Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям

Проведен сравнительный анализ влияния стандартной схемы деформации и экспериментальной комбинированной технологии (Т-Д), разработанной НПО «Доникс», на изменение структуры и свойств дюралюминиевого сплава Д1. Показано, что сформированная после экспериментальной прокатки структура отличается большей...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика и техника высоких давлений
Дата:	2004
Автори:	Пашинская, Е.Г., Марчук, И.В., Толпа, А.А., Максаков, А.И., Тищенко, И.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2004
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168050
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:	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям / Е.Г. Пашинская, И.В. Марчук, А.А. Толпа, А.И. Максаков, И.И. Тищенко // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 84-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168050
record_format	dspace
spelling	Пашинская, Е.Г. Марчук, И.В. Толпа, А.А. Максаков, А.И. Тищенко, И.И. 2020-04-19T20:24:25Z 2020-04-19T20:24:25Z 2004 Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям / Е.Г. Пашинская, И.В. Марчук, А.А. Толпа, А.И. Максаков, И.И. Тищенко // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 84-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168050 PACS: 61.66.−f, 62.20.−x Проведен сравнительный анализ влияния стандартной схемы деформации и экспериментальной комбинированной технологии (Т-Д), разработанной НПО «Доникс», на изменение структуры и свойств дюралюминиевого сплава Д1. Показано, что сформированная после экспериментальной прокатки структура отличается большей степенью измельчения (нанофрагменты размером 0.3−0.5 µm), более высокой степенью равномерности, менее ярко выраженной анизотропией свойств и структуры вдоль направления оси деформации. Полученная структура проявляет свои особенности и при последующих нагревах. A comparative analysis has been performed of the influence of standard deformation scheme and experimental combined technology (T-D) developed at NPO «Doniks» on changes in structure and properties of duralumin alloy D1. It is shown that the structure formed after experimental rolling is typical of a higher grain refinement (nanofragments 0.3−0.5 µm in size), a higher uniformity and a less expressed anisotropy of properties and structure along deformation-axis direction. Peculiarities of the resulted structure are preserved under subsequent heating as well. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям A comparative analysis of changes in structure and properties of aluminium alloy after rolling by standard and T-D technologies Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям
spellingShingle	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям Пашинская, Е.Г. Марчук, И.В. Толпа, А.А. Максаков, А.И. Тищенко, И.И.
title_short	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям
title_full	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям
title_fullStr	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям
title_full_unstemmed	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям
title_sort	сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и т-д-технологиям
author	Пашинская, Е.Г. Марчук, И.В. Толпа, А.А. Максаков, А.И. Тищенко, И.И.
author_facet	Пашинская, Е.Г. Марчук, И.В. Толпа, А.А. Максаков, А.И. Тищенко, И.И.
publishDate	2004
language	Russian
container_title	Физика и техника высоких давлений
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format	Article
title_alt	A comparative analysis of changes in structure and properties of aluminium alloy after rolling by standard and T-D technologies
description	Проведен сравнительный анализ влияния стандартной схемы деформации и экспериментальной комбинированной технологии (Т-Д), разработанной НПО «Доникс», на изменение структуры и свойств дюралюминиевого сплава Д1. Показано, что сформированная после экспериментальной прокатки структура отличается большей степенью измельчения (нанофрагменты размером 0.3−0.5 µm), более высокой степенью равномерности, менее ярко выраженной анизотропией свойств и структуры вдоль направления оси деформации. Полученная структура проявляет свои особенности и при последующих нагревах. A comparative analysis has been performed of the influence of standard deformation scheme and experimental combined technology (T-D) developed at NPO «Doniks» on changes in structure and properties of duralumin alloy D1. It is shown that the structure formed after experimental rolling is typical of a higher grain refinement (nanofragments 0.3−0.5 µm in size), a higher uniformity and a less expressed anisotropy of properties and structure along deformation-axis direction. Peculiarities of the resulted structure are preserved under subsequent heating as well.
issn	0868-5924
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168050
citation_txt	Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям / Е.Г. Пашинская, И.В. Марчук, А.А. Толпа, А.И. Максаков, И.И. Тищенко // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 1. — С. 84-95. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT pašinskaâeg sravnitelʹnyianalizizmeneniâstrukturyisvoistvalûminievogosplavaposleprokatkipostandartnoiitdtehnologiâm AT marčukiv sravnitelʹnyianalizizmeneniâstrukturyisvoistvalûminievogosplavaposleprokatkipostandartnoiitdtehnologiâm AT tolpaaa sravnitelʹnyianalizizmeneniâstrukturyisvoistvalûminievogosplavaposleprokatkipostandartnoiitdtehnologiâm AT maksakovai sravnitelʹnyianalizizmeneniâstrukturyisvoistvalûminievogosplavaposleprokatkipostandartnoiitdtehnologiâm AT tiŝenkoii sravnitelʹnyianalizizmeneniâstrukturyisvoistvalûminievogosplavaposleprokatkipostandartnoiitdtehnologiâm AT pašinskaâeg acomparativeanalysisofchangesinstructureandpropertiesofaluminiumalloyafterrollingbystandardandtdtechnologies AT marčukiv acomparativeanalysisofchangesinstructureandpropertiesofaluminiumalloyafterrollingbystandardandtdtechnologies AT tolpaaa acomparativeanalysisofchangesinstructureandpropertiesofaluminiumalloyafterrollingbystandardandtdtechnologies AT maksakovai acomparativeanalysisofchangesinstructureandpropertiesofaluminiumalloyafterrollingbystandardandtdtechnologies AT tiŝenkoii acomparativeanalysisofchangesinstructureandpropertiesofaluminiumalloyafterrollingbystandardandtdtechnologies
first_indexed	2025-11-25T22:29:26Z
last_indexed	2025-11-25T22:29:26Z
_version_	1850563757980254208
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 84 PACS: 61.66.−f, 62.20.−x Е.Г. Пашинская1, И.В. Марчук2, А.А. Толпа3, А.И. Максаков3, И.И. Тищенко1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА ПОСЛЕ ПРОКАТКИ ПО СТАНДАРТНОЙ И Т-Д-ТЕХНОЛОГИЯМ 1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина 2Донецкий национальный технический университет ул. Артема, 58, г. Донецк, 83000, Украина 3НПО «Доникс» ул. Зайцева, 46а, г. Донецк, 83086, Украина Статья поступила в редакцию 21 октября 2003 года Проведен сравнительный анализ влияния стандартной схемы деформации и экспе- риментальной комбинированной технологии (Т-Д), разработанной НПО «Доникс», на изменение структуры и свойств дюралюминиевого сплава Д1. Показано, что сформированная после экспериментальной прокатки структура отличается большей степенью измельчения (нанофрагменты размером 0.3−0.5 µm), более вы- сокой степенью равномерности, менее ярко выраженной анизотропией свойств и структуры вдоль направления оси деформации. Полученная структура проявляет свои особенности и при последующих нагревах. Использование новых методов пластической деформации является одним из наиболее перспективных направлений в создании мелкокристаллических материалов с уникальными свойствами. В последнее время становится все более очевидным тот факт, что традиционные формы термодеформационной обработки разработаны настолько полно, что невозможно ожидать значи- тельного изменения соотношения прочность–пластичность получаемых ма- териалов. В то же время все чаще появляются работы по так называемым интенсивным пластическим деформациям, направленные на получение ма- териалов с одновременно высоким уровнем прочности и пластичности [1,2]. Однако предложенные схемы деформации не могут быть реализованы в поточ- ном производстве. И хотя неоспорима их ценность в смысле понимания зако- нов структурообразования в материалах при комбинированных сложнонапря- женных состояниях, все очевиднее становится необходимость применения по- лученных знаний для организации новых комбинированных схем деформации для реального крупнотоннажного производства (прокатки, волочения). Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 85 НПО «Доникс» совместно с Криворожским металлургическим комбина- том проводят исследования по Т-Д-технологии, которая заключается в соз- дании при прокатке особых сдвиговых деформаций, вызывающих образова- ние структуры, типичной для материалов после ИПД. В течение ряда лет выполняются работы, направленные на совершенствование технологии Т-Д- прокатки, установление оптимальных термодеформационных режимов для различных марок сталей, режимов охлаждения после прокатки [3,4]. Поэто- му появилась необходимость постановки модельных экспериментов по влиянию Т-Д-прокатки на формирование структуры и свойств металла. Целью данной работы было показать отличия в структуре и свойствах ме- талла при использовании двух технологий: стандартной и эксперименталь- ной. Поскольку формирование структуры сталей в случае применения Т-Д- обработки осуществляется в основном при их горячей прокатке в аустенит- ной области (ГЦК-решетка), для экспериментов был выбран алюминиевый сплав Д1, также имеющий ГЦК-решетку [5]. Деформацию осуществляли без нагрева, чтобы избежать влияния полиморфных превращений. Материал и методика эксперимента Химический состав исследуемого сплава следующий: Cu − 3.8−4.8; Mn − 0.4−0.8; Mg − 0.4−0.8; Si < 0.7; Fe < 0.7. Структура дюралюминия после от- жига представляет собой твердый раствор и вторичные включения различ- ных интерметаллических соединений. После закалки с оптимальных (500°C) температур основное количество соединений CuAL2 и Mg2Si растворяется в алюминии [6]. Соединения железа не растворяются, поэтому его включения наблюдаются в алюминиевом твердом растворе (рис. 1). Это состояние ма- териала было выбрано в качестве исходного для проведения сравнительного анализа влияния на структуру и свойства дюралюминия стандартной и Т-Д- прокатки. Пруток диа- метром 30 mm закали- вали при температуре 500°C в воду с после- дующим естествен- ным старением. Об- разцы выдерживали при комнатной темпе- ратуре для заверше- ния процесса старения в полном объеме, ведь хорошо известно [5,6], что требуется 5−7 су- ток для старения сплава Д1 после за- калки.Рис. 1. Микроструктура сплава Д1 после закалки (попереч- ное сечение, ×1000, расстояние между делениями 10 µm) Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 86 Микроструктуру закаленных и деформированных образцов исследовали при увеличениях 200−3000 на приборе «Neophot-32» после многократной поли- ровки и двухстадийного травления границ зерен растворами (HF + HCl + H2O) и концентрированным (H2O + HF) [7]. Фотографирование осуществляли цифровой камерой «Nikon». На образцах в поперечном и продольном на- правлениях проводили количественную оценку размеров зерен и их фраг- ментов, а также измеряли микротвердость при нагрузке 25 g. Статистиче- скую обработку полученных результатов осуществляли с помощью про- граммы Statistica 5.5А. На автоматизированной установке ДРОН-3 выполняли рентгенострук- турный анализ (РСА) образцов в продольном и поперечном направлениях после деформации с целью определения размеров кристаллитов и микрона- пряжений в кристаллах. Метод позволяет получить статистически надежную информацию о параметре решетки, размере зерен-кристаллитов, микроис- кажениях, кристаллографической текстуре, а также определить степень ани- зотропии после деформации [8,9]. Съемку проводили в излучении железа. В качестве эталона принят монолитный образец из химически чистого (99.99%) алюминия. После прокатки его подвергали прессованию, в резуль- тате чего логарифмическая степень деформации материала ε = 1.1. Для сня- тия внутренних напряжений, вызванных деформационной обработкой, и по- лучения сравнительно крупного зерна образец нагревали до 400°C в течение 25 min, после чего охлаждали с открытой печью (для исключения выделения вторичных фаз). Съемка рентгенограммы отожженного образца была эта- лонной: сравнение с ней позволило разделить эффекты, вносящие вклад в изменение структуры при различных типах деформации. Кроме того, проводили искусственное старение материала при темпера- турах 50; 100; 150°С. Контроль изменений структуры и свойств осуществля- ли на всех этапах деформации и термической обработки. Основные результаты и их обсуждение Микротвердость образцов, прокатанных по стандартной и эксперимен- тальной схемам, измеряли на всех этапах деформации. На рис. 2 приведены данные по увеличению микротвердости при повышении степени деформа- ции по стандартной и Т-Д-технологиям в поперечном и продольном направ- лениях. Степень деформации рассчитана по формуле ε = lnS0/Sf, где S0 и Sf – начальная и конечная площади поперечного сечения образца, mm2. Из ана- лиза графика видно, что в стандартных образцах на всех этапах деформации микротвердость в поперечном сечении выше, чем в продольном. Помимо того, разница в значениях микротвердости для разных сечений с увеличени- ем степени деформации возрастает (∆Hµ = 20; 30; 35 N/mm2), однако на по- следнем проходе вновь уменьшается (∆Hµ = 20 N/mm2). Для Т-Д-образцов на первом этапе деформирования микротвердость в продольном сечении выше, чем в поперечном, на последующих этапах тенденция аналогична Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 87 стандартным образцам. С ростом степени деформации разница в значениях микротвердости для продольного и поперечного сечений увеличивается (∆Hµ = 12; 17; 25; 45 N/mm2). В целом с повышением степени деформации для всех образцов наблюдается рост значений микротвердости в обоих сече- ниях, только в последнем проходе на Т-Д-образцах микротвердость понижа- ется, причем в продольном сечении более значительно. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 240 260 280 300 320 340 360 380 400 µH , M Pa ε Рис. 2. Зависимость микротвердости Hµ от степени деформации ε в поперечном (■ − стандартная, ● − Т-Д-прокатка) и продольном (▲ − стандартная, ▼ − Т-Д-прокатка) сечениях На начальных этапах деформации анизотропия микротвердости при Т-Д- обработке меньше, чем при стандартной, однако на последнем этапе превы- шает анизотропию Hµ в стандартных образцах. Падение микротвердости на последнем переходе может быть связано с протеканием рекристаллизации in situ в процессе деформации без дополнительного нагрева [2]. Еще одним ар- гументом в пользу такой точки зрения может служить тот факт, что при ис- пользовании Т-Д-технологии одинаковый уровень микротвердости достига- ется по сравнению со стандартной технологией при меньших степенях де- формации (наблюдается после 2-го и 3-го проходов). Следовательно, Т-Д- технология может провоцировать развитие рекристаллизации in situ раньше, чем стандартная прокатка. Однако протекание этого процесса должно найти отражение в изменении формы зерна (коэффициента вытянутости) и плот- ности дислокаций. Поэтому для оценки данных величин целесообразно бы- ло провести количественную металлографию. Представленная на рис. 1 типичная структура сплава после закалки имеет размер зерна от 6 до 60 µm. Прокатка по стандартной и Т-Д-схемам в попе- Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 88 речном сечении приводит к общему измельчению структуры и выделений второй фазы CuAL2 и Mg2Si. Размер зерна на первых этапах деформации уменьшается до 6−20 µm. На последних этапах деформации для Т-Д-прокатки характерно появление мельчайших (0.3−0.5 µm) равноосных фрагментов (рис. 3,б), в то время как для стандартной технологии характерен размер зерен 1−4 µm. Если рекристаллизация имела место, то это также должно привести к уменьшению вытянутости зерен в продольном сечении на последних прохо- дах, что хорошо иллюстрируется рис. 3,а. Необходимо подчеркнуть, что на рис. 3 представлена микроструктура дюралюминия в продольном сечении. Аналогичные изменения структуры наблюдались и в поперечном сечении. Обращает на себя внимание факт отсутствия полосчатости структуры на по- следних проходах после Т-Д-прокатки. Это может подтверждать высказанное выше предположение о рекристаллизации в процессе деформации. Выпол- ненный количественный металлографический анализ показал (табл. 1), что зерна измельчаются: стандартная деформация приводит к появлению анизо- тропии размера зерен и характеризуется повышенным коэффициентом вы- тянутости (k = 4.37), а Т-Д-прокатка измельчает структуру более равномерно (k = 2.04). В то же время данные эффекты должны проявиться при исследо- ваниях тонкой структуры материала методом РСА. а б Рис. 3. Микроструктура дюралюминия (продольное сечение) в зависимости от сте- пени деформации для стандартной (а) и Т-Д-прокатки (б) (одно деление 10 µm) Известно, что рентгенограммы деформированных материалов характери- зуются целым рядом особенностей [4,5]. РСА позволяет получить статистиче- ски надежную информацию о параметре решетки, размере зерен-кристал- литов, микроискажениях, кристаллографической структуре. В литом алюми- ниевом сплаве зерна имеют произвольную ориентировку. После холодной деформации образуется текстура из-за того, что большое число зерен и фраг- ментов приобретают одинаковые ориентировки. Это обусловливается скольже- нием по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Скольжение происходит по плоскостям {111}, параллельным оси прутка. Кри- сталлографические направления, перпендикулярные оси, ориентированы про- извольно. Образование текстур приводит к некоторой анизотропии свойств. Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 89 Таблица 1 Количественный анализ микроструктуры сплава Д1 Размер зерна (поперечное сечение), µm средний Обработка мини- мальный макси- мальный длина зерна, l ширина зерна, b коэффициент вытянутости зерен, l/b Закалка 3 42 19 6.45 2.9 Т-Д-прокатка 1 6.03 2.93 1.46 2.04 Стандартная про- катка 1 11.39 6.89 1.57 4.37 Т-Д-прокатка, от- пуск, 150°C, 155 min 1 13 6.1 2.08 2.93 Стандартная про- катка, отпуск, 150°C, 155 min 1 7 4.53 2.7 1.7 Для проведения РСА были использованы образцы с наибольшими степе- нями деформации, т.е. после 4 проходов. Материал после стандартной и Т-Д-обработок имел степень деформации ε, равную 2.65 и 2.41 соответст- венно. Наклепанный при подготовке шлифа слой был устранен путем трав- ления в растворе едкого натра [7]. Съемку образцов производили в продоль- ном и поперечном сечениях. Для наиболее тщательного анализа процессов, происходящих в результате деформации, использовали две пары дифракци- онных линий: (111) и (222), (200) и (400). Разделение вкладов в уширение физического профиля рентгеновских пиков производили методом Уоррена– Авербаха с использованием двух пар рентгеновских пиков. Суть этого мето- да состоит в разделении вкладов размера зерен и микроискажений в ушире- ние рентгеновских пиков (hkl), основанном на различной зависимости этих вкладов от порядка отражения [8,9]. На рис. 4 приведена рентгенограмма линии (222) для обоих типов обра- ботки. Сравнение интенсивностей (с учетом того, что съемка производилась в аналогичных условиях) позволяет говорить об относительно большом раз- мере зерен образцов, прокатанных по стандартной технологии по сравнению с Т-Д. Об этом свидетельствует ухудшение разрешения дуплета. Сравнение соотношений уширений 1-го и 2-го порядков позволило сде- лать качественный анализ тонкой кристаллической структуры сплава Д1. При анализе уширений видно, что для Т-Д-прокатки в продольном сечении характерно менее напряженное состояние в сравнении с эталоном и образ- цами после стандартной прокатки. В то же время в поперечном сечении уширения образцов для обеих схем деформации практически одинаковы, что аналогично значениям микротвердости в этом же сечении. Такая же зависимость наблюдается и для параметра решетки, посчитанного из отра- жений (111) и (200). Блоки в материале после Т-Д-обработки в поперечном Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 90 сечении крупнее, чем в продольном (табл. 2). В целом структура после Т-Д-прокатки имеет менее ярко выраженную текстуру − зерно более мелкое и равномерное. Об этом свидетельствует также анализ микроискажений (табл. 2). В образцах после Т-Д-прокатки меньше разница напряжений в продольном и поперечном сечениях, чем в образцах, прокатанных по стан- дартной технологии. 11000 11050 11100 11150 11200 11250 11300 11350 0 100 200 300 400 500 600 700 (222) I, im p/ s θ, grad Рис. 4. Изменение интенсивности I линии (222) в продольном направлении после стандартной (●) и Т-Д-прокатки (□) Таблица 2 Микронапряжения и размеры блоков в зависимости от вида деформации и сечения Характеристика образца прокатка сечение Микронапряжения, 10−4 Размер блоков, µm Продольное 4.097 0.49Стандартная Поперечное 1.795 0.42 Продольное 3.523 0.33Т-Д Поперечное 2.121 0.91 Плотность дислокаций по данным о размерах блоков и величине микро- напряжений кристаллической решетки определяли по формуле ρ = 3n/D2 [8] (где n – число дислокаций на каждой грани блока (для хаотично распреде- ленных дислокаций n = 1); D – размер блока). Эта формула позволяет лишь качественно оценить плотность дислокаций в пластически деформирован- ных металлах и сопоставить материалы, обработанные при разных режимах (табл. 3). Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 91 Таблица 3 Результаты определения плотности дислокаций Характеристика образца Плотность дислокаций, cm−2 прокатка сечение линии (111) и (222) линии (200) и (400) Поперечное 17.01·108 1.78·108Стандартная (ε = 2.65) Продольное 12.49·108 0.09·108 Поперечное 3.62·108 0.39·108Т-Д (ε = 2.41) Продольное 27.55·108 4.6·105 После Т-Д-прокатки большие размеры зерен и блоков в перпендикуляр- ном сечении (по сравнению с продольным) в сочетании с низкой плотно- стью дислокаций позволяют говорить о протекании процесса рекристалли- зации. Аналогичные явления наблюдаются и при анализе размеров зерен в разных сечениях, выполненном при изучении микроструктуры. Все сказанное подтверждает гипотезу о разрушении текстуры при Т-Д-обработке на послед- них стадиях деформации в результате процесса рекристаллизации in situ. Различия в структуре особенно сильно проявляются при небольших на- гревах (рис. 5). Очевидно, что структура материала после стандартной и Т-Д-прокатки отличается не только размером зерен, но и дислокационной структурой. Вероятно, материал после Т-Д-деформации имеет более под- вижные дислокации, поэтому процессы разупрочнения идут более активно, уровень микротвердости значительно падает, что свидетельствует о бóль- шем запасе пластичности материала. Именно вследствие этого факта эффект от Т-Д-прокатки ощутимо проявляется при дальнейшей деформации. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 220 240 260 280 300 320 340 360 380 µ H , M Pa t, min Рис. 5. Изменение микротвердости Hµ деформированного дюралюминия при от- пуске Т = 50°C в зависимости от времени отпуска t: □ − стандартная (ε = 2.65), ● − Т-Д-прокатка (ε = 2.41) Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 92 Представляется интересным проследить изменение свойств (в частности, микротвердости) материала при нагреве на 50; 100; 150°C в течение 5; 20; 65; 155 min (рис. 6). 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 240 260 280 300 320 340 360 380 µ H , M Pa ε Рис. 6. Зависимость микротвердости Hµ от степени деформации ε для образцов, де- формированных по стандартной (■ − 50°C, ● − 100°C) и Т-Д-технологии (▼ − 50°C, ◄ − 150°C), после отпуска в течение 155 min Анализ изменений показывает, что для стандартной технологии при от- пуске 50°C в течение 155 min не происходит падения уровня микротвердо- сти на образцах при всех степенях деформации. Небольшой рост микротвер- дости может быть связан с начальной стадией процесса старения, во время которого происходит перераспределение атомов растворенного вещества в решетке твердого раствора с образованием атмосфер на дислокациях. В то же время мы наблюдали резкое падение микротвердости образцов после Т-Д-прокатки, что свидетельствует о формировании более подвижных дис- локаций. В деформированном материале частицы выделений мельче, а число их больше, чем в недеформированном. Поэтому степень деформации вносит значительный вклад в изменение свойств при последующем старении. Повышение температуры отпуска до 100°C приводит к значительному ра- зупрочнению образцов (ε = 2.65), так как скорость диффузии повышается и процесс старения протекает быстрее, чем при 50°C. Падение микротвердости может быть вызвано началом процесса потери когерентности мельчайших выделений с твердым раствором либо началом возврата, поскольку согласно литературным данным [6] повышение температуры до 90−120°C достаточно для развития процесса возврата в алюминиевых сплавах. Сравнение разу- прочнения при 100°C показывает, что для Т-Д-прокатки оно происходит при меньших степенях деформации. В отличие от стандартной прокатки Т-Д-обра- ботка создает аналогичную структуру на более ранних этапах деформации Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 93 (ε = 1.94). Это позволяет говорить о более подвижной дислокационной струк- туре и косвенно подтверждает возможность развития рекристаллизации in situ (в случае Т-Д) при меньших степенях деформации в процессе прокатки. При повышении температуры отпуска до 150°C на всех образцах проис- ходит значительное разупрочнение, что свидетельствует о развитии процес- са перестаривания. С другой стороны, интересно отметить, что после отпус- ка при температуре 150°C в течение 155 min размер зерна в поперечном се- чении на Т-Д-образцах растет (см. табл. 1). Кроме того, коэффициент вытя- нутости в Т-Д-образце увеличивается на 30%, а в стандартном − уменьшает- ся на 36%. То есть после нагрева до 150°C в образцах после Т-Д-прокатки зерна продолжают расти и вытягиваться, а в стандартных − становятся более равноосными. Известно [6], что увеличение степени холодной деформации сокращает время и температуру статической рекристаллизации. Авторы об- суждают вопрос об избирательном росте зерен при рекристаллизации из субзерен с той же ориентировкой. Это объяснение вполне применимо к на- блюдаемому нами избирательному росту зерен в образцах при Т-Д-прокатке. Кроме того, изменение размеров зерен, микротвердости, размера блоков, плотности дислокаций свидетельствует о направленной рекристаллизации. Однако разупрочнение при нагреве до 150°C в образцах после Т-Д-обработки происходит при меньших степенях деформации. Процессы протекают более интенсивно и динамично. Таким образом, при нагреве до 150°C в образцах обоих типов мы наблюдаем развитие процесса статической рекристаллиза- ции. Отличие состоит в том, что статическая рекристаллизация при нагреве до 150°C в образцах после стандартной прокатки приводит к формированию бо- лее мелкого и более равноосного зерна по сравнению с зерном после Т-Д- прокатки, при которой наблюдается избирательная направленная статическая рекристаллизация вдоль определенных кристаллографических областей. Кроме того, нагрев металла до указанных температур вызывает процесс ис- кусственного старения, три стадии которого прослеживаются на всех образцах. Выбранные выдержки и температура являются достаточными для завершения установления различий в структуре материала после разных типов обработки. Выводы Настоящим исследованием проведен сравнительный анализ влияния схе- мы деформации на изменение структуры и свойств дюралюминиевого спла- ва Д1. Показано, что после Т-Д-прокатки структура отличается большей степенью измельчения − формируются нанофрагменты 0.3−0.5 µm. Она ха- рактеризуется более высокой степенью равномерности и менее ярко выра- женной анизотропией вдоль направления оси деформации. Уровень достигаемой твердости практически одинаков для обеих схем деформации, за исключением последнего прохода при использовании Т-Д-техно- логии. С достаточной степенью достоверности можно утверждать, что паде- ние микротвердости на данном этапе связано с развитием рекристаллизации Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 94 in situ. Благодаря динамической рекристаллизации полученная структура имеет более подвижную дислокационную структуру, что проявляется на пластических свойствах образцов. Поэтому при одинаковых температурах и близких степенях деформации в Т-Д-образцах все процессы начинаются бы- стрее, чем в стандартных. Колебания уровня микротвердости в результате старения после Т-Д-прокатки значительно больше соответствующих для стандартных образцов, т.е. процессы протекают более интенсивно и дина- мично. Особая структура, сформированная в результате Т-Д-прокатки, проявля- ется также при низкотемпературных нагревах. Образцы, деформированные по Т-Д-технологии, имеют большее разупрочнение после нагрева при 100°С по сравнению с образцами, деформированными по стандартной технологии. Кроме того, максимальные значения микротвердости достигаются при меньших степенях деформации. Повышение температуры отпуска до 150°С вызывает более значительное разупрочнение сплава, деформированного по Т-Д-режиму. Следовательно, и при нагреве материал не теряет преимущест- ва по запасу пластичности. 1. Р.А. Андриевский, А.М. Глезер, ФММ 88, № 1, 50 (1999). 2. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные интен- сивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). 3. А.А. Толпа, А.И. Максаков, А.А. Рыжиков, В.В. Пашинский, Металл и литье Ук- раины № 7−8, 59 (2001). 4. А.А. Толпа, В.А. Шеремет, А.И. Максаков, А.А. Рыжиков, Е.Г. Пашинская, Ме- талл и литье Украины № 12, 36 (2002). 5. Конструкционные материалы. Справочник, Б.Н. Арзамасов (ред.), Машино- строение, Москва (1991). 6. Алюминий, Металлургия, Москва (1972). 7. В.С. Коваленко, Металлографические реактивы. Справочное издание, Метал- лургия, Москва (1981). 8. Я.Е. Уманский, Рентгенография металлов и полупроводников, Металлургия, Москва (1969). 9. С.С. Горелик, Ю.А. Скаков, Е.Н. Расторгуев, Рентгенографический и электрон- но-оптический анализ, МИСИС, Москва (1994). E.G. Pashinskaya, I.V. Marchuk, A.A. Tolpa, A.I. Maksakov A COMPARATIVE ANALYSIS OF CHANGES IN STRUCTURE AND PROPERTIES OF ALUMINIUM ALLOY AFTER ROLLING BY STANDARD AND T-D TECHNOLOGIES A comparative analysis has been performed of the influence of standard deformation scheme and experimental combined technology (T-D) developed at NPO «Doniks» on changes in structure and properties of duralumin alloy D1. It is shown that the structure formed Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 1 95 after experimental rolling is typical of a higher grain refinement (nanofragments 0.3−0.5 µm in size), a higher uniformity and a less expressed anisotropy of properties and structure along deformation-axis direction. Peculiarities of the resulted structure are preserved un- der subsequent heating as well. Fig. 1. Microstructure of as-quenched D1 (cross-section, ×1000, division spacing 10 µm) Fig. 2. Dependence of microhardness Hµ on deformation degree ε in cross- (■ − standard, ● − T-D rolling) and longitudinal (▲ − standard, ▼ − T-D rolling) sections Fig. 3. Microstructure of duralumin (longitudinal section) depending on deformation de- gree for standard (a) and T-D rolling (б) (one division stands for 10 µm) Fig. 4. Changes in line (222) intensity I in longitudinal direction after standard (●) and T-D (□) rolling Fig. 5. Changes in microhardness Hµ of deformed duralumin at a 50°C tempering as a function of time: □ − standard (ε = 2.65), ● − T-D rolling (ε = 2.41) Fig. 6. Dependence of microhardness Hµ on deformation degree ε for specimens de- formed by standard (■ − 50°C, ● − 100°C) and T-D technology (▼ − 50°C, ◄ − 150°C) after a 155 min tempering

Сравнительный анализ изменения структуры и свойств алюминиевого сплава после прокатки по стандартной и Т-Д-технологиям

Репозитарії

Схожі ресурси