Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации

Структура и свойства бескислородной меди (99.98%) были изучены после различных способов интенсивной пластической деформации (ИПД): равноканального углового прессования (РКУП), мультиосевой деформации (МД), винтового прессования (ВП) и аккумулируемой прокатки с соединением (АПС) в зависимости от степ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика и техника высоких давлений
Дата:	2006
Автори:	Добаткин, С.В., Салищев, Г.А., Кузнецов, А.А., Решетов, А.В., Сынков, А.С., Конькова, Т.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2006
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70255
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 структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации / С.В. Добаткин, Г.А. Салищев, А.А. Кузнецов, А.В. Решетов, А.С. Сынков, Т.Н. Конькова // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 23-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70255
record_format	dspace
spelling	Добаткин, С.В. Салищев, Г.А. Кузнецов, А.А. Решетов, А.В. Сынков, А.С. Конькова, Т.Н. 2014-11-01T16:00:03Z 2014-11-01T16:00:03Z 2006 Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации / С.В. Добаткин, Г.А. Салищев, А.А. Кузнецов, А.В. Решетов, А.С. Сынков, Т.Н. Конькова // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 23-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 61.72.Bb https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70255 Структура и свойства бескислородной меди (99.98%) были изучены после различных способов интенсивной пластической деформации (ИПД): равноканального углового прессования (РКУП), мультиосевой деформации (МД), винтового прессования (ВП) и аккумулируемой прокатки с соединением (АПС) в зависимости от степени деформации при комнатной температуре вплоть до истинной деформации 30−50. ИПД формирует субмикрокристаллическую структуру с размером зерна 200−250 nm и преимущественно высокоугловыми (75−94%) границами. После РКУП структура наиболее однородна. Прочностные характеристики возрастают с увеличением степени деформации и достигают практически установившейся стадии при ε ≈ 5. На этой стадии для АПС, МД и ВП σВ = 460−480 MPa, а для РКУП σВ = 430−440 MPa. Наименьшее значение пластичности δ = 4−5% соответствует АПС, а максимальное δ = 18% − МД и РКУП. The structure and properties of oxygen-free copper (99.98%) were studied after different schemes of severe plastic deformation (SPD): equal-channel angular pressing (ECAP), multiaxial deformation (MD), twist extrusion (TE), and accumulative roll bonding (ARB) as a function of the strain at room temperature (to a true strain of 30−50). The SPD causes the formation of submicrocrystalline structure with a grain size of 200−250 nm and predominantly high angle boundaries (75−94%). ECAP leads to the formation of the most uniform structure. The strength characteristics increase with increasing the strain and reach the steady stage at ε ≈ 5. At the steady stage, σВ = 460−480 MPa at ARB, MD, and TE, while at ECAP σВ = 430−440 MPa. The smallest «steady» values of δ = 4−5% were obtained in the case of ARB, and the maximum δ = 18% was obtained at MD and ECAP. Работа была частично (исследование АПС) поддержана грантом РФФИ 06-08-00494. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации Порівняльний аналіз структури і властивостей безкисневої міді після різних способів інтенсивної пластичної деформації Comparative analysis of structure and properties of oxygen-free copper past different severe plastic deformation schemes Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
spellingShingle	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации Добаткин, С.В. Салищев, Г.А. Кузнецов, А.А. Решетов, А.В. Сынков, А.С. Конькова, Т.Н.
title_short	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
title_full	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
title_fullStr	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
title_full_unstemmed	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
title_sort	сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации
author	Добаткин, С.В. Салищев, Г.А. Кузнецов, А.А. Решетов, А.В. Сынков, А.С. Конькова, Т.Н.
author_facet	Добаткин, С.В. Салищев, Г.А. Кузнецов, А.А. Решетов, А.В. Сынков, А.С. Конькова, Т.Н.
publishDate	2006
language	Russian
container_title	Физика и техника высоких давлений
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format	Article
title_alt	Порівняльний аналіз структури і властивостей безкисневої міді після різних способів інтенсивної пластичної деформації Comparative analysis of structure and properties of oxygen-free copper past different severe plastic deformation schemes
description	Структура и свойства бескислородной меди (99.98%) были изучены после различных способов интенсивной пластической деформации (ИПД): равноканального углового прессования (РКУП), мультиосевой деформации (МД), винтового прессования (ВП) и аккумулируемой прокатки с соединением (АПС) в зависимости от степени деформации при комнатной температуре вплоть до истинной деформации 30−50. ИПД формирует субмикрокристаллическую структуру с размером зерна 200−250 nm и преимущественно высокоугловыми (75−94%) границами. После РКУП структура наиболее однородна. Прочностные характеристики возрастают с увеличением степени деформации и достигают практически установившейся стадии при ε ≈ 5. На этой стадии для АПС, МД и ВП σВ = 460−480 MPa, а для РКУП σВ = 430−440 MPa. Наименьшее значение пластичности δ = 4−5% соответствует АПС, а максимальное δ = 18% − МД и РКУП. The structure and properties of oxygen-free copper (99.98%) were studied after different schemes of severe plastic deformation (SPD): equal-channel angular pressing (ECAP), multiaxial deformation (MD), twist extrusion (TE), and accumulative roll bonding (ARB) as a function of the strain at room temperature (to a true strain of 30−50). The SPD causes the formation of submicrocrystalline structure with a grain size of 200−250 nm and predominantly high angle boundaries (75−94%). ECAP leads to the formation of the most uniform structure. The strength characteristics increase with increasing the strain and reach the steady stage at ε ≈ 5. At the steady stage, σВ = 460−480 MPa at ARB, MD, and TE, while at ECAP σВ = 430−440 MPa. The smallest «steady» values of δ = 4−5% were obtained in the case of ARB, and the maximum δ = 18% was obtained at MD and ECAP.
issn	0868-5924
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70255
citation_txt	Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации / С.В. Добаткин, Г.А. Салищев, А.А. Кузнецов, А.В. Решетов, А.С. Сынков, Т.Н. Конькова // Физика и техника высоких давлений. — 2006. — Т. 16, № 4. — С. 23-36. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT dobatkinsv sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT saliŝevga sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT kuznecovaa sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT rešetovav sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT synkovas sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT konʹkovatn sravnitelʹnyianalizstrukturyisvoistvbeskislorodnoimediposlerazličnyhsposobovintensivnoiplastičeskoideformacii AT dobatkinsv porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT saliŝevga porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT kuznecovaa porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT rešetovav porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT synkovas porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT konʹkovatn porívnâlʹniianalízstrukturiívlastivosteibezkisnevoímídípíslâríznihsposobívíntensivnoíplastičnoídeformacíí AT dobatkinsv comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes AT saliŝevga comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes AT kuznecovaa comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes AT rešetovav comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes AT synkovas comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes AT konʹkovatn comparativeanalysisofstructureandpropertiesofoxygenfreecopperpastdifferentsevereplasticdeformationschemes
first_indexed	2025-11-27T05:30:45Z
last_indexed	2025-11-27T05:30:45Z
_version_	1850801941671575552
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 23 PACS: 61.72.Bb С.В. Добаткин1,2, Г.А. Салищев3, А.А. Кузнецов2, А.В. Решетов4, А.С. Сынков4, Т.Н. Конькова3 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ БЕСКИСЛОРОДНОЙ МЕДИ ПОСЛЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ 1Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Ленинский просп., 49, г. Москва, 119991, Россия, E-mail: dobatkin@ultra.imet.ac.ru 2Московский государственный институт стали и сплавов, Ленинский просп. 4, г. Москва, 119049, Россия 3Институт проблем сверхпластичности металлов РАН ул. С. Халтурина, 39, г. Уфа, 450001, Россия 4Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина Структура и свойства бескислородной меди (99.98%) были изучены после различ- ных способов интенсивной пластической деформации (ИПД): равноканального уг- лового прессования (РКУП), мультиосевой деформации (МД), винтового прессова- ния (ВП) и аккумулируемой прокатки с соединением (АПС) в зависимости от сте- пени деформации при комнатной температуре вплоть до истинной деформации 30−50. ИПД формирует субмикрокристаллическую структуру с размером зерна 200−250 nm и преимущественно высокоугловыми (75−94%) границами. После РКУП структура наиболее однородна. Прочностные характеристики возраста- ют с увеличением степени деформации и достигают практически установившейся стадии при ε ≈ 5. На этой стадии для АПС, МД и ВП σВ = 460−480 MPa, а для РКУП σВ = 430−440 MPa. Наименьшее значение пластичности δ = 4−5% соответ- ствует АПС, а максимальное δ = 18% − МД и РКУП. 1. Введение В последние годы большой интерес вызывает использование способов ИПД для получения металлов и сплавов с ультрамелким зерном, в десятки и сотни раз меньшим, чем в традиционных материалах [1,2]. Основными спо- собами ИПД являются РКУП [3], МД [4], ВП [5] и АПС [6]. В настоящее время имеется достаточно большое количество данных по структуре и свой- Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 24 ствам различных материалов, полученных указанными способами в различ- ных условиях деформации. Было бы интересно сравнить эффективность этих схем для измельчения зерна и повышения комплекса механических свойств на одном материале в близких условиях деформации. Целью работы является сравнительное изучение структуры и механиче- ских свойств бескислородной меди МОб после различных способов ИПД (РКУП, МД, ВП и АПС) в зависимости от степени холодной деформации (вплоть до истинных деформаций 30−50). 2. Материал и методика испытаний и исследований Для исследований была выбрана бескислородная медь марки МOб (99.98%) ГОСТ 859−78, полученная на ОАО «Кольчугцветмет» способом полунепрерывного литья при переплавке катодов в защитной атмосфере. Изготовленные слитки подвергали горячему прессованию и последующему волочению с целью получения прутков диаметром 20 и 40 mm (ГОСТ 10988−75) или горячей и последующей холодной прокатке для производства ленты толщиной 1 mm (ГОСТ 15471−77). Медь была выбрана в качестве ма- териала, способного деформироваться при комнатной температуре до боль- ших степеней деформации. Предварительной термообработке перед ИПД подвергали только образцы для АПС, которые отжигали в течение 30 min при температуре 420°C. Остальные образцы деформировали в состоянии по- ставки с завода. РКУП проводили на вертикальном гидравлическом прессе с усилием 250 t на установке с двумя каналами одинакового поперечного сечения, пересе- кающимися под углом 90°. Прессование осуществляли при температуре 20°C на образцах диаметром 20 mm и длиной 80 mm. Скорость движения плунжера при РКУП составляла 1.0 mm/s. В качестве смазки использовали смесь ВАПР и мелкочешуйчатого графита в соотношении 4:1. Эксперимент проводили без противодавления. Одним из основных параметров РКУП является маршрут, определяющий плоскость сдвига при многократной деформации и соответственно изме- няющий закономерности процессов структурообразования [7]. Различают, как правило, три маршрута при РКУП: A − без поворота образца вокруг сво- ей оси при повторной деформации, Вс � с последовательным поворотом об- разца на 90° вокруг своей оси (маршрут Ва предполагает поворот на ±90°) и С � с поворотом образца на 180° вокруг своей оси при многократной дефор- мации. Максимальное количество проходов по маршрутам A, Вс и C в на- стоящем исследовании составило N = 25, что соответствует истинной де- формации ε ~ 29 [3]. Дальнейшее прессование было невозможно ввиду сильной дефектности образцов и их частичного разрушения. МД проводили при комнатной температуре на прессе ПА-2638 усилием 6.3 MN последовательными операциями «осадка�протяжка» со сменой оси прилагаемого деформирующего усилия. За один цикл осуществляли 18 об- Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 25 жатий по 20−50%. Скорость движения прессового инструмента в процессе осадки составляла 0.4 mm/s. По завершении цикла форма образца стремилась к исходной − Ø 40, длина 70 mm. Исследования проводили после 2, 4, 6, 10 и 20 циклов, что соответствовало максимальной истинной деформации ε ≈ 50. ВП осуществляли при комнатной температуре на образцах размером ~ 18 × 28 × 80 mm с углом наклона винтовой линии к оси прессования β = = 52−53°. Провели 9, 13 и 15 проходов, что соответствовало максимальной истинной деформации ε ≈ 14. Дальнейшее прессование было невозможно из- за частичного разрушения образцов. Скорость движения пуансона составля- ла 2.5 mm/s. Эксперимент проводили без противодавления. АПС осуществляли на двухвалковом прокатном стане с диаметром вал- ков 165 mm при комнатной температуре на полосах исходного размера 1.0 × × 45 × 300 mm. Скорость прокатки составляла 6 m/min. Полосы складывали вдвое и прокатывали с обжатием ~ 50%. Затем разрезали полосу пополам, обрезали кромки, снова складывали вдвое и опять прокатывали с обжатием ~ 50%. Осуществили 2, 5, 8 и 10 проходов, что соответствовало истинной деформации ε ≈ 8.0. Дальнейшая прокатка была нецелесообразна, так как геометрические размеры образцов уменьшились из-за обрезки кромок. Провести деформацию при различных схемах ИПД в идентичных усло- виях (скорость деформации, деформирующее усилие, разогрев) практически невозможно, однако эксперименты были спланированы так, чтобы обеспе- чить наиболее близкое соответствие. Механические испытания образцов на растяжение после ИПД проводили при комнатной температуре на испытательной машине «Инстрон 1196» со скоростью нагружения 1 mm/min. Образцы для механических испытаний были двух видов: круглые с диаметром рабочей части 3 mm и длиной 16 mm для схем РКУП, МД и ВП и плоские образцы с размером рабочей части 1 × 4 × 20 mm для схемы АПС. Металлографическую структуру исследовали на световом микроскопе Olympus PME 3, а электронную � на микроскопе JEM-100CX. Размер струк- турных элементов определяли по 100−200 замерам на светлопольных изо- бражениях, полученных на двух фольгах. Распределение разориентировок границ структурных элементов было ус- тановлено методом обратно отраженных электронов (EBSD-метод) с ис- пользованием сканирующего электронного микроскопа Philips XL-30 FEG и ориентационной системы изображений TSL. Микротвердость определяли на испытательном приборе M-400-H «Leco» с нагрузкой 50 g. 3. Результаты и обсуждение Изучение механических свойств меди МOб после РКУП показало, что прочностные характеристики, такие как временное сопротивление разрушению и предел текучести, возрастают в 1.5�1.7 раза (рис. 1). После 5-го цикла дефор- мации они достигают практически постоянных значений и при дальнейшей Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 26 а б в деформации меняются мало (рис. 1,а). Заметно различие (небольшое) проч- ностных свойств в зависимости от маршрута прессования. Прочность уменьшается в ряду маршрутов Вс−С�А [8]. Максимальные значения всех прочностных характеристик соответствуют деформации по маршруту Вс. Например, предел текучести образцов меди, обработанных по маршруту Вс, составил 405 MPa, а деформированных по маршруту A � 385 MPa. Пластические характеристики, такие как удлинение и сужение, умень- шаются на начальной стадии РКУП при N = 1 по сравнению с исходным со- стоянием, но затем стабилизируются или возрастают, особенно после N = 15 (рис. 1,б,в). Наибольшее увеличение пластичности наблюдали при деформа- ции по маршруту Вс: после N = 25 δ = 18% и ψ = 81% (в исходном состоя- нии δ = 21% и ψ = 70%). Аналогичное повышение пластичности было обна- ружено в [9,10] и объяснялось зернограничным скольжением [11]. При сравнении различных схем ИПД видно, что прочностные характери- стики меди отличаются несущественно (рис. 2). АПС имеет наибольшие зна- чения деформационного упрочнения и прочностных характеристик, но наи- меньшие значения пластичности (δ = 5%). Наиболее благоприятное сочетание прочности и пластичности в меди было получено после МД (σВ = 460 MPa, δ ≅ 18%). РКУП позволяет достичь подобной комбинации свойств, но после большой степени деформации (ε ~ 30) и только по маршруту Вс, когда зна- чения удлинения повышаются. При МД такое сочетание свойств устанавли- вается после двух проходов (ε ~ 5). Подобная комбинация механических свойств определяется структурой, формирующейся в ходе различных способов ИПД. Рис. 1. Зависимости механических свойств σ0.2 (а), δ (б), ψ (в) бескисло- родной меди после РКУП по маршру- там A (−•−), Bc (−■−) и C (−▲−) от степени деформации (числа проходов N) Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 27 а б Рис. 2. Зависимости механических свойств σВ (а), δ (б) бескислородной меди после различных способов ИПД от степени истинной деформации: −•− − АПС, −◊− − МД, −∆− − ВП, −■− − РКУП (маршрут Bc) Металлографический анализ меди после РКУП показал, что на началь- ных стадиях исходные зерна ориентируются под углом к оси образца, но при этом субструктура исходных зерен не вытравливается. При больших степе- нях деформации (например, N = 25) не вытравливаются ни исходные грани- цы зерен, ни границы вновь образованных структурных элементов. Электронно-микроскопический (ЭМ) анализ выявил формирование в ос- новном ориентированной ячеистой и субзеренной структур с повышенной плотностью дислокаций после N = 1 (рис. 3,а). Появление отдельных равноос- ных субмикронных зерен размером 100−200 nm с высокоугловыми границами наблюдали после третьего цикла деформации N = 3 (рис. 3,б). Но главным об- разом структура представляла собой частично ячеистую, частично полигонизо- ванную ориентированную структуру с малоугловыми границами. Считается, что в материалах с высокой энергией дефектов упаковки формирование нано- и субмикрокристаллической структур при ИПД идет через ячеистую структуру, а в материалах с низкой энергией � через всевозможные полосы деформации и сдвига [2]. Поэтому в меди при ИПД, в частности РКУП, с относительно не- большими деформациями на электронном микроскопе наблюдается преимуще- ственно ориентированная структура. За счет продолжающейся деформации и генерирования дислокаций образуются перемычки в ориентированной суб- структуре, структурные элементы скругляются, их разориентировка растет, и в конечном итоге появляются новые зерна с высокоугловыми границами. С увеличением степени деформации до N = 5 доля равноосных субзерен и зе- рен увеличивается, особенно по маршруту Вс. При N = 10 по маршруту Вс прак- тически весь объем занимают равноосные структурные элементы (рис. 3,в), хотя при РКУП с тем же числом проходов по маршрутам A и C наблюдали ориенти- рованные участки структуры [8]. То есть наиболее равноосная структура форми- руется быстрее всего по маршруту Bc. При продолжении деформации до N = 15 и N = 25 характер структуры на разных маршрутах не изменяется: равноосная � на маршруте Вс (рис. 3,г), несколько ориентированная � на маршрутах A и C. Мар- шрут A соответствует большей ориентированности структуры. По маршруту Вс при N = 15 и N = 25 можно отметить наличие небольшого количества относи- Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 28 тельно крупных зерен размером 1.0−1.5 µm. О наличии зеренной структуры су- дили по кольцевой электронограмме с множеством точечных рефлексов, а также по двойному контрасту на границах структурных элементов. Можно утверждать, что при N = 3−5 количество зерен в структуре меди после РКУП по маршруту Вс больше, чем по маршрутам A и C. При деформации в интервале N = 10−25 элек- тронно-микроскопическим методом определить долю зеренной структуры, обра- зующейся при РКУП по разным маршрутам, практически невозможно. Средний размер структурных элементов, определенных электронно- микроскопически, при N = 15−25 составил 180�225 nm для всех маршрутов (табл. 1). Можно отметить, что с увеличением деформации до 25 проходов размер структурных элементов практически не меняется, о чем косвенно свидетельствует и установившаяся стадия значений предела текучести и микротвердости при этих деформациях. Зависимость размеров структурных элементов от маршрута РКУП фактически тоже отсутствует, так как вели- чины этих размеров находятся практически в пределах ошибки определения. Несколько меньший размер, полученный по маршруте A, можно объяснить тем, что в ориентированной структуре измеряли кратчайшее расстояние ме- жду границами и/или субграницами. 1 мкм 200 нм а б 1 µm 1 µm в г Рис. 3. Структура бескислородной меди после РКУП при комнатной температуре по маршруту Bc в зависимости от степени деформации (числа проходов N) (ЭМ- анализ): а − N = 1, б − 3, в − 10, г − 25 200 nm1 µm Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 29 Таблица 1 Размеры (nm) структурных элементов после РКУП по различным маршрутам (ЭМ-анализ) Количество проходов NМаршрут 15 25 A 195 180 Bc 200 215 C 225 210 Как было отмечено выше, наиболее равноосная структура формируется при РКУП по маршруту Вс. Необходимо, правда, учесть, что: 1) форма структурных элементов зависит от плоскости вырезки фольги. В данной работе плоскость фольги соответствовала произвольно ориентиро- ванной плоскости вдоль оси образца; 2) ориентированность структуры также зависит от маршрута РКУП, по- скольку при многократной деформации последовательность чередования плоскостей сдвига различна [3,7]. При определенном числе проходов исход- ный структурный элемент может даже восстанавливать свою форму. Это, по-видимому, должно относиться к исходному зерну, а не к субструктуре внутри него. Например, согласно [7] при РКУП по маршруту C структурный элемент должен восстанавливать свою исходную форму во всех трех плос- костях (X, Y, Z) при N = 10, а мы наблюдали ориентированную структуру. Но в любом случае различные плоскости сдвига и их чередование должны вли- ять на форму ячеек, субзерен и субмикронных зерен, образующихся внутри исходного деформированного зерна. Механизм сохранения преимущественно равноосной структуры при уве- личении деформации с N = 10 до N = 25 по маршруту Вс до конца не ясен. По-видимому, существенный вклад в деформацию дает межзеренное про- скальзывание вследствие очень большой площади субмикрозернограничных поверхностей. Хотя повышенная плотность дислокаций в отдельных зернах даже при N = 25 свидетельствует о наличии внутризеренной деформации. Повышение пластичности при N ≥ 15, особенно для маршрута Вс, пред- положительно можно объяснить увеличением межзеренного проскальзыва- ния и, возможно, влиянием структуры типа «бимодальной», выявленной для маршрута Вс при TEM-анализе [8], которая, как было установлено ранее, также приводит к повышению пластичности [12]. ЭМ-анализ выявил подобие и различие процессов структурообразования после различных схем ИПД (рис. 3, 4). При МД размер структурных элемен- тов уменьшается с увеличением степени деформации и при ε ~ 15 становит- ся практически неизменным (рис. 5). Характер структуры при этом изменя- ется от преимущественно субзеренной с высокой плотностью свободных дислокаций при ε ~ 5 до преимущественно зеренной с высокоугловыми грани- цами и низкой плотностью свободных дислокаций при ε > 25 (см. рис. 4,а,б). Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 30 500 nm 500 nm а б 400 nm 500 nm в г 500 nm д е Рис. 4. Структура бескислородной меди после различных способов ИПД (ЭМ- анализ): МД (а − ε = 5, б − 50); АПС (в − ε =1.6, г − 8) и ВП (д − ε = 8.4, е − 14) 400 nm Рис. 5. Размеры структурных элемен- тов бескислородной меди в зависимо- сти от степени истинной деформации при комнатной температуре после раз- личных способов ИПД: □ − МД, ▲ − ВП, ♦ − РКУП, ■ − АПС Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 31 а б в г Рис. 6. Структура бескислородной меди после различных способов ИПД (EBSD- анализ): а − МД, ε = 50; б − АПС, ε = 8; в − ВП, ε = 14; г − РКУП, ε = 29 При АПС размер структурных элементов практически не изменяется в изу- ченных условиях при ε ~ 1.6−8.0 (рис. 5). При этом в структуре наблюдали достаточно высокую плотность дислокаций (см. рис. 4,в,г). После ВП также наблюдали повышенную плотность дислокаций и практически неизменный размер зерна в интервале ε ~ 8.4−14.0 (рис. 4,д,е и 5). На рис. 5 показана зависимость размера структурных элементов от степени истинной деформации для различных способов ИПД. Видно, что за исключе- нием одного значения для МД с ε ~ 4, все остальные величины размеров близки и лежат практически в пределах ошибки эксперимента. В данном случае разме- ры структурных элементов для РКУП соответствуют маршруту Вс. Для оценки доли высокоугловых границ в структуре проводили EBSD- анализ. Выявлен подобный характер структуры для изученных схем ИПД (рис. 6, 7). Следует отметить наличие остатков исходных деформированных зерен с субзеренной структурой внутри, что снижает долю высокоугловых границ в структуре. Наибольшее количество таких участков наблюдали по- сле АПС, наименьшее − после РКУП (рис. 6,б,г). Это свидетельствует о том, что наиболее однородная структура образуется после РКУП. Сохранение участков исходных зерен после столь значительной деформации означает, 5 µm Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 32 а б в г Рис. 7. Распределение углов разориентации структурных элементов бескислород- ной меди после различных способов ИПД (EBSD-анализ): а − МД, ε = 50; б − АПС, ε = 8; в − ВП, ε = 14; г − РКУП, ε = 29 по-видимому, неоднородность деформации. Следует учесть, что значения степе- ней деформации, при которых мы сравниваем структуры, максимальны для дан- ного способа ИПД, но различаются между собой, хотя и соответствуют устано- вившейся стадии значений микротвердости и прочностных свойств. Количест- венная оценка доли высокоугловых границ в структуре при EBSD-анализе вы- явила максимальную (94%) долю после РКУП по маршруту Вс, минимальную (75%) � после ВП (табл. 2, рис. 7,в,г). Таблица 2 Разориентировка между структурными элементами в меди после различных способов ИПД (EBSD анализ) Доля границ, %Способ ИПД малоугловых большеугловых МД, ε = 40 17 83 АПС, ε = 8 14 86 РКУП, ε = 29 6 94 ВП, ε = 14 25 75 Рентгеноструктурный анализ не позволил выявить размеры структурных элементов по оценкам областей когерентного рассеяния, так как это возможно Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 33 только, когда размеры структурных элементов меньше, чем 100�150 nm. Но были определены микродеформации, характеризующие плотность дефектов, особенно дислокаций. Значения микродеформаций максимальны после АПС и минимальны после МД (табл. 3), что соответствует результатам ЭМ-анализа: минимальная плотность свободных дислокаций была обнаружена после МД, максимальная � после АПС (см. рис. 4). Возможно, этим и определяется пла- стичность после изученных способов ИПД: минимальное удлинение � после АПС, а максимальное � после МД (см. рис. 1,б). Таблица 3 Параметры решетки и тонкого кристаллического строения меди после различных способов ИПД ТекстураСпособ ИПД ε Параметры решет- ки, Å (±0.001) Микродеформация ε, % (±0.02) 001 011 111 АПС 8 3.614 0.21 + + � 20 3.614 0.11 + � �МД 40 3.614 0.10 � � + 18 3.615 0.14 � � �РКУП 29 3.614 0.13 � � � 8 3.614 0.12 � � �ВП 14 3.614 0.11 � � � а б в г Рис. 8. Зависимость микротвердости бескислородной меди после различных спосо- бов ИПД с различными степенями деформации от температуры нагрева: а − МД; б − РКУП (маршрут Bc); в − ВП; г − АПС Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 34 Структура, сформированная в ходе ИПД при комнатной температуре, оп- ределяет поведение меди при после- дующем нагреве. На рис. 8 показаны зависимости микротвердости меди от температуры нагрева для различных степеней деформации при различных способах ИПД. Видно, что макси- мальная термическая устойчивость соответствует минимальной степени деформации для каждого метода ИПД. Это означает, что несовершенная структура, соответствующая мини- мальной степени деформации, совер- шенствуется и становится зеренной в ходе нагрева, в то время как в осталь- ных случаях имеет место рост зерен в преимущественно зеренной структуре, сформированной в ходе деформации. Если сравнивать структурные состояния, полученные при максимальных степенях деформации при различных ИПД, то максимальная термическая стабильность соответствует ВП, а минимальная � АПС (рис. 9). 4. Выводы 1. Структура и свойства бескислородной меди после исследованных спо- собов ИПД (РКУП, МД, ВП, АПС) в изученных условиях достаточно близ- ки. ИПД формирует субмикрокристаллическую структуру с размером зерна 200−250 nm и преимущественно высокоугловыми (75−94%) границами. 2. Наилучшее сочетание прочностных и пластических характеристик в меди (σВ = 460 MPa, δ ≅ 18%) было достигнуто после МД. 3. После РКУП формируется наиболее однородная субмикрокристалли- ческая структура. 4. Термическая стабильность упрочнения при нагреве субмикрокристал- лической меди, полученной различными способами ИПД, возрастает в ряду: АПС−РКУП−МД−ВП. Работа была частично (исследование АПС) поддержана грантом РФФИ 06-08-00494. 1. Investigations and Applications of Severe Plastic Deformation, T.C. Lowe, R.Z. Va- liev (Eds), Kluwer Academic Publishing, Dordrecht, The Netherlands (2000). 2. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин- тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). Рис. 9. Зависимость микротвердости бескислородной меди от температуры нагрева после различных способов ИПД с максимальной степенью деформации: −∆− − ВП, N = 15 (ε ≈ 14); −•− − АПС, N = = 10 (ε ≈ 8); −◊− − МД, N = 20 (ε ≈ 50); −■− − РКУП, N = 25 (ε ≈ 29) Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 35 3. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов, Д.А. Павлик, В.Ф. Малышев, Процессы пластического структурообразования металлов, Наука и техника, Минск (1994). 4. Г.А. Салищев, О.Р. Валиахметов, P.M. Галеев, С.П. Малышева, Металлы № 4, 86 (1996). 5. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, С.Г. Сынков, А.Н. Сапронов, В.Г. Сынков, ФТВД 9, № 3, 109 (1999). 6. Y. Saito, H. Utsunomiya, N. Tsuji, T. Sakai, Acta Mater. 47, 579 (1999). 7. M. Furukawa, Y. Iwahashi, Z. Horita, M. Nemoto, T. G. Langdon, Mater. Sci. Eng. A257, 328 (1998). 8. S.V. Dobatkin, J.A. Szpunar, A.P. Zhilyaev, A.A. Kuznetsov, in: Ultrafine Grained Materials IV, Y.T. Zhu, T.G. Langdon, Z. Horita, M.J. Zehetbauer, S.L. Semiatin, T.C. Low (Eds), TMS (The Minerals, Metals and Materials Society) (2006). 9. R.Z. Valiev, I.V. Alexandrov, Y.T. Zhu, T.C. Lowe, JMR 17, 5 (2002). 10. A. Vinogradov, T. Suzuki, S. Hashimoto, K. Kitagawa, A. Kuznetsov, S. Dobatkin, Mater. Sci. Forum 503−−−−504, 971 (2006). 11. R.Z. Valiev, Nature Materials 3, 511 (2004). 12. Y. Wang, M. Chen, F. Zhou, E. Ma, Nature 419, 912 (2002). S.V. Dobatkin, G.A. Salischev, A.A. Kuznetsov, A.V. Reshetov, A.S. Synkov, T.N. Kon�kova COMPARATIVE ANALYSIS OF STRUCTURE AND PROPERTIES OF OXYGEN-FREE COPPER PAST DIFFERENT SEVERE PLASTIC DEFORMATION SCHEMES The structure and properties of oxygen-free copper (99.98%) were studied after differ- ent schemes of severe plastic deformation (SPD): equal-channel angular pressing (ECAP), multiaxial deformation (MD), twist extrusion (TE), and accumulative roll bonding (ARB) as a function of the strain at room temperature (to a true strain of 30−50). The SPD causes the formation of submicrocrystalline structure with a grain size of 200−250 nm and predominantly high angle boundaries (75−94%). ECAP leads to the formation of the most uniform structure. The strength characteristics increase with increasing the strain and reach the steady stage at ε ≈ 5. At the steady stage, σВ = = 460−480 MPa at ARB, MD, and TE, while at ECAP σВ = 430−440 MPa. The small- est «steady» values of δ = 4−5% were obtained in the case of ARB, and the maximum δ = 18% was obtained at MD and ECAP. Fig. 1. Mechanical properties σ0.2 (а), δ (б), ψ (в) of oxygen-free copper after ECAP by the routes A (−•−), Bc (−■−) and C (−▲−) as function of strain (number of passes N) Fig. 2. Mechanical properties σВ (а), δ (б) of oxygen-free copper after different schemes of SPD as function of true strain: −•− − ARB, −◊− − MD, −∆− − TE, −■− − ECAP (route Bc) Fig. 3. Structure of oxygen-free copper after ECAP at 20°C by the route Bc as function of strain (number of passes N) (TEM analysis): а − N = 1, б − 3, в − 10, г − 25 Fig. 4. Structure of oxygen-free copper after different schemes of SPD (TEM analysis): MD (а − ε = 5, б − 50); ARB (в − ε =1.6, г − 8) and TE (д − ε = 8.4, е − 14) Физика и техника высоких давлений 2006, том 16, № 4 36 Fig. 5. Sizes of structural elements of oxygen-free copper after SPD as a function of the true strain at room temperature after different schemes of SPD: □ − MD, ▲ − TE, ♦ − ECAP, ■ − ARB Fig. 6. Structure of oxygen-free copper after different schemes of SPD (EBSD-analysis): а − MD, ε = 50; б − ARB, ε = 8; в − TE, ε = 14; г − ECAP, ε = 29 Fig. 7. Misorientation angle distribution of structural elements of oxygen-free copper af- ter different schemes of SPD (EBSD-analysis): а − MD, ε = 50; б − ARB, ε = 8; в − TE, ε = 14; г − ECAP, ε = 29 Fig. 8. The dependence of microhardness of oxygen-free copper on heating temperature after different schemes of SPD with different strain: а − MD; б − ECAP (route Bc); в − TE; г − ARB Fig. 9. The dependence of microhardness of oxygen-free copper on heating temperature after different schemes of SPD with maximal strain: : −∆− − TE, N = 15 (ε ≈ 14); −•− − ARB, N = 10 (ε ≈ 8); −◊− − MD, N = 20 (ε ≈ 50); −■− − ECAP, N = 25 (ε ≈ 29)з

Сравнительный анализ структуры и свойств бескислородной меди после различных способов интенсивной пластической деформации

Репозитарії

Схожі ресурси