1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 6, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 6, стр. 540-549

Микроструктура и механические свойства сплава системы Al–Mg–Fe–Ni–Zr–Sc после всесторонней изотермической ковки

А. А. Кищик a, С. А. Аксенов b, М. С. Кищик a, Д. О. Демин b, А. Ю. Чурюмов a, А. В. Михайловская a, *

a Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”
119049 Москва, Ленинский просп., 4, Россия

b Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, МИЭМ
123458 Москва, ул. Таллинская, 34, Россия

* E-mail: mihaylovskaya@misis.ru

Поступила в редакцию 03.03.2023
После доработки 12.04.2023
Принята к публикации 29.04.2023

Аннотация

Исследовано влияние всесторонней изотермической ковки (ВИК) на зеренную структуру и параметры частиц вторых фаз кристаллизационного происхождения и дисперсоидов в сплаве Al–4.9Mg–0.9Ni–0.9Fe–0.2Zr–0.1Sc. Методом конечно-элементного моделирования проведен анализ распределения деформаций по объему образца при ковке в закрытом штампе. Предложен метод учета влияния трения и изменения скорости деформации при построении кривых “напряжение–деформация” по результатам ВИК. Увеличение количества циклов ВИК при температуре 350°С привело к уменьшению среднего размера частиц фаз кристаллизационного происхождения в 2 раза и формированию структуры со средним размером зерен 1.3 ± 0.2 мкм, не изменив параметры дисперсоидов. ВИК обеспечивает повышение предела текучести сплава на 60%, предела прочности на 20%.

Ключевые слова: алюминиевый сплав, всесторонняя изотермическая ковка, зеренная структура, механические свойства, конечно-элементный анализ

Список литературы

  1. Kim H.W., Kang S.B., Tsuji N., Minamino Y. Elongation increase in ultra-fine grained Al–Fe–Si alloy sheets // Acta Mater. 2005. V. 53. P. 1737–1749.

  2. Fritsch S., Wagner M.F. On the Effect of Natural Aging Prior to Low Temperature ECAP of a High-Strength Aluminum Alloy // Metals. 2018. V. 8. P. 63–73.

  3. Nikulin I., Kipelova A., Malopheyev S., Kaibyshev R. Effect of second phase particles on grain refinement during equal-channel angular pressing of an Al–Mg–Mn alloy // Acta Mater. 2012. V. 60. P. 487–479.

  4. Valiev R.Z., Langdon T.G. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement // Prog. Mater. Sci. 2006. V. 51. P. 881–981.

  5. Крымский С.В., Автократова Е.В., Ситдиков О.Ш., Михайловская А.В., Маркушев М.В. Структура алюминиевого сплава Al–Cu–Mg, криопрокатанного с различной степенью // ФММ. 2015. Т. 116. № 7. С. 714–722.

  6. Bhatta L., Pesin A., Zhilyaev A.P., Tandon P., Kong C., Yu H. Recent Development of Superplasticity in Aluminum Alloys: A Review // Metals. 2020. V. 10. P. 77–103.

  7. Kumar N. Severe Plastic Deformation of Al–Mg–Si Alloys Processed Through Rolling Techniques: A Review // Metallogr. Microstruct. Anal. 2022. V. 11. P. 353–404.

  8. Kumar N., Owolabi G.M., Jayaganthan R. Al 6082 alloy strengthening through low strain multi-axial forging // Mater. Charact. 2019. V. 155. P. 109761.

  9. Noda M., Hirohashi M., Funami K. Low temperature superplasticity and its deformation mechanism in grain refinement of Al–Mg alloy by multi-axial alternative forging // J. Japan Inst. Met. 2003. V. 67. P. 98–105.

  10. Mironov S.Y., Salishchev G.A., Myshlyaev M.M., Pippan R. Evolution of misorientation distribution during warm ‘abc’ forging of commercial-purity titanium // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 418. P. 257–267.

  11. Zhang Z., Wang T., Lin P. Effect of forging steps on microstructure evolution and mechanical properties of Ti–6Al–4V alloy during multidirectional isothermal forging // Procedia Manuf. 2020. V. 50. P. 817–821.

  12. Nguyen M.T., Le V.T., Le M.H., Nguyen T.A. Superplastic properties in a Ti5Al3Mo1.5V titan alloy processed by multidirectional forging process // Mater. Lett. 2022. V. 307. P. 131004.

  13. Ситдиков О.Ш., Автократова Е.В., Атанов Б.И., Маркушев М.B. Влияние всесторонней изотермической ковки на формирование ультрамелкозернистойструктуры в сплаве 1570С // Неорганич. материалы. 2022. V. 58. P. 569–580.

  14. Imayev V.M., Gaisin R.A., Gaisina E.R., Imayev R.M. Microstructure, processing and mechanical properties of a titanium alloy Ti–20Zr–6.5Al–3.3Mo–0.3Si–0.1B // Mater. Sci. Eng. A. 2017. V. 696. P. 137–145.

  15. Sun J., Wang X., Li J., Shu D., Wang S., Peng P., Mao Q., Liu T., Lu X., Li Y., Zhu D., Wang G., Qin W. Enhanced mechanical properties of ultrafine-lamella 304L stainless steel processed by multidirectional hot forging // Vacuum. 2021. V. 187. P. 110116.

  16. Soleymani V., Eghbali B. Grain Refinement in a Low Carbon Steel Through Multidirectional Forging // J. Iron Steel Res. Int. 2012. V. 19. P. 74–78.

  17. Ramesh S., Anne G., Bhat N., Aithal G., Shivananda Nayaka H., Arya S. Surface modification of multi-directional forged biodegradable Mg–Zn alloy by ball burnishing process: Modeling and analysis using deep neural network // J. Manuf. Process. 2021. V. 68. P. 423–434.

  18. Cui J., Yang H., Zhou Y., Tan J., Chen X., Song J., Huang G., Zheng K., Jin Y., Jiang B., Pan F. Optimizing the microstructures and enhancing the mechanical properties of AZ81 alloy by adding TC4 particles // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 863. P. 144518.

  19. Yurchenko N.Y., Stepanov N.D., Salishchev G.A., Serebryany V.N., Martynenko N.S., Lukyanova E.A., Rokhlin L.L., Birbilis N., Dobatkin S.V., Estrin Y.Z. Effect of multiaxial deformation on structure, mechanical properties, and corrosion resistance of a Mg–Ca alloy // J. Magnes. Alloy. 2022. V. 10. P. 266–280.

  20. Юрченко Н.Ю., Степанов Н.Д., Салищев Г.А., Мартыненко Н.С., Лукьянова Е.А., Рохлин Л.Л., Добаткин С.В. Изучение закономерностей структурообразования при сжатии для выбора режимов мультиосевой деформации сплава системы Mg–Ca // Металлы. 2018. Т. 6. С. 38–53.

  21. Zhang S., Wu L., Gu T., Shi Y., Tian X., Li H., Hou H., Zhao Y. Effect of microstructure on the mechanical properties of ultrafine-grained Cu–Al–Ni alloys processed by deformation and annealing // J. Alloys Compd. 2022. V. 923. P. 166413.

  22. Shahriyari F., Shaeri M.H., Dashti A., Zarei Z., Noghani M.T., Cho J.H., Djavanroodi F. Evolution of mechanical properties, microstructure and texture and of various brass alloys processed by multi-directional forging // Mater. Sci. Eng. A. 2022. V. 831. P. 142149.

  23. Zhang R., Li Z., Sheng X., Gao Y., Lei Q. Grain refinement and mechanical properties improvements in a high strength Cu–Ni–Si alloy during multidirectional forging // Fusion Eng. Des. 2020. V. 159. P. 111766.

  24. Ситдиков О.Ш. Влияние всесторонней ковки на формирование мелкозернистой микроструктуры в высокопрочном алюминиевом сплаве // Письма о матер. 2013. Т. 3. С. 215–220.

  25. Cherukuri B., Nedkova T.S., Srinivasan R. A comparison of the properties of SPD-processed AA-6061 by equal-channel angular pressing, multi-axial compressions/forgings and accumulative roll bonding // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 410–411. P. 394–397.

  26. Wang D., Zhang W., Huang S., Yi Y., He H. Effect of three-dimensional deformation at different temperatures on microstructure, strength, fracture toughness and corrosion resistance of 7A85 aluminum alloy // J. Alloys Compd. 2022. V. 928. P. 167200.

  27. Das B., Dixit U.S., Panda B.N. Effects of Multi-axis Forging on Mechanical and Microstructural Properties of AA6061-T6 Aluminum Alloy / Advances in Forming, Machining and Automation. Select Proceedings of AIMTDR 2021. Springer, 2022. P. 47–59.

  28. Sitdikov O., Goloborodko A., Sakai T., Miura H., Kaibyshev R. Grain Refinement in As-Cast 7475 Al Alloy under Hot Multiaxial Deformation // Mater. Sci. Forum. 2003.V. 426–432. P. 381–386.

  29. Kumar N., Jayaganthan R., Owolabi G.M. Grain refinement mechanism in 6082 Al alloy fabricated by cryo-multiaxial forging // Mater. Sci. Eng. A. 2022. V. 833. P. 142 518.

  30. Sarath Chandra Reddy G., Manjunath L.H., Manjunath G.K. Development of Al 6061 MWCNT MMC processed by Multi-Directional Forging // Mater. Today Proc. 2022. V. 54. P. 196–198.

  31. Chen Q., Geng H., Zhang H., Li X., Chen G. Microstructure and mechanical properties of in situ TiB2–TiAl3/2024Al composite subjected to multidirectional forging // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 21. P. 2827–2840.

  32. Panov D.O., Sokolovsky V.S., Stepanov N.D., Zherebtsov S.V., Panin P.V., Volokitina E.I., Nochovnaya N.A., Salishchev G.A. Effect of interlamellar spacing on strength-ductility combination of β-solidified γ-TiAl based alloy with fully lamellar structure // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 862. P. 144458.

  33. Kuznetsov A.V., Shaisultanov D.G., Stepanov N., Salishchev G.A., Senkov O.N. Superplasticity of AlCoCrCuFeNi High Entropy Alloy // Mater. Sci. Forum. 2012. V. 735. P. 146–151.

  34. Sitdikov O., Garipova R., Avtokratova E., Mukhametdinova O., Markushev M. Effect of temperature of isothermal multidirectional forging on microstructure development in the Al-Mg alloy with nano-size aluminides of Sc and Zr // J. Alloys Compd. 2018. V. 746. P. 520–531.

  35. Sakai T., Miura H., Goloborodko A., Sitdikov O. Continuous dynamic recrystallization during the transient severe deformation of aluminum alloy 7475 // Acta Mater. 2009. V. 57. P. 153–162.

  36. Sitdikov O., Avtokratova E., Markushev M. Development of Ultrafine Grain Structure in an Al–Mg–Mn–Sc–Zr Alloy During High-Temperature Multidirectional Isothermal Forging // Met. Mater. Int. 2021. V. 27. P. 2743–2755.

  37. He H., Chen K., Yi Y., You W., Guo Y., Wang B., Tang J., Guo W., Huang S. Influence of Forging Temperature on the Microstructures and Mechanical Properties of a Multi-Directionally Forged Al–Cu–Li Alloy // Met. Mater. Int. 2022. V. 28. P. 433–447.

  38. Montazeri-pour M., Parsa M.H., Jafarian H.R., Taieban S. Microstructural and mechanical properties of AA1100 aluminum processed by multi-axial incremental forging and shearing // Mater. Sci. Eng. A. 2015. V. 639. P. 705–716.

  39. Kishchik M.S., Mikhaylovskaya A.V., Kotov A.D., Mosleh A.O., AbuShanab W.S., Portnoy V.K. Effect of multidirectional forging on the grain structure and mechanical properties of the Al–Mg–Mn alloy // Materials. 2018. V. 11. P. 2166.

  40. Ситдиков О.Ш., Автократова Е.В., Мухаметдинова О.Э., Гарипова Р.Н., Ильясов Р.Р., Маркушев М.В. Микроструктура, механические свойства и термическая стабильность ультрамелкозернистого Al–Mg–Sc–Zr сплава, полученного всесторонней изотермической ковкой // Materials Physics and Mechanics. 2017. Т. 33. С. 137–151.

  41. Кищик А.А., Михайловская А.В., Левченко В.С., Портной В.К. Формирование микроструктуры и сверхпластичность магналиев // ФММ. 2017. Т. 6. № 1. С. 101–108.

  42. Kishchik A.A., Mikhaylovskaya A.V., Kotov A.D., Rofman O.V., Portnoy V.K. Al–Mg–Fe–Ni based alloy for high strain rate superplastic forming // Mater. Sci. Eng. A. 2018. V. 718. P. 190–197.

  43. Mikhaylovskaya A.V., Kishchik M.S., Kotov A.D., Tabachkova N.Y. Grain refinement during isothermal multidirectional forging due to β-phase heterogenization in Al–Mg-based alloys // Mater. Lett. 2022. V. 321. P. 132412.

  44. Mochugovskiy A.G., Tabachkova N.Y., Ghayoumabadi M.E., Cheverikin V.V., Mikhaylovskaya A.V. Joint effect of quasicrystalline icosahedral and L12-strucutred phases precipitation on the grain structure and mechanical properties of aluminum-based alloys // J. Mater. Sci. Technol. 2021. V. 87. P. 196–206.

  45. Чурюмов А.Ю., Михайловская А.В., Котов А.Д., Базлов А.И., Портной В.К. Разработка математических моделей связи показателей сверхпластичности с параметрами структуры алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Si // ФММ. 2013. Т. 114. № 3. С. 297–304.

  46. Mikhaylovskaya A.V., Ryazantseva M.A., Portnoy V.K. Effect of eutectic particles on the grain size control and the superplasticity of aluminium alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2011. V. 528. P. 7306–7309.

  47. Alemdag Y., Karabiyik S., Mikhaylovskaya A. V., Kishchik M.S., Purcek G. Effect of multi-directional hot forging process on the microstructure and mechanical properties of Al–Si based alloy containing high amount of Zn and Cu // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V. 803. P. 140 709.

  48. Wang B., Yi Y., He H., Huang S. Effects of deformation temperature on second-phase particles and mechanical properties of multidirectionally-forged 2A14 aluminum alloy // J. Alloys Compd. 2021. V. 871. P. 159459.

  49. Кищик А.А., Михайловская А.В., Кищик М.С., Котов А.Д. Влияние всесторонней изотермической ковки на микроструктуру и механические свойства сплава системы Al–Mg–Mn–Cr // ФММ. 2020. Т. 121. № 5. С. 543–549.

  50. Forbord B., Hallem H., Ryum N., Marthinsen K. Precipitation and recrystallisation in Al–Mn–Zr with and without Sc // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 387–389. P. 936–939.

  51. Sitdikov O., Avtokratova E., Markushev M. Influence of strain rate on grain refinement in the Al–Mg–Sc–Zr alloy during high-temperature multidirectional isothermal forging // Mater. Charact. 2019. V. 157. P. 109885.

  52. Chuvil’deev V.N., Gryaznov M.Y., Shotin S.V., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Likhnitskii C.V., Murashov A.A., Bobrov A.A., Tabachkova N.Y., Pirozhnikova O.E. Investigation of superplasticity and dynamic grain growth in ultrafine-grained Al–0.5% Mg–Sc alloys // J. Alloys Compd. 2021. V. 877. P. 160099.

  53. Мочуговский А.Г., Барков Р.Ю., Михайловская А.В., Логинова И.С., Яковцева О.А., Поздняков А.В. Структура и свойства сплавов Al–4.5Mg–0.15Zr с добавкой Er, Y или Yb // ФММ. 2022. Т. 123. № 5. С. 499–506.

  54. Поздняков А.В., Барков Р.Ю., Левченко В.С. Влияние Yb на фазовый состав и механические свойства сплавов Al–Mg–Mn–Zr–Sc и Al–Mg–Cr–Zr–Sc с низкой концентрацией скандия // ФММ. 2020. Т. 121. № 1. С. 93–98.

  55. Buckingham R.C., Argyrakis C., Hardy M.C., Birosca S. The effect of strain distribution on microstructural developments during forging in a newly developed nickel base superalloy // Mater. Sci. Eng. A. 2016. V. 654. P. 317–328.

  56. Doherty R.D., Hughes D.A., Humphreys F.J., Jonas J.J., Juul Jensen D., Kassner M.E., King W.E., McNelley T.R., McQueen H.J., Rollett A.D. Current issues in recrystallization: A review // Mater. Sci. Eng. A. 1997. V. 238. P. 219–274.

  57. Manohar P.A., Ferry M., Chandra T. Five Decades of the Zener Equation // ISIJ Int. 1998. V. 38. C. 913–924.

  58. Buken H., Kozeschnik E. Modeling Static Recrystallization in Al–Mg Alloys // Metall. Mater. Trans. A. 2021. V. 52. P. 544–552.

  59. Mochugovskiy A.G., Mikhaylovskaya A.V. Comparison of precipitation kinetics and mechanical properties in Zr and Sc-bearing aluminum-based alloys // Mater. Lett. 2020. V. 275. P. 128096.

  60. Mikhaylovskaya A.V., Kishchik A.A., Kotov A.D., Rofman O.V., Tabachkova N.Y. Precipitation behavior and high strain rate superplasticity in a novel fine-grained aluminum based alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 760. P. 37–46.

  61. Sitdikov O., Avtokratova E., Latypova O., Markushev M. Structure, strength and superplasticity of ultrafine-grained 1570C aluminum alloy subjected to different thermomechanical processing routes based on severe plastic deformation // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2021. V. 31. P. 887–900.

  62. Sitdikov O.Sh., Avtokratova E.V., Ilyasov R.R., Markushev M.V. Structure and Mechanical Properties of the Aluminum Alloy 1570C after Multidirectional Forging with Decreasing Temperature and Subsequent Rolling // J. Phys. Conf. Ser. 2020. V. 1431. P. 012053.

  63. Avtokratova E., Sitdikov O., Markushev M., Linderov M., Merson D., Vinogradov A. The processing route towards outstanding performance of the severely deformed Al–Mg–Mn–Sc–Zr alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V. 806. P. 140818.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал