Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию

Методом равноканального углового прессования (РКУП) получены ультрамелкозернистые (УМЗ) образцы магниевых сплавов АМ60 и AZ91D. Методами просвечивающей электронной микроскопии, оптической металлографии и энергодисперсионного анализа изучены структурные особенности УМЗ-образцов. Особое внимание уделе...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Исламгалиев, Р.К., Кулясова, О.Б., Курманаева, Л.Р.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2007
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70299
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:	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию / Р.К. Исламгалиев, О.Б. Кулясова, Л.Р. Курманаева // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 110-116. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70299
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-702992014-11-03T03:01:48Z Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию Исламгалиев, Р.К. Кулясова, О.Б. Курманаева, Л.Р. Методом равноканального углового прессования (РКУП) получены ультрамелкозернистые (УМЗ) образцы магниевых сплавов АМ60 и AZ91D. Методами просвечивающей электронной микроскопии, оптической металлографии и энергодисперсионного анализа изучены структурные особенности УМЗ-образцов. Особое внимание уделено сравнительным исследованиям механических свойств, в частности, пределов прочности и выносливости. The method of equal-channel angular pressing (ECAP) has been used to prepare ultrafine-grained (UFG) samples of magnesium alloys AM60 and AZ91D. Features of the UFG samples structure have been studied by methods of transmission electron microscopy, optical metallography and energy-dispersion analysis. Special attention is paid to comparative investigations of mechanical properties including ultimate strength, plastic limit and fatigue range. 2007 Article Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию / Р.К. Исламгалиев, О.Б. Кулясова, Л.Р. Курманаева // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 110-116. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70299 ru Физика и техника высоких давлений 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	Методом равноканального углового прессования (РКУП) получены ультрамелкозернистые (УМЗ) образцы магниевых сплавов АМ60 и AZ91D. Методами просвечивающей электронной микроскопии, оптической металлографии и энергодисперсионного анализа изучены структурные особенности УМЗ-образцов. Особое внимание уделено сравнительным исследованиям механических свойств, в частности, пределов прочности и выносливости.
format	Article
author	Исламгалиев, Р.К. Кулясова, О.Б. Курманаева, Л.Р.
spellingShingle	Исламгалиев, Р.К. Кулясова, О.Б. Курманаева, Л.Р. Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию Физика и техника высоких давлений
author_facet	Исламгалиев, Р.К. Кулясова, О.Б. Курманаева, Л.Р.
author_sort	Исламгалиев, Р.К.
title	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
title_short	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
title_full	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
title_fullStr	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
title_full_unstemmed	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
title_sort	структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2007
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70299
citation_txt	Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию / Р.К. Исламгалиев, О.Б. Кулясова, Л.Р. Курманаева // Физика и техника высоких давлений. — 2007. — Т. 17, № 1. — С. 110-116. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT islamgalievrk strukturnyeosobennostiimehaničeskiesvojstvamagnievyhsplavovpodvergnutyhravnokanalʹnomuuglovomupressovaniû AT kulâsovaob strukturnyeosobennostiimehaničeskiesvojstvamagnievyhsplavovpodvergnutyhravnokanalʹnomuuglovomupressovaniû AT kurmanaevalr strukturnyeosobennostiimehaničeskiesvojstvamagnievyhsplavovpodvergnutyhravnokanalʹnomuuglovomupressovaniû
first_indexed	2025-07-05T19:35:16Z
last_indexed	2025-07-05T19:35:16Z
_version_	1836836838756581376
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 110 PACS: 81.40.−z Р.К. Исламгалиев, О.Б. Кулясова, Л.Р. Курманаева СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ РАВНОКАНАЛЬНОМУ УГЛОВОМУ ПРЕССОВАНИЮ Институт физики перспективных материалов, Уфимский государственный авиационный технический университет ул. К. Маркса, 12, г. Уфа, 450000, Россия E-mail: saturn@mail.rb.ru Методом равноканального углового прессования (РКУП) получены ультрамелко- зернистые (УМЗ) образцы магниевых сплавов АМ60 и AZ91D. Методами просвечи- вающей электронной микроскопии, оптической металлографии и энергодисперси- онного анализа изучены структурные особенности УМЗ-образцов. Особое внима- ние уделено сравнительным исследованиям механических свойств, в частности, пределов прочности и выносливости. Введение Известно, что легкие магниевые сплавы вследствие высокой удельной прочности являются перспективными для применения в качестве конструк- ционных материалов [1]. Вместе с тем большинство изделий из этих сплавов получают методами литья под давлением, поскольку они относятся к классу труднодеформируемых материалов. В то же время для изготовления изделий сложной формы все чаще прибегают к методам пластического формообра- зования при повышенных температурах на УМЗ-материалах. Одним из перспективных методов получения УМЗ-материалов является РКУП, которое ведет к значительному измельчению зеренной структуры до среднего размера зерен менее 1 µm и соответственно к повышению прочно- сти различных металлов и сплавов [1]. Значения пластичности УМЗ- металлов во многом определяются температурными режимами РКУП [2]. Эти значения обычно оказывают существенное влияние на характеристики усталости, важные для многих конструкционных применений УМЗ-материалов. Целью настоящей работы явилось изучение структуры и механических свойств УМЗ-магниевых сплавов АМ60 и AZ91D, полученных методами РКУП. В соответствии с поставленной целью проекта решались задачи по Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 111 оптимизации температуры РКУП в магниевых сплавах, изучению однород- ности структуры, определению среднего размера зерен и размера частиц вы- делений, а также исследованию пластичности, пределов прочности и вынос- ливости. Материалы и методики исследований В качестве исходных материалов были использованы литые магниевые сплавы АМ60 (Mg−6 wt.% Al−0.13 wt.% Mn) и АZ91D (Mg–8.7 wt.% Al–0.65 wt.% Zn−0.25 wt.% Mn), образцы которых предварительно гомогенизирова- ны при температуре 410°С в течение 6 h. Для формирования УМЗ-структуры использовали метод РКУП [1] с углом пересечения каналов, равным 120°С по маршруту Вс. Исходные образцы из сплава АМ60 диаметром 20 mm и длиной 100 mm подвергали 10 проходам. В соответствии с диаграммой фазового равновесия исследуемого сплава были выбраны три температуры РКУП: 350°C – сплав на- ходится в однофазной области; 210°C – сплав в двухфазной области; 150°C – сплав также в двухфазной области, но с большим объемом второй фазы. Исходные образцы из сплава АZ91D подвергали 2 проходам при 400°C, затем 2 проходам при 350°C и, наконец, 2 проходам при 300°C. Структуру образцов изучали в просвечивающих электронных микроско- пах Philips EM-430 и JEM-100B при ускоряющих напряжениях соответствен- но 300 и 100 kV. Для изготовления фольг из РКУП-образцов были вырезаны диски диаметром 2.3 mm и толщиной 0.15 mm, которые затем были электро- полированы на установке Tenupol-5 с использованием электролита: 1% пер- хлорной кислоты и 99% этанола. Химический состав вторых фаз в фольгах РКУП-образцов исследовали методом энергодисперсионного анализа. Механические свойства изучали на специализированной машине, разра- ботанной для испытаний на растяжение наноструктурных образцов малых размеров [3] и оснащенной компьютерной программой для контроля пара- метров. Испытания проводили при постоянной скорости перемещения тра- версы. При этом рабочая часть образцов имела размеры 0.5 × 1.0 × 4.0 mm. Усталостные испытания проводили на стандартных плоских образцах толщиной 1 mm при частоте 20 Hz, применяя асимметричный цикл напря- жений при постоянной амплитуде. Результаты и обсуждение При изучении структуры сплава АМ60 после РКУП при температуре 350°C было обнаружено, что эта обработка ведет к неоднородному состоя- нию. В частности, в структуре наблюдали равноосные зерна с размером 5−10 µm на ~ 60−70% просмотренной площади фольги. Остальную площадь занимали вытянутые зерна с размером 0.3−1.5 µm в ширину и 5−15 µm в длину (рис. 1,а), некоторые из них были двойниками. Внутри зерен наблю- дали мелкодисперсные частицы размером до 30 nm. Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 112 а б в г В образцах после РКУП при температуре 210°С обнаружена более одно- родная структура с равноосными зернами по всей поверхности образца (средний размер зерен 2 µm) (рис. 1,б). Наблюдали два типа вторых фаз: 1) мелкодисперсные частицы размером 30 nm (рис. 1,б), как и в предыдущей обработке (рис. 1,а); 2) частицы со средним размером 0.5 µm (рис. 1,в), не- равномерно распределенные как в те- ле зерен, так и по их границам. Энергодисперсионный анализ по- казал различие в химическом составе между частицами первого и второго типов частиц (рис. 2): частицы с большим размером содержат Mg и Al и по диаграмме равновесия Mg−Al соответствуют фазе γ-Mg17Al12 [4]; частицы с меньшим размером допол- нительно содержат Mn. Микроструктура образцов после РКУП при температуре 150°C была наиболее однородна со средним раз- мером зерна ~ 1 µm (рис. 1,г). В них Рис. 1. Типичные микроструктуры магниевого спла- ва АМ60 после РКУП при температуре, °C: а − 350; б, в − 210 (с размерами частиц соответственно 30 nm и 0.5 µm); г − 150 1 µm1 µm 200 nm 1 µm Рис. 2. Энергодисперсионный анализ частиц в РКУП-образцах АМ60: ---- − 0.5 µm, ––– − 30 nm Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 113 также наблюдали два типа частиц, однако в этих образцах объемная доля частиц второго типа была больше и частицы были распределены более од- нородно, чем в образцах, прессованных при температуре 210°С. Во всех образцах (после РКУП при различных температурах) наблюдали высокую плотность дислокаций. Для сравнения на рис. 3 представлена структура другого магниевого сплава AZ91D до и после РКУП. После гомогенизации структура сплава ха- рактеризовалась средним размером зерен свыше 100 µm и наличием круп- ных частиц выделений типа Mg17Al12. Применение РКУП при температуре 300°С вызвало в данном сплаве существенное измельчение зеренной струк- туры до среднего размера около 3 µm. а б Рис. 3. Микроструктура сплава AZ91D: а − после гомогенизации при T = 460°C в течение 6 h; б − после РКУП при температуре 300°C Таблица иллюстрирует механические свойства на растяжение исходного литого сплава, а также РКУП-образцов, полученных при трех различных температурах (150, 210 и 350°C). Очевидно, что, чем ниже температура РКУП, тем выше предел прочности. В частности, после РКУП при темпера- туре 150°C сплав AM60 не только демонстрирует наиболее высокие значе- ния предела прочности, достигающие 310 MPa, но также сохраняет повы- шенную пластичность, характерную для этого сплава в литом состоянии. Повышение прочности в РКУП-образцах хорошо коррелирует с измельче- нием зеренной структуры, в частности, чем меньше средний размер зерен, тем выше наблюдаемый предел прочности. Сохранение повышенной пла- стичности может быть следствием двух причин, во-первых, уменьшения концентрации алюминия в матрице в результате выделения большого коли- чества частиц фазы Mg17Al12, а, во-вторых, развития зернограничного про- скальзывания при комнатной температуре [5]. В пользу первого предполо- жения свидетельствует меньшая пластичность в образцах, подвергнутых РКУП при температуре 350°C, в которых наблюдалась наименьшая объем- ная доля выделений, тогда как второе предположение требует дополнитель- ного экспериментального подтверждения. 50 µm 10 µm Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 114 Таблица Механические свойства магниевых сплавов АМ60 и AZ91D Сплав Средний размер зерен, µm Предел теку- чести, MPa Предел проч- ности, MPa Относительное удлинение, % AM60 литой > 100 30 115 16 РКУП, 350°C 18 105 225 13 210°C 2 130 250 15 150°C 1 235 310 15 AZ91D гомогенизированный > 100 110 170 3 РКУП, 300°C 3 130 240 6 Следует отметить, что в сплаве AZ91D, подвергнутом РКУП, наблюдали повышение не только предела прочности от 170 до 240 MPa, но и повыше- ние пластичности от 3 до 6% (таблица), что должно благоприятно сказаться на повышении усталостных свойств УМЗ-образцов. На рис. 4,а представлены результаты усталостных испытаний магниевого сплава АМ60, подвергнутого РКУП при различных температурах. Установ- лено, что на базе 5·106 циклов предел выносливости образцов, прессованных при температуре 350°C, составил примерно 90 MPa. Со снижением темпера- туры РКУП до 210 и 150°C наблюдали увеличение предела выносливости соответственно до 110 и 120 MPa. Для сравнения в крупнозернистом состоянии в сплаве АМ60 наблюдается предел выносливости, равный примерно 45 MPa [6]. В другом магниевом сплаве AZ91D измельчение зеренной структуры методом РКУП с размера > 100 µm до ~ 3 µm также привело к существенно- му росту предела выносливости от 50 до 140 MPa (рис. 4,б). То есть по ре- зультатам исследований усталостных свойств можно сделать вывод, что в УМЗ-состоянии магниевые сплавы АМ60 и AZ91D демонстрируют повы- шенные более чем в 2 раза пределы выносливости по сравнению с обычным 104 105 106 107 108 109 50 100 150 200 250 Coarse-grained [6] ECAP for 350°C for 210°C for 150°C M ax im um st re ss , M Pa Cycles to fracture, N 104 105 106 107 108 1090 50 100 150 200 250 Cycles to fracture, N M ax im um st re ss , M Pa AZ91D after ECAP after homogenization after homogenization [6] а б Рис. 4. Графики зависимости максимального напряжения от количества циклов: а − AM60, б − AZ91D Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 115 крупнозернистым состоянием. При этом в случае сплава АМ60 снижение температуры РКУП с 350 до 150°C сопровождается дальнейшим измельче- нием зеренной структуры с 5−10 µm до ~ 1 µm, что способствует повыше- нию предела выносливости с 90 до 120 MPa. Выводы Применение РКУП привело к уменьшению среднего размера зерна до 1 и 3 µm в магниевых сплавах соответственно АМ60 и AZ91D. При этом сред- ний размер зерен и однородность зеренной структуры существенно зависели от температуры РКУП. УМЗ-образцы магниевого сплава АМ60, подвергнутые РКУП при темпе- ратуре 150°C, продемонстрировали примерно в 2.5 раза более высокие зна- чения предела прочности по сравнению с исходным крупнозернистым мате- риалом при сохранении исходной пластичности 15%. Измельчение зеренной структуры методом РКУП в сплаве AZ91D привело не только к существен- ному росту предела прочности от 170 до 240 MPa, но и к увеличению пла- стичности с 3 до 6%. Применение РКУП способствовало также значительному (более чем в 2 раза) повышению предела выносливости ультрамелкозернистых магниевых сплавов АМ60 и AZ91D соответственно до 120 и 140 MPa. 1. R.Z. Valiev, T.G. Langdon, Prog. Mater. Sci. 51, 881 (2006). 2. Н.Ф. Юнусова, Р.К. Исламгалиев, Р.З. Валиев, Металлы № 2, 21 (2004). 3. О.Б. Кулясова, Р.К. Исламгалиев, Р.З. Валиев, ФММ 100, № 3, 83 (2005). 4. B. Massalski, Binary Alloy Phase Diagrams, ASM International, Materials Park, Ohio (1990). 5. R.Z. Valiev, Nature Materials 3, 511 (2004). 6. H. Mayer, M. Papakyriacou, B. Zettl, S.E. Stanzl-Tschegg, Int. J. Fatigue 25, 245 (2003). R.K. Islamgaliev, O.B. Kulyasova, L.R. Kurmanayeva FEATURES OF STRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF MAGNESIUM ALLOYS SUBJECTED TO THE EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING The method of equal-channel angular pressing (ECAP) has been used to prepare ultra- fine-grained (UFG) samples of magnesium alloys AM60 and AZ91D. Features of the UFG samples structure have been studied by methods of transmission electron micros- copy, optical metallography and energy-dispersion analysis. Special attention is paid to comparative investigations of mechanical properties including ultimate strength, plastic limit and fatigue range. Физика и техника высоких давлений 2007, том 17, № 1 116 Fig. 1. Typical microstructures of magnesium alloy AM60 after ECAP at temperatures, °C: а − 350; б, в − 210 (with the particle size of 30 nm and 0.5µm, respectively); г − 150 Fig. 2. Energy-dispersion analysis of particles for ECAP-samples of AM60: ---- − 0.5 µm, ––– − 30 nm Fig. 3. Microstructure of alloy AZ91D: а − after homogenization at T = 460°C for 6 h; б − after ECAP at a temperature of 300°C Fig. 4. Maximum stress as a function of the number of cycles: а − AM60, б − AZ91D

Структурные особенности и механические свойства магниевых сплавов, подвергнутых равноканальному угловому прессованию

Репозитарії

Схожі ресурси