1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 8, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 8, стр. 771-782

Проявление сверхпластичности при пониженных температурах сплава 1565ч системы Al–Mg в ультрамелкозернистом и наноструктурном состояниях

Е. В. Бобрук a, *, И. А. Рамазанов a, В. В. Астанин a, Н. Г. Зарипов a, В. У. Казыханов a, А. М. Дриц b, М. Ю. Мурашкин a, c, Н. А. Еникеев a, c

a Уфимский университет науки и технологий
450008 Уфа, ул. К. Маркса, 12, Россия

b АО “СМЗ”
443051 Cамара, Россия

c Санкт-Петербургский государственный университет
198504 Санкт-Петербург, Университетская наб., 13, Россия

* E-mail: e-bobruk@yandex.ru

Поступила в редакцию 30.05.2023
После доработки 12.07.2023
Принята к публикации 14.07.2023

Аннотация

В сплаве 1565ч системы Al–Mg (Al–5.66Mg–0.81Mn–0.67Zn–0.09Zr–0.07Cr–0.04Ti–0.001Be–0.3(Fe + Si) (вес. %)), сформированы однородные наноструктурное и ультрамелкозернистое (НС и УМЗ) состояния со средним размером зерна 95 и 200 нм соответственно. В обоих состояниях границы зерен имеют преимущественно большеугловые разориентации. Показано, что сплав с НС- и УМЗ-структурой, сформированной при комнатной температуре кручением под высоким давлением и при 200°С равноканальным угловым прессованием по схеме Конформ, демонстрирует схожие признаки сверхпластического (СП) поведения при пониженных температурах 250–300°С в интервале скоростей деформации 5 × 10–4–10–2 с–1: значения удлинения составили 170–560%, величина коэффициента скоростной чувствительности (m) 0.3–0.73 при низких напряжениях течения. Установлен температурный интервал стабильности прочностных характеристик сплава 1565ч в НС- и УМЗ-состоянии как после термического, так и деформационно-термического воздействия. Показано, что материал в обоих исследованных структурных состояниях после деформации в условиях СП сохраняет высокий уровень прочности. Проанализирован деформационный рельеф, образовавшийся на рабочей части НС- и УМЗ-образцов сплава 1565ч, на стадии установившегося СП-течения.

Ключевые слова: Al–Mg-сплав, ультрамелкозернистая структура, наноструктура, сверхпластичность, механические свойства, интенсивная пластическая деформация

Список литературы

  1. Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk nanostructured materials: fundamentals and applications. Hoboken: Wiley/TMS, 2014. 440 p.

  2. Liddicoat P.V., Liao X.-Z., Zhao Y., Zhu Y., Murashkin M.Y., Lavernia E.J., Valiev R.Z., Ringer S.P. Nanostructural hierarchy increases the strength of aluminium alloys // Nature Communications. 2010. V. 1. № 6. P. 1–7.

  3. Valiev R.Z., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Kazykhanov V.U., Sauvage X. On the origin of the extremely high strength of ultrafine–grained Al alloys produced by severe plastic deformation // Scripta Materialia. 2010. V. 63. P. 949–952.

  4. Sauvage X., Ganeev A., Ivanisenko Y., Enikeev N., Murashkin M., Valiev R. Grain boundary segregation in UFG alloys processed by severe plastic deformation // Advanced Engineering Materials. 2012. V. 14. № 11. P. 968–974.

  5. Sauvage X., Enikeev N., Valiev R., Nasedkina Y., Murashkin M. Atomic-scale analysis of the segregation and precipitation mechanisms in a severely deformed Al–Mg alloy // Acta Materialia. 2014. V. 72. P. 125–136.

  6. Zhang Y., Jin S., Trimby P.W., Liao X., Murashkin M.Y., Valiev R.Z., Liu J., Cairney J.M., Ringer S.P., Sha G. Dynamic precipitation, segregation and strengthening of an Al–Zn–Mg–Cu alloy (AA7075) processed by high-pressure torsion // Acta Materialia. 2019. V. 162. P. 19–32.

  7. Жиляев А.П., Пшеничнюк А.И. Сверхпластичность и границы зерен в ультрамелкозернистых материалах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 320 с.

  8. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: эксперимент, теория, технологии / Ред. кол.: Мулюков Р.Р., Имаев Р.М., Назаров А.А., Имаев М.Ф., Имаев В.М. М.: Наука, 2014. 284 с.

  9. Dobatkin S.V., Bastarache E.N., Sakai G., Fujita T., Horita Z., Langdon T.G. Grain refinement and superplastic flow in an aluminum alloy processed by high-pressure torsion // Mater. Sci. Eng. A. 2005. V. 408. P. 141–146.

  10. Chinh N.Q., Murashkin M.Yu., Bobruk E.V., Lábár J.L., Gubicza J., Kovács Z., Ahmed A.Q., Maier-Kiener V., Valiev R.Z. Ultralow-temperature superplasticity and its novel mechanism in ultrafine-grained Al alloys // Mater. Research Letters. 2021. V. 9. № 11. P. 475–482.

  11. Kumar P., Kawasaki M., Langdon T.G. Review: Overcoming the paradox of strength and ductility in ultrafine–grained materials at low temperatures // J. Mater. Sci. 2016. V. 51. P. 7–18.

  12. Song Z., Niu R., Cui X., Bobruk E.V., Murashkin M.Yu., Enikeev N.A., Ji Gu f, Song M., Bhatia V., Ringer S.P., Valiev R.Z., Liao X. Mechanism of room-temperature superplasticity in ultrafine-grained Al–Zn alloys // Acta Mater. 2023. V. 246. P. 118671.

  13. Bobruk E.V., Murashkin M.Yu., Kazykhanov V.U., Valiev R.Z. Superplastic behaviour at lower temperatures of high-strength ultrafine-grained Al alloy 7475 // Advan. Eng. Mater. 2019. V. 21. № 1. P. 1800094.

  14. Bobruk E.V., Murashkin M.Y., Ramazanov I.A., Kazykhanov V.U., Valiev R.Z. Low-Temperature Superplasticity and High Strength in the Al 2024 Alloy with Ultrafine Grains // Materials. 2023. V. 16. P. 727.

  15. Перевезенцев В.Н. Высокоскоростная сверхпластичность алюминиевых сплавов с субмикро и нанокристаллической структурой // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5 (2). С. 58–69.

  16. Zha M., Zhang H., Jia H., Gao Y., Jin Sh., Sha G., Bjørge R., Mathiesen R.H., Roven H.J., Wang H., Li Y. Prominent role of multi-scale microstructural heterogeneities on superplastic deformation of a high solid solution Al–7Mg alloy // International J. Plasticity. 2021. V. 146. P. 103108.

  17. Mabuchi M., Koike J., Iwasaki H., Higahi K., Langdon T. Processing and development of superplastic metal matrix composites // Mater. Sci. Forum. 1994. V. 170–172. P. 504–512.

  18. Васильев В.В., Протасов В.Д. Композиционные материалы. Справочник. М.: Машиностроение, 1990. 512 с.

  19. Орыщенко А.С., Осокин Е.П., Барахтина Н.Н., Дриц А.М. Алюминиево-магниевый сплав 1565ч для криогенного применения // Цветные металлы. 2012. № 11. С. 84–90.

  20. Murray J., Peruzzi A., Abriata J.P. The Al–Zr (aluminum–zirconium) system // J. Phase Equilibria. 1992. V. 13. № 3. P. 277–291.

  21. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 640 с.

  22. Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. М.: Академкнига, 2007. 397 с.

  23. Утяшев Ф.З., Рааб Г.И., Валитов В.А. Деформационное наноструктурирование металлов и сплавов. Санкт-Петербург: Наукоемкие технологии, 2020. 185 с.

  24. Lutterotti L., Matthies S., Wenk H.-R., Schultz A., Richardson J. Combined Texture and Structure Analysis of Deformed Limestone from Time-of-Flight Neutron Diffraction Spectra // J. Appl. Phys. 1997. V. 81. P. 594–600.

  25. Smallman R., Williamson G. Dislocation densities in some annealed and cold-worked metals from measurements on the X-ray Debye–Scherrer spectrum // Philos. Mag. A. 1956. V. 1. P. 34–46.

  26. Тептерев М.С., Арышенский Е.В., Гук С.В., Баженов В.Е., Дриц А.М., Кавалла Р. Исследование влияния режимов отжига на эволюцию зеренной структуры и интерметаллидных фаз в холоднокатаной ленте из алюминиево-магниевого сплава // ФММ. 2020. Т. 121. № 9. С. 995–1002.

  27. Kishchik M.S., Mikhailovskaya A.V., Portnoy V.K., Kotov A.D., Drits A.M. Effect of modes of heterogenizing annealing before cold rolling on the structure and properties of sheets from alloy 1565CH // Metal Sci. Heat Treatment. 2019. T. 61. № 3–4. C. 228–233.

  28. Кищик М.С., Котов А.Д., Демин Д.О., Кищик А.А., Аксенов С.А., Михайловская А.В. Влияние режимов всесторонней изотермической ковки на деформационное поведение и микроструктуру сплава на основе системы Al–Mg // ФММ. 2020. Т. 121. № 6. С. 659–666.

  29. Mikhaylovskaya A.V., Kishchik M.S., Kotov A.D., Tabachkova N.Yu. Grain refinement during isothermal multidirectional forging due to β-phase heterogenization in Al–Mg-based alloys // Mater. Letters. 2022. V. 321. P. 132 412.

  30. Goswami R., Spanos G., Pao P.S., Holtz R.L Precipitation behavior of the β-phase in Al-5083 // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. P. 1089–1095.

  31. Markushev M.V., Murashkin M.Yu. Strength and Crack Resistance of Commercial Aluminum Alloys 1560 and 5083 of the Al–Mg–Mn System after Severe Plastic Deformation via Angular Pressing // Phys. Met. Metal. 2004. V. 98. № 2. P. 221–231.

  32. Markushev M.V., Murashkin M.Yu. Structure and Mechanical Properties of Commercial Al–Mg 1560 Alloy after Equal-Channel Angular Extrusion and Annealing // Mater. Sci. Eng. A. 2004. V. 367. P. 234–242.

  33. Murashkin M.Yu., Kil’mametov A.R., and Valiev R.Z. Structure and Mechanical Properties of an Aluminum Alloy 1570 Subjected to Severe Plastic Deformation by High-Pressure Torsion // The Phys. Met. Metal. 2008. V. 106. № 1. P. 90–96.

  34. Aluminum: Properties and Physical Metallurgy. Ed. By J.E. Hatch. AMS, Metals Park, Ohio, 1984.

  35. Valiev R.Z., Enikeev N.A., Murashkin M.Yu., Alexandrov S.E., Goldshtein R.V. Super-strength of ultrafine-grained aluminum alloys produced by severe plastic deformation // Doklady Phys. 2010. V. 55. P. 267–270.

  36. Bobylev S.V., Enikeev N.A., Sheinerman A.G., Valiev R.Z. Strength enhancement induced by grain boundary solute segregations in ultrafine-grained alloys // Int. J. Plast. 2019. V. 123. P. 133–144.

  37. Goswami R., Spanos G., Pao P.S., Holtz R.L. Precipitation behavior of the β-phase in Al-5083 // Mater. Sci. Eng. A. 2010. V. 527. P. 1089–1095.

  38. Valiev R.Z., Salimonenko D.A., Tsenev N.K., Berbon P.B., Langdon T.G. Observations of high strain rate superplasticity in commercial aluminum alloys with ultrafine grain sizes. Scr. // Mater. 1997. V. 37. P. 1945–1950.

  39. Mikhaylovskaya A.V., Kotov A.D., Kishchik M.S., Prosviryakov A.S., Portnoy V.K. The effect of isothermal multi-directional forging on the grain structure, superplasticity, and mechanical properties of the conventional Al–Mg-based alloy // Metals. 2019. V. 9(1). P. 33.

  40. Rushchits S., Aryshenskii E., Kawalla R., Serebryany V. Investigation of texture structure and mechanical properties evolution during hot deformation of 1565ч aluminum alloy // Mater. Sci. Forum. 2016. V. 854. P. 73–78.

  41. Rushchits S.V., Aryshensky E.V., Sosedkov S.M., Akhmed’yanov A.M. Modeling the hot deformation behavior of 1565ch aluminum alloy // Key Eng. Mater. 2016. V. 684. P. 35–41.

  42. Wang X., Li Q., Wu R., Zhang X., Ma L. A review on superplastic formation behavior of Al alloys // Adv. Mater. Sci. Eng. 2018. V. 2018. P. 7606140.

  43. Pshenichnyuk A.I., Kaibyshev O.A., Astanin V.V. Condition for superplastic deformation // Phylosoph. Mag. A. 1999. V. 79. № 2. P. 329–338.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал