Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd
Рассмотрены особенности структуры и сверхпластичности нанокристаллических образцов магниевого сплава Mg−10 wt% Gd, полученных интенсивной пластической деформацией кручением (ИПДК) под высоким давлением. Изучена эволюция структуры при in situ нагреве в колонне просвечивающего электронного микроскопа....
Збережено в:
| Дата: | 2004 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2004
|
| Назва видання: | Физика и техника высоких давлений |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168099 |
| 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: | Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd / О.Б. Кулясова, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 56-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168099 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1680992025-02-23T18:29:37Z Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd Підвищена надпластичність у наноструктурному магнійовому сплаві Mg−10 wt% Gd Increased superplasticity in nanostructural magnesium alloy Mg−10 wt% Gd Кулясова, О.Б. Исламгалиев, Р.К. Рассмотрены особенности структуры и сверхпластичности нанокристаллических образцов магниевого сплава Mg−10 wt% Gd, полученных интенсивной пластической деформацией кручением (ИПДК) под высоким давлением. Изучена эволюция структуры при in situ нагреве в колонне просвечивающего электронного микроскопа. Продемонстрирована повышенная сверхпластичность, выявлены оптимальная температура и скорость сверхпластической деформации, определены значения параметра скоростной чувствительности напряжения течения. Peculiarities of structure and superplasticity of Mg−10 wt% Gd alloy nanocrystalline samples obtained by torsional severe plastic deformation (TSPD) under high pressure have been considered. The evolution of structure during the in situ heating in the column of transmission electron microscope has been studied. The increased superplasticity has been demonstrated, the optimal temperature and rate of superplastic deformation have been revealed, and values of parameter of flow-stress response to the velocity have been determined. 2004 Article Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd / О.Б. Кулясова, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 56-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.–z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168099 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены особенности структуры и сверхпластичности нанокристаллических образцов магниевого сплава Mg−10 wt% Gd, полученных интенсивной пластической деформацией кручением (ИПДК) под высоким давлением. Изучена эволюция структуры при in situ нагреве в колонне просвечивающего электронного микроскопа. Продемонстрирована повышенная сверхпластичность, выявлены оптимальная температура и скорость сверхпластической деформации, определены значения параметра скоростной чувствительности напряжения течения. |
| format |
Article |
| author |
Кулясова, О.Б. Исламгалиев, Р.К. |
| spellingShingle |
Кулясова, О.Б. Исламгалиев, Р.К. Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Кулясова, О.Б. Исламгалиев, Р.К. |
| author_sort |
Кулясова, О.Б. |
| title |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd |
| title_short |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd |
| title_full |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd |
| title_fullStr |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd |
| title_full_unstemmed |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd |
| title_sort |
повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве mg−10 wt% gd |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2004 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168099 |
| citation_txt |
Повышенная сверхпластичность в наноструктурном магниевом сплаве Mg−10 wt% Gd / О.Б. Кулясова, Р.К. Исламгалиев // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 56-61. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT kulâsovaob povyšennaâsverhplastičnostʹvnanostrukturnommagnievomsplavemg10wtgd AT islamgalievrk povyšennaâsverhplastičnostʹvnanostrukturnommagnievomsplavemg10wtgd AT kulâsovaob pídviŝenanadplastičnístʹunanostrukturnomumagníjovomusplavímg10wtgd AT islamgalievrk pídviŝenanadplastičnístʹunanostrukturnomumagníjovomusplavímg10wtgd AT kulâsovaob increasedsuperplasticityinnanostructuralmagnesiumalloymg10wtgd AT islamgalievrk increasedsuperplasticityinnanostructuralmagnesiumalloymg10wtgd |
| first_indexed |
2025-11-24T10:33:01Z |
| last_indexed |
2025-11-24T10:33:01Z |
| _version_ |
1849667492372283392 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
56
PACS: 81.40.–z
О.Б. Кулясова1, Р.К. Исламгалиев2
ПОВЫШЕННАЯ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТЬ В НАНОСТРУКТУРНОМ
МАГНИЕВОМ СПЛАВЕ Mg−10 wt% Gd
1Институт физики перспективных материалов, УГАТУ
ул. К. Маркса, 12, г. Уфа, 450000, Россия
E-mail: elokbox@mail.ru
2Институт механики УНЦ РАН
E-mail: saturn@mail.rb.ru
Рассмотрены особенности структуры и сверхпластичности нанокристаллических
образцов магниевого сплава Mg−10 wt% Gd, полученных интенсивной пластической
деформацией кручением (ИПДК) под высоким давлением. Изучена эволюция
структуры при in situ нагреве в колонне просвечивающего электронного микроско-
па. Продемонстрирована повышенная сверхпластичность, выявлены оптимальная
температура и скорость сверхпластической деформации, определены значения
параметра скоростной чувствительности напряжения течения.
Введение
Как известно, магниевые сплавы имеют большой потенциал для практи-
ческого использования в качестве материалов с высокой удельной прочно-
стью. В то же время они относятся к классу труднодеформируемых, и боль-
шинство изделий из них обычно получают методами литейного производст-
ва. Вместе с тем для применения сверхпластического формообразования к
магниевым сплавам с целью получения изделий сложной формы очень важ-
но развитие методов формирования ультрамелкозернистой структуры и по-
вышения ее термостабильности.
В частности, в недавних работах было продемонстрировано, что приме-
нение методов ИПД ведет к сильному измельчению структуры и повышен-
ной сверхпластичности в металлических материалах [1]. Например, объем-
ные наноструктурные образцы с размером зерен около 100 nm были успеш-
но получены методом ИПДК в различных металлах и сплавах. Однако име-
ются только единичные работы, посвященные микроструктуре и механиче-
ским свойствам наноструктурных магниевых сплавов [2].
С другой стороны, очень важным требованием для достижения повышен-
ной сверхпластичности в наноструктурных сплавах является термостабиль-
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
57
ность зеренной структуры. Для сдерживания роста зерен при температуре
сверхпластической деформации обычно используют термостабильные дис-
персные частицы [3]. Вследствие повышенной термостабильности выделе-
ний в магниевых сплавах, содержащих редкоземельные элементы [4], в ка-
честве исходного материала для исследований в настоящей работе был вы-
бран сплав системы Mg−Gd [5].
Целью настоящей работы было изучение влияния ИПДК на микрострук-
туру и механические свойства магниевого сплава Mg−10 wt% Gd.
Материалы и методики исследований
В качестве исходного материала использован магниевый сплав
Mg−10 wt% Gd, гомогенизированный при 500°С в течение 6 h с последующей
закалкой в воде. Образцы диаметром 10 mm и толщиной 0.5 mm подвергали
ИПДК (5 оборотов) при комнатной температуре под давлением 6 GPa.
Структуру образцов изучали в просвечивающих электронных микроско-
пах Philips ЕМ-430 и JEM-100B при ускоряющих напряжениях 300 и 100 kV
соответственно. Рост зерен при повышенных температурах изучали методом
in situ нагрева фольг при температурах до 400°C в колонне микроскопа
Philips ЕМ-430. Механические испытания на растяжение проводили на ма-
шине, оснащенной горизонтальным измерительно-силовым устройством и
разъемной муфельной печью при скоростях деформации 10–3–10–1 s–1. Про-
цесс растяжения контролировали компьютерной программой, специально
разработанной для растяжения малых образцов. При этом рабочая часть об-
разцов, использованных для испытаний, имела размеры 1×1×0.3 mm. Коэф-
фициент скоростной чувствительности напряжения течения m определяли
методом переключения скоростей от 10–3 до 10–2 s–1 в процессе деформации.
Результаты и их обсуждение
Электронно-микроскопические исследования показали, что ИПДК-об-
разцы сплава Mg−10 wt% Gd имеют однородную структуру со средним
размером зерна менее 100 nm (рис. 1,а). На электронограмме наблюдали
многочисленные рефлексы, равномерно расположенные по окружности,
что указывало на образование границ зерен большеуглового типа. В
микроструктуре были выявлены также частицы с размером до 300 nm
(рис. 1,б).
Для изучения влияния частиц второй фазы на эволюцию микроструктуры
проводили in situ нагрев тонких фольг РКУ-сплава до 400°C (рис. 2). Было ус-
тановлено, что размер зерен остается практически стабильным при температуре
до 250°C. С увеличением температуры до 400°C обнаружили появление от-
дельных крупных зерен размером до 1−2 µm в матрице из равноосных зерен со
средним размером 0.5 µm. При температуре 400°C наблюдали выделение тер-
мостабильных частиц с размером менее 20 nm, которые видны на рис. 2,б в виде
мелких точек. Согласно данным [6,7] в сплавах системы Mg–Gd при температуре
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
58
а б
Рис. 1. Типичные микроструктуры ИПДК-сплава Mg−10 wt% Gd: а − светлополь-
ное изображение; б − цифрами обозначены дисперсные частицы
а б в
Рис. 2. Микроструктура ИПДК-сплава Mg−10 wt% Gd, подвергнутого in situ нагре-
ву в колонне микроскопа до температур, °С: а − 265, б − 350, в − 400
400°С выделяются частицы состава MgxGd, где x может принимать значения
3; 5 и 9.
На рис. 3 представлен вид ИПДК-образцов сплава Mg−10 wt% Gd после
механических испытаний растяжением, свидетельствующий об их равно-
мерном удлинении в процессе растяжения без образования шейки, что ха-
рактерно для сверхпластической деформации. Установлено, что оптималь-
ной температурой сверхпластичности являются 400°C. Максимальное удли-
нение 580% наблюдали при скорости деформации 10−3 s−1 (рис. 3,в). При
этом напряжение течения в ходе сверхпластической деформации не превы-
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
59
шало 10 MPa. Для сравнения отметим, что этот же сплав до ИПДК проде-
монстрировал относительное удлинение 190% при максимальном напряже-
нии течения 40 MPa. Увеличение скорости деформации до 10−2 s−1 не привело
к значительному снижению максимального удлинения, которое составило
470% (рис. 3,б). В этом случае заметно возросло значение напряжения тече-
ния, но даже при наибольшей скорости деформации 10−1 s−1 оно не превы-
сило 80 MPa (рис. 4).
0 200 400 600
0
20
40
60
80
Fl
ow
st
re
ss
, M
Pa
Relative elongation, %
Коэффициент скоростной чувствительности напряжения течения m для
ИПДК-образцов сплава Mg−10 wt% Gd при температуре 400°C оказался
равным 0.49. Эта величина близка к значению m = 0.5, характерному для ти-
пичных ультрамелкодисперсных материалов [8], полученных ИПД, в кото-
рых основным механизмом, обеспечивающим большие сверхпластические
удлинения до разрушения, является зернограничное проскальзывание [9].
Для сравнения можно отметить, что для крупнозернистых образцов иссле-
дуемого сплава при тех же условиях m = 0.2.
Рис. 4. Зависимость напряжение тече-
ния−относительное удлинение ИПДК-
образцов сплава Mg−10 wt% Gd при
400°C и различных скоростях де-
формации, s−1: − 10−3, ··· − 10−2,
− − − − 10−1
Рис. 3. Вид ИПДК-образцов сплава
Mg−10 wt% Gd после механических
испытаний растяжением при темпе-
ратуре 400°C: а − исходное состоя-
ние; б − максимальное удлинение
470%, скорость деформации 10−2 s−1;
в − 580%, 10−3 s−1
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
60
Выводы
Применение метода ИПДК позволило сформировать нанокристалли-
ческую структуру со средним размером зерна менее 100 nm в магниевом
сплаве Mg−10 wt% Gd. При нагреве ИПДК-образцов до температуры
400°C было обнаружено выделение термостабильных частиц с размером
менее 20 nm.
ИПДК-образцы продемонстрировали повышенную сверхпластичность с
удлинением до разрушения 580% при температуре 400°C и скорости растя-
жения 10−3 s−1. Сверхпластическое поведение образцов сопровождалось
равномерным удлинением образцов без образования шейки и m = 0.49.
1. R.Z. Valiev, R.К. Islamgaliev, I.V. Alexandrov, Prog. Mater. Sci. 45, 103 (2000).
2. О.Б. Кулясова, Р.К. Исламгалиев, Г.И. Рааб, Металлы № 1, 104 (2004).
3. F.J. Humphreys, Acta mater. 45, 12 (1997).
4. I.J. Polmear, Materials Transactions 37, 1 (1996).
5. J. Cizek, I. Prochazka, I. Stulikova, B. Smola, R. Kuzel, V. Cherkaska, R.K. Islamga-
liev, O. Kuljasova, in: Proceedings of the 6th International Conference Magnesium
Alloys and Their Applications, K.U. Kainer (ed.), WILEY-VCH Verlag, Weinheim
(Germany) (2003), p. 202.
6. P. Vostry, B. Smola, I. Stulikova, F. von Buch, B.L. Mordike, Phys. Status Solidi A175
(1999).
7. М.Е. Дриц, Н.Р. Бочвар, Э.С. Каданер и др., Диаграммы состояния систем алю-
миния и магния, Наука, Москва (1977).
8. T.G. Nieh, J. Wadsworth, O.D. Sherby, Superplasticity in metals and ceramics, Uni-
versity Press, Cambridge (1997).
9. Н.Ф. Юнусова, Р.К. Исламгалиев, Р.З. Валиев, Металлы № 2, 21 (2004).
O.B. Kulyasova, R.K. Islamgaliev
INCREASED SUPERPLASTICITY IN NANOSTRUCTURAL
MAGNESIUM ALLOY Mg−10 wt% Gd
Peculiarities of structure and superplasticity of Mg−10 wt% Gd alloy nanocrystalline
samples obtained by torsional severe plastic deformation (TSPD) under high pressure
have been considered. The evolution of structure during the in situ heating in the column
of transmission electron microscope has been studied. The increased superplasticity has
been demonstrated, the optimal temperature and rate of superplastic deformation have
been revealed, and values of parameter of flow-stress response to the velocity have been
determined.
Fig. 1. Typical microstructures of TSPD-treated Mg−10 wt% Gd alloy: а − bright-field
image; б − numerals denote disperse particles
Fig. 2. Microstructure of TSPD-treated Mg−10 wt% Gd alloy subjected to in situ heating
in microscope column to the temperature of, °C: а − 265, б − 350, в − 400
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
61
Fig. 3. Appearance of the TSPD-treated samples of Mg−10 wt% Gd alloy after mechani-
cal tensile tests at 400°C: а − initial state; б − maximum elongation 470%, velocity of
deformation 10−2 s−1; в − 580%, 10−3 s−1
Fig. 4. Relative elongation of TSPD-treated samples of Mg−10 wt% Gd alloy versus flow
stress, T = 400°C, for different deformation velocities, s−1: − 10−3, ··· − 10−2, − − − − 10−1
|