маций (ИПД), характеризуются малым размером зерен (0,1—1 мкм) с
низкой плотностью дислокаций в теле зерна и преимущественно вы-
сокоугловой разориентировкой границ в неравновесном состоянии
[1]. Благодаря этим структурным особенностям НК и СМК материалы
обладают уникальными физико-механическими свойствами. Напри-
мер, имеют в несколько раз большую прочность по сравнению с круп-
нозернистыми (КЗ) материалами, при этом сохраняют высокие пла-
стические характеристики [2]. Они также проявляют сверхпластич-
ность при более низких температурах и/или более высоких скоростях
деформации [3].
Одним из методов ИПД является винтовая экструзия (ВЭ) [4], ко-
торая позволяет достичь больших пластических деформаций на мас-
сивных образцах и сформировать характерную СМК структуру [5, 6].
Несмотря на то, что к настоящему времени ВЭ реализована на боль-
шом количестве материалов, все еще остаются малоисследованными
вопросы, связанные с изучением особенностей механизмов пласти-
ческой деформации и закономерностей упрочнения меди при ВЭ.
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Для исследований использовалась технически чистая медь марки
М1, которая отжигалась при температуре 500°C в течение 4 часов. В
этом состоянии медь имела равноосную зеренную структуру со
средним размером зерен 150 мкм, плотность решеточных дислока-
ций ρ составляла порядка 106
см
−2. Винтовая экструзия осуществ-
лялась в контейнере с углом наклона винтовой линии к оси экстру-
зии β = 60°. Каналы контейнера имели прямоугольное сечение раз-
мером 18×28 мм. Деформация, накопленная за один цикл ВЭ, опре-
делялась по [4].
Контроль структуры и свойств материала осуществляли методами
измерения твердости (ИТ 5010-01), плотности (SHIMADZU AX200),
микротвердости (ПМТ-3), рентгеноструктурного анализа (ДРОН-3),
оптической микроскопии (Neophot-32), просвечивающей (JEM-
2000GX) и растровой (JSM-840A) электронной микроскопии.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При винтовой экструзии медный образец продавливается через
контейнер с винтовым каналом. На входе в винтовой канал со сто-
роны стенок контейнера на материал оказывается давление, что
вызывает пластическую деформацию металла. Согласно литера-
турным данным [1, 7] на ранних этапах экструзии деформация
начинается со стадии легкого скольжения, когда внутри зерен в
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ УПРОЧНЕНИЯ МЕДИ 235
наиболее благоприятных системах скольжения, которые не требу-
ют больших напряжений сдвига, начинается движение дислока-
ций. Под действием приложенных напряжений в источниках дис-
локаций генерируются все новые дислокации, которые скользят по
параллельным системам скольжения. Дислокации распространя-
ются по плоскости скольжения, достигают препятствий в виде гра-
ниц зерен и останавливаются перед ними. Упрочнение на стадии
легкого скольжения незначительно и обусловлено дальнодейству-
ющим взаимодействием достаточно далеко отстоящих друг от друга
дислокационных петель в первичной системе скольжения.
Скопление дислокаций приводит к возникновению полей высо-
ких напряжений, которые оказывают тормозящее действие как на
дислокации, подходящие в этой плоскости скольжения, так и на
дислокации, скользящие в соседних плоскостях. Действие источ-
ников в благоприятных плоскостях может быть закрыто. Благода-
ря высокому уровню внешних усилий продолжение пластической
деформации будет осуществляться за счет открытия источников
дислокаций в неблагоприятных плоскостях. Движение дислокаций
в непараллельных плоскостях приводит к развитию множественно-
го скольжения. При пересечении дислокаций, за счет дислокаци-
онных взаимодействий, происходит образование сидячих дислока-
ций и дислокационных сплетений в виде сеток и клубков (рис. 1, а).
Плотность дислокаций ρ увеличивается до величины порядка
109
см
−2, кристаллическая решетка материала приобретает суще-
ственную деформацию, а сам материал упрочняется. Механизм
упрочнения основан на взаимодействии скользящих дислокаций с
дислокациями леса. Подвижные дислокации блокируются не толь-
ко границами зерен, но и сидячими дислокациями.
С развитием деформации до степени e ≅ 2 вследствие увеличения
количества дислокаций (ρ ∼ 1010
см
−2), клубки смыкаются друг с
другом и образуют слои толщиной ≅ 0,01 мкм, состоящие из слож-
ных сплетений и клубков дислокаций. Эти слои являются граница-
ми, разделяющими кристалл на ячейки с относительно низкой
плотностью дислокаций (рис. 1, б). Размер ячеек составляет 0,1—
0,7 мкм. Границы ячеек приводят к развороту кристаллических
плоскостей соседних областей относительно друг друга на сравни-
тельно небольшие углы. Доля малоугловых границ при этой степе-
ни деформации составляет 81% (рис. 2).
При формировании ячеистой структуры действует субструктур-
ный механизм упрочнения. Переход от хаотического распределе-
ния дислокаций к упорядоченному распределению приводит к то-
му, что сопротивление движению дислокаций зависит не только от
плотности дислокаций, но и от параметров субструктуры. Физиче-
ские основы прочности определяются значением эффективной дли-
ны плоскости скольжения. Природа барьеров, ограничивающих
236 В. Н. ВАРЮХИН, Е. Г. ПАШИНСКАЯ, В. М. ТКАЧЕНКО, М. М. МЫШЛЯЕВ
длину скольжения дислокаций, оказывается несущественной. Гра-
ницы ячеек и зерен выполняют одну и ту же функцию, и прочност-
ные характеристики зависят от межбарьерного расстояния. В ячеи-
стой структуре величина длины свободного пробега дислокаций
равна размеру ячеек.
В металлах с ГЦК-решеткой затруднено поперечное скольжение
а
б
в
г
д
е
Рис. 1. Структура меди при разных степенях деформации ВЭ: а – e = 1, б
– e = 2, в – e = 4, г – e = 6, д– e = 8, е– e = 12.
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ УПРОЧНЕНИЯ МЕДИ 237
винтовых и переползание краевых компонент дислокаций, поэто-
му процессы аннигиляции протекают не так интенсивно и в гра-
ницах ячеек происходит накопление дислокаций. Наполняясь
дислокациями, границы ячеек увеличивают свое поле напряже-
ний, тем самым затрудняют вхождение новых дислокаций из
внутренних объемов ячеек. Это приводит к понижению эффектив-
ности дислокационных механизмов релаксации напряжений и
формированию значительного количества участков с полосами
сдвига, ориентированных в одной плоскости (рис. 1, в). Полосы
сдвига имеют высокоугловые дислокационные субграницы, рас-
стояние между которыми составляет 0,3—0,5 мкм. Внутри полос
сдвига имеется высокая плотность дислокаций, сформированных
в сетчатую или ячеистую структуру. Параметрами субструктуры,
определяющими физические основы прочности в сформированной
структуре, является по-прежнему межбарьерное расстояние. В
данном случае в качестве барьеров для движения дислокаций
служат как высокоугловые дислокационные субграницы полос
сдвига, так и границы ячеек сформированных внутри полос. По-
скольку длина свободного пробега дислокаций, равная размеру
структурного элемента, на данном этапе деформации по сравне-
нию с предшествующим типом субструктуры осталась примерно
одинаковой, то и уровень механических свойств остается постоян-
ным (рис. 3).
Повышение степени деформации до e ≅ 6 приводит к увеличению
плотности полос сдвига, причем полосы ориентированы в двух вза-
имно пересекающихся плоскостях (рис. 1, г). Это обеспечивает
фрагментацию структуры и повышает уровень разориентации
Рис. 2. Уровень разориентировки границ для меди, деформированной ВЭ с
разной степенью деформации.
238 В. Н. ВАРЮХИН, Е. Г. ПАШИНСКАЯ, В. М. ТКАЧЕНКО, М. М. МЫШЛЯЕВ
структурных элементов (рис. 2).
Дальнейшее увеличение степени деформации до e ≅ 8 способству-
ет повышению однородности структуры. Содержащиеся в полосах
сдвига решеточные дислокации скапливаются в границах ячеек,
преобразуя их в малоугловые и высокоугловые границы, и разде-
ляя тем самым полосы сдвига на субзерна. Доля высокоугловых
границ увеличивается до 69%. При данной степени деформации
формируется структура смешанного типа, состоящая из зерен в
напряженном состоянии, зерен с субзеренной структурой внутри и
зерен без искажений внутри. Некоторые ненапряженные зерна
имеют плавно изогнутые границы с полосчатым контрастом
(рис. 1, д), что характерно для мигрирующих границ при рекри-
сталлизации. Присутствие отдельных решеточных дислокаций
внутри этих зерен свидетельствует о протекании данного процесса
во время деформации.
Дальнейшее осуществление винтовой экструзии приводит к то-
му, что внутри динамически рекристаллизованных зерен генери-
руются, скользят и взаимодействуют между собой новые дислока-
ции. Это приводит к формированию дислокационных субструктур и
фрагментации рекристаллизованных зерен. В то время как в дру-
гих участках появляются новые рекристаллизованные зерна, кото-
рые в дальнейшем также вовлекаются в деформацию.
Таким образом, при ВЭ, с увеличением степени деформации,
происходит периодическое развитие фрагментации и динамической
рекристаллизации. В результате этого средний размер зерен и зна-
Рис. 3. Зависимость среднего размера структурных элементов (d) и значе-
ний предела текучести (σ0,2), предела прочности (σB), относительного
удлинения (δ)меди от степени деформации, накопленной при ВЭ.
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ УПРОЧНЕНИЯ МЕДИ 239
чения прочностных и пластических свойств остаются на постоян-
ном уровне (рис. 3).
4. ВЫВОДЫ
Проведенные исследования показали, что с увеличением степени
деформации при ВЭ в меди происходит последовательное преобра-
зование дислокационных субструктур и формирование субмикро-
кристаллической зеренной структуры с преимущественно высоко-
угловой разориентировкой границ зерен. При высоких степенях
деформации ВЭ происходит периодическое развитие фрагментации
и релаксационных процессов, приводящих к формированию струк-
туры смешанного типа, состоящей из зерен с искаженной и неис-
каженной кристаллической решеткой.
Выявлены механизмы упрочнения на каждом этапе формирова-
ния структуры меди при ВЭ, что позволяет управлять достижением
высокого комплекса механических свойств.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Р. З. Валиев, И. В. Александров, Объемные наноструктурные металлические
материалы: получение, структура и свойства (Москва: Академкнига: 2007).
2. R. Z. Valiev, I. V. Alexandrov, Y. T. Zhu, and T. C. Lowe, J. Mater. Res., 17,
No. 1: 5 (2002).
3. R. Z. Valiev, Mater. Sci. Eng. A, 234—236: 59 (1997).
4. Я. Е. Бейгельзимер, В. Н. Варюхин, Д. В. Орлов, С. Г. Сынков, Винтовая
экструзия – процесс накопления деформаций (Донецк: ТЕАН: 2003).
5. В. Н. Варюхин, Е. Г. Пашинская, З. А. Самойленко, В. Г. Сынков, В. В. Па-
шинский, Я. Е. Бейгельзимер, С. Г. Сынков, Металлы, № 3: 79 (2001).
6. Е. Г. Пашинская, В. Н. Варюхин, В. М. Ткаченко, И. И. Тищенко, Вопросы
материаловедения, 54, № 2: 60 (2008).
7. В. В. Рыбин, Большие пластические деформации и разрушение металлов
(Москва: Металлургия: 1986).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104079 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1024-1809 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:47:21Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Варюхин, В.Н. Пашинская, Е.Г. Ткаченко, В.М. Мышляев, М.М. 2016-07-01T09:18:00Z 2016-07-01T09:18:00Z 2013 Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии / В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, В.М. Ткаченко, М.М. Мышляев // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 2. — С. 233-239. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1024-1809 PACS numbers:61.72.Ff, 61.72.Hh,61.72.Mm,62.20.fq,62.23.St,62.40.+i, 81.20.Hy https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104079 Исследованы основные закономерности изменения структуры и механических свойств меди при деформации методом винтовой экструзии. Изучено влияние степени деформации при винтовой экструзии на формирование субмикрокристаллической структуры меди. Показано повышение комплекса прочностных и пластических характеристик меди, деформированной винтовой экструзией. Досліджено основні закономірності зміни структури і механічних властивостей міді при деформації методою ґвинтової екструзії. Вивчено вплив ступеня деформації за ґвинтової екструзії на формування субмікрокристалічної структури міді. Показано підвищення комплексу міцности і пластичних характеристик міді, деформованої ґвинтовою екструзією. The main regularities of changes in the structure and mechanical properties of copper during deformation by screw extrusion are investigated. The screw-extrusion strain impact on formation of the submicrocrystalline structure of copper is studied. Increase of the strength and plasticity characteristics of copper deformed by screw extrusion is shown. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Металлофизика и новейшие технологии Физика прочности и пластичности Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии Changes in Structure and Regularities of Copper Hardening under Screw Extrusion Article published earlier |
| spellingShingle | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии Варюхин, В.Н. Пашинская, Е.Г. Ткаченко, В.М. Мышляев, М.М. Физика прочности и пластичности |
| title | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| title_alt | Changes in Structure and Regularities of Copper Hardening under Screw Extrusion |
| title_full | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| title_fullStr | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| title_full_unstemmed | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| title_short | Изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| title_sort | изменение структуры и закономерности упрочнения меди при винтовой экструзии |
| topic | Физика прочности и пластичности |
| topic_facet | Физика прочности и пластичности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104079 |
| work_keys_str_mv | AT varûhinvn izmeneniestrukturyizakonomernostiupročneniâmediprivintovoiékstruzii AT pašinskaâeg izmeneniestrukturyizakonomernostiupročneniâmediprivintovoiékstruzii AT tkačenkovm izmeneniestrukturyizakonomernostiupročneniâmediprivintovoiékstruzii AT myšlâevmm izmeneniestrukturyizakonomernostiupročneniâmediprivintovoiékstruzii AT varûhinvn changesinstructureandregularitiesofcopperhardeningunderscrewextrusion AT pašinskaâeg changesinstructureandregularitiesofcopperhardeningunderscrewextrusion AT tkačenkovm changesinstructureandregularitiesofcopperhardeningunderscrewextrusion AT myšlâevmm changesinstructureandregularitiesofcopperhardeningunderscrewextrusion |