Савёлова Методы решения некорректных задач 2012

9.3. Применение ФРО при исследовании пластической деформации сплава магния при РКУП

К сплаву магния МА2-1 были применены различные вариан-

ты равноканального углового прессования (РКУП). РКУП-процесс сопровождался отжигом для укрупнения зерен. Текстура сплава до и после РКУП определялась из рентгеновских ПФ методом компо-

нент, где в качестве компонент использовались ЦНР. Применение РКУП привело к появлению субмикроскопической структуры со средним размером зерна 2,0–2,4 мкм. РКУП коренным образом из-

менило начальную аксиальную текстуру, характеризуемую острой базисной компонентой, путем раздробления ее на несколько мень-

ших компонент. Степень рассеяния ориентации зависит от режима и пути РКУП. Этот параграф посвящен изучению эффекта различ-

ных режимов РКУП и отжига на текстуру, микроструктуру и меха-

нические свойства сплава МА2-1.

Эксперимент

За основу был принят брусок сплава магния МА2-1, содержа-

щего в процентах: 4,5 Al, 1,3 Zn, 0,5 Mn, 0,025 Cu, 0,002 Ni, 0,05 Si, 0,001 Be, 0,02 Fe. Образец сплава размером 20×20×150 мм под-

вергся процедуре РКУП с углом 90°между каналами (рис. 9.3) по пути А (4А) (рис. 9.4,а) и по пути Вс (4Вс) (рис. 9.4,в). Прессование призводилось четыре раза при температуре 260, 240, 240 и 220 °С

соответственно в 1-й, 2-й, 3-й и 4-й раз.

211

Рис. 9.3. Схема РКУП-прессования

Рис. 9.4. Пути прессования

Образцы после РКУП были подвергнуты отжигу при темпера-

туре 345 °С с последующим охлаждением на воздухе в течение ча-

са. Далее образцы были отрезаны параллельно плоскости Y (рис. 9.3) и исследовались на предмет текстуры, микроструктуры и

механических свойств.

212

Полюсные фигуры измерялись на отражение с помощью рент-

геновского дифрактометра DRON-7 с излучением Cukα. Измерено шесть неполных полюсных фигур: {00.4}, {20.0}, {10.1}, {10.2}, {10.3} и {11.0} на сетке с шагом 5° по α и β, причем α ~ (0…70°) и β ~ (0…360°).

Анализ текстуры осуществлялся с помощью ФРО, которая вы-

числялась робастным методом компонент. В качестве компонент использовались ЦНР. Для оценки параметров модели применен метод нелинейной оптимизации, позволяющий найти параметры модельной ФРО, используя неполные ПФ. При этом нет необхо-

димости в предварительной нормировке ПФ. По найденным пара-

метрам модели вычисляются ФРО и все другие ПФ.

Микроструктура получена с помощью оптического микроско-

па Neophot и трансмиссионного электронного микроскопа IEM1000.

Механические критические напряжения материала были опре-

делены при комнатной температуре на машине Instron 1196 для об-

разцов размера 100×20×1 мм.

Результаты и обсуждения

Микроструктура. Средний размер зерна для сплава МА2-1 для различных режимов дан в табл. 9.3.

213

Таблица 9.3. Средний размер зерна

Рис. 9.5. ФРО для различных путей РКУП

Аппроксимирующие текстуру компоненты (в углах Эйлера), их веса для разных режимов сплава представлены в табл. 9.4.

Механические свойства на растяжение (предел текучести и рав-

номерное удлинение) для различных режимов сплава МА2-1 пред-

ставлены на рис. 9.6.

214

Таблица 9.4. Компоненты, аппроксимирующие текстуру

Обобщенные факторы Шмидта. Значительное увеличение рав-

номерного удлинения и предела текучести (критического разре-

шенного напряжения сдвига) сопровождается значительными из-

менениями в текстуре сплава при близких значениях размера зерна.

Изменение текстуры как результат РКУП + отжиг ведет к измене-

нию активности действующих систем деформации материала как следствие деформации растяжения.

215

Рис. 9.6. Механические свойства на растяжение для различных режимов

сплава МА2-1

Из данных анализа текстуры следует отметить, что базовое и приз-

матическое скольжение становятся более активными при измене-

нии пути прессования от начального состояния к 4А и 4Вс. Можно получить величины фактора Шмидта для базисного и призматиче-

ского скольжения для различных ориентаций рассматриваемых режимов. Средний фактор Шмидта m для состояния текстуры сплава может быть оценен по формуле

ненты текстуры, р – число текстурных компонент. Факторы Шмид-

та для базисной и призматической систем скольжения для различ-

ных режимов представлены в табл. 9.4.

Соотношение Холла – Петча. Известно, что при низких темпе-

ратурах растяжение зерен границ металлов и зависимость предела

216

текучести от среднего размера зерна выражается через соотноше-

ние Холла – Петча. Для сплавов Mg это соотношение имеет вид

где – предел текучести; М – ориентационный фактор для базис-

ного скольжения ( M 1 mbas ), k – константа материала, характе-

ризующая способность границ зерен проходить деформацию; bas

– есть величина, характеризующая значение монокристалла для базисного скольжения. k может быть определено из этого соотно-

шения на основе экспериментальных и вычисленных значений ,, М и bas . Параметры соотношения Холла–Петча, полученные для разных режимов сплава, представлены в табл. 9.5.

Таблица 9.5. Параметры соотношения Холла – Петча

Соотношения корреляции. Зависимость равномерного удлине-

ния, константы k и обобщенных факторов Шмидта для базисного и призматического скольжений для различных режимов сплава представлена на рис. 9.7.

217

Рис. 9.7. Зависимость равномерного удлинения, константы k и обобщен-

ных факторов Шмидта для базисного и призматического скольжений

Представленные результаты показывают, что после РКУП путей

иотжига:

1)появляющаяся текстура активизирует базисное и призматиче-

ское скольжения; 2) типы границ зерен способствуют течению деформации. Это

особенно видно в случае 3 (4Вс РКУП+отжиг). Представленные результаты приводят к усилению пластичности. Однако в случае 2 (4А РКУП+отжиг) простая взаимосвязь отсутствует.

Выводы

1. Различные пути РКУП сплава приводят к образованию суб-

микроскопической структуры зерна со средним размером 2,0–2,4

мкм. РКУП также радикально меняет первоначальную аксиальную

218

текстуру, характеризуемой острой базисной текстурой, путем раз-

дробления на несколько отдельных компонент. Вес компонент за-

висит от пути и режима РКУП.

2. Отжиг сплава после РКУП приводит к росту зерен до началь-

ного состояния прессования и отжига сплава. Текстура РКУП по-

сле отжига меняется несильно.

3. Механические свойства растяжения сплава после отжига в основном зависят от пути прессования при той же суммарной де-

формации и температуре прохождения деформации. Предел теку-

чести уменьшается после всех путей РКУП для отожженного спла-

ва. Наоборот, равномерное растяжение уменьшается после пути 4А

и увеличивается после пути 4Вс РКУП по сравнению с аналогич-

ными свойствами сплава после прессования и отжига. Отжиг спла-

ва после РКУП дополнительно дает увеличение пластичности и уменьшает предел текучести.

4. Исследование влияния текстуры и микроструктуры на меха-

нические свойства сплава через соотношение Холла–Петча и обобщенных факторов Шмидта показывает два основных фактора увеличения пластичности и уменьшения предела текучести: акти-

вация базисного и призматического скольжения и формирование типов зеренных границ, обеспечивающих облегчение деформации.

Однако этот эффект в полной степени показан только в случае 4Вс РКУП+отжиг.

219

Контрольные вопросы

1.Применение ФРО для вычисления средних значений свойств поликристалла.

2.Использование ФРО для вычисления средних упругих свойств поликристалла.

3.Применение ФРО для исследования пластической деформации.

220