CC BY
62
УДК 669.1, 620.178.152.341.4, 620.172.21, 538.91
Исследование структуры и механических свойств алюминиевого сплава 1560 после интенсивной пластической деформации методом прессования с рифлением
Е.Н. Москвичев, В.А. Скрипняк, В.В. Скрипняк, А.А. Козулин, Д.В. Лычагин
Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, 634050, Россия
В работе исследуются структурные изменения алюминиевого сплава 1560 после обработки листового проката интенсивной пластической деформацией методом прессования с рифлением. Механические испытания на одноосное растяжение в квазистатических условиях при скорости деформации 1 с-1 показали, что после четырех циклов обработки условный предел текучести возрастает в 1.4 раза, а временное сопротивление — в 1.5 раза по сравнению с образцом в состоянии поставки. Эффект упрочнения исследуемого сплава сопровождается характерным для алюминиевых сплавов уменьшением деформации на пределе прочности от 21 % в образце из сплава 1560 в состоянии поставки до 17 % после четырех циклов обработки прессования с рифлением, при этом микротвердость возрастает в 2.7 раза. Изучение зеренного и субзеренного ансамбля методом дифракции отраженных электронов показало, что после четырех циклов прессования с рифлением в образце формируется бимодальная зеренная структура, состоящая из крупных зерен вытянутой формы и скоплений зерен микронных и субмикронных размеров, имеющих равноосную форму. Увеличивается плотность границ зерен с углом разориентации менее 15°. Текстура деформации меняется от текстуры прокатки к текстуре осадки. Доля площади, занятой зернами последней, увеличивается после обработки. Часть ориентации зерен как в исходном состоянии, так и после прессования с рифлением представлена текстурой рекристаллизации. Установлено, что при обработке плоских образцов алюминиевого сплава 1560 методом прессования с рифлением происходит измельчение зеренной структуры материала, связанное с механизмами пластической дисторсии. Совокупность данных структурных и текстурных изменений после прессования с рифлением приводит к значительному увеличению прочностных свойств материала.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, интенсивная пластическая деформация, механические свойства, зеренная структура, дифракция отраженных электронов
Investigation of the structure and mechanical properties of aluminum alloy 1560 after severe plastic deformation by groove pressing
E.N. Moskvichev, V.A. Skripnyak, V.V. Skripnyak, A.A. Kozulin, and D.V. Lychagin
National Research Tomsk State University, Tomsk, 634050, Russia
The paper investigates structural changes in aluminum alloy 1560 after severe plastic deformation of sheet metal by groove pressing. Uniaxial tensile tests under quasi-static conditions at a strain rate of 1 s-1 have shown that after four processing cycles the alloy exhibits a 1.4-fold increase in the conventional yield strength and a 1.5-fold increase in the ultimate tensile strength compared to the specimen in the as-delivered state. Alloy 1560 hardens with the ultimate tensile strain decrease, which is typical of aluminum alloys, from 21 % in the as-delivered specimen to 17 % after four groove pressing cycles, while the microhardness increases by a factor of 2.7. EBSD analysis of a grain and subgrain ensemble has revealed that a bimodal grain structure is formed in the specimen after four groove pressing cycles, which consists of large elongated grains and agglomerates of micron- and submicron-sized equiaxial grains. The density of grain boundaries with a misorientation angle of less than 15° increases. The deformation texture varies from the rolling to upsetting texture. The area fraction of the upsetting texture grains increases after processing. A part of grains is oriented as in the recrystallization texture both in the initial state and after groove pressing. It is found that the groove pressing of flat 1560 aluminum alloy specimens leads to grain structure refinement in the material associated with plastic distortion. A combination of these structural and textural changes after groove pressing significantly increases the strength properties of the material.
Keywords: aluminum alloy, severe plastic deformation, mechanical properties, grain structure, electron backscatter diffraction
© Москвичев Е.Н., Скрипняк В.А., Скрипняк В.В., Козулин А.А., Лычагин Д.В., 2017
1. Введение
Вследствие развития нового стратегического направления — наноструктурные материалы и технологии — к обработке легких сплавов на основе алюминия, магния, титана проявляется повышенный интерес, обусловленный возможностью комплексного повышения механических свойств за счет структурных изменений [1, 2]. Для изменения зеренной структуры сплавов широко применяются методы интенсивной пластической деформации [1-6]. Существует множество технологий интенсивной пластической деформации, например рав-ноканальное угловое прессование, кручение под высоким давлением, всесторонняя ковка и т.д. [7-9]. В представленной работе использовали разработанную сравнительно недавно технологию реализации интенсивной пластической деформации в легких сплавах — прессование с рифлением [10]. Этот метод появился как альтернатива равноканальному угловому прессованию объемных заготовок и применяется для повышения прочностных характеристик плоского листового проката металлов и сплавов. В отличие от других технологий интенсивной пластической деформации метод прессования с рифлением позволяет обрабатывать образцы в виде пластин и лент, размер которых ограничен только производственными мощностями. Данная методика повышения прочностных характеристик листового проката уже показала свою эффективность для различных материалов, таких как коммерчески чистый алюминий, медь, низкоуглеродистая сталь, никель [11-14].
В данной работе проведено исследование изменений в зеренной структуре и изменений механических свойств алюминиевого сплава 1560 в листовом прокате 1.5мм толщины в результате четырех циклов обработки прессованием с рифлением. Исследование структуры материала проводили с использованием метода анализа картин дифракции отраженных электронов для получения наиболее полной картины структурных и текстурных изменений. Данная методика широко применяется для исследования кристаллографических ориентаций зерен многих материалов [15-19].
Основной целью исследования было изучение влияния изменений в зеренной структуре и кристаллографической текстуре в результате прессования с рифлением на механическое поведение сплава 1560 в квазистатических условиях нагружения.
2. Материал исследования
Объектом исследования был выбран широко используемый в аэрокосмической области алюминиево-маг-ниевый сплав 1560 в состоянии поставки. Полуфабрикаты из сплава 1560 поставляются в отожженном состоянии. Сплав 1560 относится к деформационно упрочняемым алюминиевым сплавам. Образцы имели следующий химический состав: 6.124 % Mg, 0.597 % Мп,
0.351 % Fe, 0.310 % Si, 0.203 % Zn, 0.0843 % П, 0.086 % Си, А1 — остальное (в соответствии с ГОСТ 4784-97). Из листа алюминиевого сплава 1560 в состоянии поставки размером 2000x2000х 1.5 мм3 вырезали пластины размером 120x20x1.5 мм3.
3. Методика обработки листового проката интенсивной пластической деформацией прессования с рифлением
Процесс прессования с рифлением заключается в следующем: плоский образец обжимается двумя пресс-формами (рис. 1), имеющими пазы трапециевидной формы с определенными размерами (размер пазов зависит от толщины образца). Один цикл прессования состоит из нескольких последовательных фаз:
- деформация рифления образца путем его обжатия между двумя рифлеными пресс-формами;
- деформация выпрямления образца путем обжатия между двумя плоскими пластинами;
- поворот образца на угол 180° относительно нормали к поверхности образца;
- повторное прессование с повторным выпрямлением (рис. 1).
В работе применяли пресс-форму площадью 20x120 мм2 с шагом рифления 2 мм и углами наклона плоскости 45°. Прессование выполняли при начальной температуре 523 ± 5 К, скорости прессования 10 мм/мин, максимальной нагрузке до 50 кН. Применяли режим циклического прессования — паузы длительностью 1 мин. Для минимизации трения использовали высокотемпературную смазку на основе дисульфида молибдена.
После прессования в обработанном образце выделяют три зоны (рис. 2): 1 — деформированная область (область сдвига) — область, которая деформировалась под действием давления формы, 2 — недеформирован-ная область — область, находившаяся в пресс-форме под плоской частью зубца, 3 — промежуточная область.
Оценка пластической деформации в цикле прессования проведена аналитическими методами [20]. Эквивалентная деформация по Мизесу может быть получена из формулы
Начальная позиция Первое Первое выпрямление
Теоретический эквивалент | | | щ деформации 0.00 0.58 1.16
Рис. 1. Схема метода прессования с рифлением
Рис. 2. Зоны, выделяемые в образце после прессования: 1 — деформированная область (область сдвига); 2 — недеформи-рованная область; 3 — промежуточная область
еей- = (2/9 [(е^ - е„ )2 + (е„ - е)2 + (е- еуу )2 ] +
+ 4/3[ е^ + е;Х2 +е^ ])1/2. Условная деформация определяется по формуле у = ДУ/d = tg45°,
где Д7 — высота зуба пресс-формы; d — проекция наклонной плоскости на ось X. При угле наклона плоскости 45° Уух = 1.
Деформация сдвига определяется по формуле
е ух = У ух/ 2
В предположении, что деформация является простой деформацией сдвига:
еXX _ еyy = еzz = е vz _ еzx _ £efiT _
Vz
4( Y ух/ 2)
Отсюда теоретический эквивалент деформации
е^ = 1Д/3 = 0.58. Пластическая деформация происходит в основном в области сдвига, где теоретический эквивалент деформации е^ достигает 0.58. Соответственно, после одного прессования и одного выпрямления общая деформация составляет е^ = 1.16. Нагружение ранее неде-формированных зон достигается за счет поворота образца на 180°. При многократном прессовании накопление пластической деформации в образце можно оценить е^ = 1.16п, где п — число циклов прессования с рифлением. После четырех циклов прессования с рифлением обеспечивалось накопление пластической деформации ~4.64.
4. Методика исследования механических свойств сплава 1560 после прессования с рифлением
Механические свойства образцов после четырех циклов прессования с рифлением были изучены при квазистатическом осевом растяжении и измерении микротвердости. Полученные данные были сопоставлены с результатами аналогичных испытаний образцов алюминиевого сплава 1560 в состоянии поставки.
Измерения микротвердости НУ материала образцов из сплава 1560 в состоянии поставки и после прессова-
Рис. 3. Конфигурация образца для испытания на одноосное растяжение
ния с рифлением проводили по методу Виккерса в соответствии с ГОСТ 9450-76 с использованием автоматического микротвердомера Instron Wilson Hardness Tukon 2500-6 с нагрузкой 50 г, выдержка под нагрузкой составляла 5 с. Подготовку поверхностей проводили по стандартной методике с использованием шлифования и полировки до зеркальной бездефектной поверхности качества Rz = 0.1 мкм. Качество поверхности контролировали на атомном силовом микроскопе NTEGRA Spectra при помощи стандартной опции прибора — определение параметра шероховатости поверхности Rz.
Образцы в состоянии поставки и после четырехкратного прессования с рифлением испытывали на одноосное растяжение на электромеханической испытательной системе Instron 5948 в соответствии с ISO 6892_2009-08. Образцы для испытаний вырезали поперек пластин электроэрозионным методом в форме двусторонних лопаток (рис. 3). Поверхность лопаток шлифовали и полировали до снятия видимых дефектов и царапин. Измерения проводили в квазистатических условиях при скорости деформации 1 с-1.
Изменение структуры алюминиевого сплава 1560 после четырех циклов прессования с рифлением по сравнению с исходным состоянием было исследовано методом дифракции отраженных электронов. Исследование проводили на электронном микроскопе Tescan Vega II LMU с вольфрамовым катодом. Поверхность образцов для исследования была подготовлена методом ионного травления на установке ION SLICER EM-09100 [21, 22]. Анализ полученных данных проводили с использованием лицензионного программного обеспечения HKL-Channel 5.
5. Результаты и обсуждение
5.1. Механические испытания
Полученные данные свидетельствуют о том, что в результате обработки сплава происходит увеличение значений микротвердости. Микротвердость после четырех циклов прессования увеличилась в 2.8 раза и достигла величины HV = 112 по сравнению с исходной, не превышающей HV = 41. Эти результаты сопоставимы с результатами, полученными после равноканаль-
Рис. 4. Диаграмма «условное напряжение - относительная деформация» образцов алюминиевого сплава 1560 в исходном состоянии (1) и после четырех циклов прессования с рифлением (2)
ного углового прессования [23]. После равноканального углового прессования твердость образцов алюминиевого сплава 1560 составила НУ = 135. Результаты настоящей работы также согласуются с результатами двукратного повышения микротвердости алюминиевого сплава АА3003 после прессования с рифлением, полученными Е Khodabakhshi с соавторами [24].
На рис. 4 приведены диаграммы «условное напряжение - относительная деформация» при одноосном растяжении плоских образцов алюминиевого сплава 1560 в состояниях поставки и после четырех циклов прессования с рифлением, вырезанные поперек направлений обработок. Основные характеристики кривых деформации приведены в табл. 1.
Результаты механических испытаний свидетельствуют об увеличении в 1.4 раза условного предела текучести и в 1.5 раза временного сопротивления разрушению в квазистатических условиях нагружения образцов сплава 1560 после интенсивной пластической деформации. Таким образом, применение четырех циклов прессования с рифлением приводит к увеличению его прочностных свойств. Эффект упрочнения в результате прессования с рифлением сопровождается уменьшением предельной деформации до разрушения при растяжении, что является характерной чертой в поведении
Таблица 1
Результаты испытаний на одноосное растяжение образцов из алюминиевого сплава 1560 в состоянии поставки и после четырех циклов прессования с рифлением
Образец а02, МПа ав, МПа 5в, % А тах' %
Сплав 1560 в состоянии поставки 129 ±1 173 ± 1 21.0 ± 0.4 43.0 ± 0.8
Сплав 1560 после четырех циклов прессования с рифлением 177 ±1 263 ± 2 17.0 ± 0.3 20.0 ± 0.4
алюминиевых сплавов после интенсивной пластической деформации [25].
Полученные при испытаниях на одноосное растяжение данные были сопоставлены с данными испытаний на осевое растяжение образцов, полученных при исследовании свойств алюминиевого сплава 1560 после обработки методом равноканального углового прессования [26]. В данной работе на разных сериях образцов было достигнуто увеличение предела прочности в 2.1 и 1.3 раза. В нашем случае предел прочности после обработки увеличился в 1.5 раза.
5.2. Исследование методом дифракции отраженных электронов
5.2.1. Карты границ зерен
Процесс формирования новых зерен по величине разориентации при прессовании с рифлением иллюстрируют карты границ зерен исходного (рис. 5, а) и деформированного материала (рис. 5, б). На рисунках белым цветом выделены границы с величиной угла разориентации в интервале от 2° до 15°. Черным цветом обозначены границы с величиной угла разориентации более 15°.
Рис. 5. Карты границ зерен сплава 1560 в состоянии поставки (а) и после прессования с рифлением (б)
0о 10о 20о 30о 40о 50о 60° Угол разориентации
Рис. 6. Гистограммы углов разориентации границ зерен в с рифлением (б)
0о 10о 20о 30о 40о 50о 60о
Угол разориентации из сплава 1560 в состоянии поставки (а) и после прессования
Из анализа карт следует, что в образце после четырех циклов прессования с рифлением плотность границ зерен возрастает в основном за счет увеличения плотности границ с углом разориентации менее 15° (рис. 6). В образце сплава 1560 в состоянии поставки доля границ с интервалом углов разориентации от 2° до 15° составляла 18 %. После четырех циклов прессования с рифлением доля границ с интервалом углов разориентации от 2° до 15° составляет 51 %. Доля границ с углом разориентации более 15° сокращается с 82 % в образце из сплава 1560 в состоянии поставки до 49 % в образце из сплава 1560 после четырех циклов прессования с рифлением. Также несколько уменьшается размер зерен с углами разориентации более 15°. Образование деформационных субграниц и механизм измельчения зерна при прессовании с рифлением связывают с механизмом пластической дисторсии в зонах кривизны кристаллической решетки. В зонах сильной кривизны кристаллической решетки пластическая дисторсия создает возможность распространения мезополос локализованной деформации, которые трансформируют упругую кривизну кристаллической решетки в пластический разворот, тем самым вызывая ее фрагментацию [27].
5.2.2. Карты размеров зерен
Структура алюминиевого сплава 1560 в листовом прокате в состоянии поставки представлена на рис. 7. На карте оттенками цвета выделены подслои зерен с размерами в следующих интервалах: микрозерна—й < <2.5 мкм, малые зерна — 2.5 мкм < й < 10.0 мкм, крупные зерна — й > 10 мкм. На рис. 8 показана гистограмма распределения зерен по размерам и представлены круговая диаграмма процентов зерен, относящихся к выделенным интервалам размеров, и диаграмма объемных долей зерен, также разделенных на три массива по размеру.
70 d, мкм
; 2.5-10 Ш>10
Рис. 7. Карта зерен образца в состоянии поставки
<2.5 2.5-10 >10
Рис. 8. Характеристики распределения зерен в образце в состоянии поставки: гистограмма (а), круговая диаграмма количества зерен выделенных интервалов (б), диаграмма объемных долей зерен (по относительной доле площади) (в)
Рис. 9. Карта размеров зерен после четырех циклов прессования с рифлением
Структура алюминиевого сплава 1560 в состоянии поставки характеризуется распределением размера зерна в диапазоне 6-54 мкм (рис. 8, а). Среднее значение размера зерна составляет dav = 11 мкм. Интервал размеров зерен до 2.5 мкм характеризуется разориентирован-ными элементами субструктуры с большеугловыми границами (рис. 5, а). Количество зерен данного диапазона невелико, они распределены равномерно по образцу и преимущественно располагаются между крупными зернами (рис. 7). Это свидетельствует об активизации процесса первичной рекристаллизации в процессе нагрева при обработке исходной заготовки. Зерна выделенного диапазона 2.5-10 мкм также характеризуются равномерным распределением по площади образца. Они имеют равноосную форму. Зерна выделенных диапазонов 2.5-10.0 мкм и 10-54 мкм в основном не имеют развитой субзеренной структуры (рис. 5, а).
Структура алюминиевого сплава 1560 после четырех циклов прессования с рифлением представлена на рис. 9. На рис. 10 показана гистограмма распределения этих зерен по размерам и представлены круговая диаграмма процентов зерен, относящихся к выделенным интервалам размеров (рис. 10, б), и диаграмма объемных долей зерен (рис. 10, в).
Структура алюминиевого сплава 1560 после четырех циклов прессования с рифлением характеризуется распределением зерен в интервале размеров от 2 до 42 мкм (рис. 10, а). Среднее значение размера зерна dav = 9 мкм. Зерна до 2.5 мкм равномерно распределены по площади образца. Они наблюдаются вдоль границ более крупных зерен и на их стыках. Предположительно это зерна, появившиеся в процессе первичной рекристаллизации.
Зерна диапазона размеров 2.5-10.0 мкм имеют некоторую тенденцию к строчечности. Наблюдаются зоны скопления таких зерен, вытянутые в направлении приложенной нагрузки, что свидетельствует об интенсив-
<2.5 2.5-10
Рис. 10. Характеристики распределения зерен в образце после прессования с рифлением: гистограмма (а), круговая диаграмма количества зерен выделенных интервалов (б), диаграмма объемных долей зерен (по относительной доле площади) (в)
ной фрагментации крупных зерен. Присутствуют зерна, появившиеся как в результате первичной статической рекристаллизации, обусловленной технологическим нагревом, так и динамической рекристаллизации в процессе прессования с рифлением. Зерна диапазона 1044 мкм имеют вытянутую в направлении приложенной нагрузки форму, что является следствием воздействия интенсивной пластической деформации. Также элементы выделенного диапазона 10-44 мкм имеют ярко выраженную развитую субзеренную структуру (рис. 5, б).
Приведенные выше результаты свидетельствуют о том, что после четырех циклов прессования с рифлением происходит увеличение доли малых (условный диаметр <2.5 мкм) и средних (условный диаметр от 2.5 до 10.0 мкм) за счет уменьшения доли крупных (условный диаметр более 10 мкм) зерен. Таким образом, анализ размеров зерен также свидетельствует о процессах рекристаллизации при деформации прессованием с рифлением при 523 К с зарождением малых зерен на границах и стыках крупных зерен. Обработка алюминиевого сплава 1560 методом прессования с рифлением листового проката позволяет получать в объеме материала зеренную структуру, состоящую из вытянутых крупных зерен и скоплений зерен микронных и субмикронных размеров. Аналогичная зеренная структура в алюминиево-магниевых сплавах была ранее обнаружена при интенсивной пластической деформации после равноканального углового прессования до е = 3 и последующей прокатки до е = 1.6 в работе [28].
Рис. 11. Ориентация образца в лабораторной системе координат
5.2.3. Установка образца и анализ ориентации зерен
Для анализа полюсных фигур необходимо задать расположение лабораторной системы координат образца относительно микроскопа. Ось X лабораторной системы координат выбирали совпадающей с направлением прокатки RD, У — с направлением N0, нормальным плоскости прокатки, 2—с направлением ТО, нормальным исследуемой поверхности (рис. 11).
В связи с особенностями способа деформации прессованием с рифлением для анализа изменения зеренной структуры в процессе деформации была выбрана поверхность перпендикулярная направлению 2. Области анализа на этой поверхности указаны на рис. 11.
Анализ обратных полюсных фигур проводили попарно, используя обратную полюсную фигуру относительно осей X и У. Соответствующие обратные полюсные фигуры представлены на рис. 12, где видно, что в состоянии поставки наблюдается типичная для ГЦК-материалов двухкомпонентная текстура прокатки, а именно (101X112) + {112><111 >.
После четырех циклов прессования с рифлением в образце наблюдается общая тенденция изменения ориентации в направлении действующей нагрузки к текстурам <101) и (001><001> (рис. 13). Первая из выделенных текстур соответствует ориентировкам текстуры осадки и составляет 75 % от площади исследуемых
зерен. Вторая текстура (текстура рекристаллизации) составляет 11 %. Текстурный анализ выделенных ранее интервалов размеров зерен (0.0-2.5, 2.6-10.0, более 10 мкм) показал, что текстуре рекристаллизации соответствуют как более крупные исходные зерна, так и мелкие рекристаллизованные зерна, которые наследовали ориентацию материнских зерен.
Таким образом, в процессе прессования с рифлением происходит замещение текстуры прокатки на текстуру осадки и увеличивается доля площади зерен, занятой этой текстурой. Данные по изменению текстуры согласуются с общей закономерностью по переориентировке ГЦК-кристаллов при деформации сжатием. Однако часть зерен, кроме зерен, имеющих кубическую текстуру и текстуру осадки, ориентирована произвольным образом, их доля небольшая и составляет 14 %.
Текстура, подобная сформированной после прессования с рифлением, наблюдалась также после равнока-нального углового прессования в сплаве 1050. Формирование подобной текстуры было отмечено после одного цикла в пресс-формах с различными углами каналов (120° и 90°) со степенями деформации 8 ~ 0.67 и 1.10 соответственно [29].
6. Заключение
Проведенное исследование влияния интенсивной пластической деформации на образцы из алюминиевого сплава 1560 показало, что данный метод обработки листового проката позволяет увеличивать прочностные свойства за счет изменения зеренной и субзеренной структур материала.
Исследование методом дифракции отраженных электронов позволило оценить влияние четырех циклов прессования с рифлением на зеренную структуру алюминиевого сплава 1560. Показано, что сформировавшаяся в результате обработки прессованием с рифлением зеренная структура имеет бимодальный характер распределения. Выявлено, что после четырехкратного прессования с рифлением происходит измельчение зе-
001
Рис. 12. Обратные полюсные фигуры образца из сплава 1560 в состоянии поставки относительно направления Xи У согласно схеме на рис. 11
Рис. 13. Обратные полюсные фигуры образца из сплава 1560 после четырех циклов прессования с рифлением, полученные относительно направления X и У согласно схеме на рис. 11
ренной структуры за счет процессов статической и динамической рекристаллизации, а также образования субграниц в исходных зернах. Наблюдается увеличение доли средних и малых зерен за счет уменьшения доли крупных зерен. Установлено, что после обработки материала прессованием с рифлением формируются текстура осадки (101) и кубическая текстура {001}(001), соответствующая текстуре рекристаллизации. Переориентация зерен исходного материала при прессовании с рифлением согласуется с общей закономерностью по переориентировке ГЦК-кристаллов при деформации сжатием [29, 30]. Образование деформационных субграниц и механизм измельчения зерна при прессовании с рифлением связываются с механизмом пластической дисторсии в зонах кривизны кристаллической решетки. [27]. Измельчение размера зерна и увеличение дефектности внутри зерен после прессования с рифлением приводят к значительному увеличению прочностных свойств материала.
Высокое упрочнение сплава после прессования с рифлением связано с увеличением субструктурного упрочнения за счет барьерного торможения дислокаций на дислокациях других систем сдвига и на границах различного типа, формирующихся в ходе пластической деформации. Кроме того, на скорость упрочнения влияет увеличение плотности большеугловых границ, которые являются источниками дислокаций и увеличивают скорость их накопления в материале.
Дополнительным фактором упрочнения при больших степенях деформации являются дальнодействую-щие поля напряжений от не локализованной на границах избыточной плотности дислокаций одного знака, которые вызывают непрерывную кривизну кристаллической решетки. На определяющую роль кривизны кристаллической решетки в возникновении неравновесных межузельных вакансий, способствующих более интенсивному накоплению дефектов более высокого масштабного уровня (дислокаций), указано в работе [31].
Анализ диаграмм «условное напряжение - относительная деформация» показал, что эффект упрочнения в результате прессования с рифлением, сопровождается уменьшением предельной деформации до разрушения при растяжении с одновременным возрастанием временного сопротивления разрушению. Полученные данные согласуются с экспериментальными данными о повышении прочностных характеристик объемного проката сплава 1560 при использовании других методов интенсивной пластической деформации, например рав-ноканального углового прессования [25, 26].
Таким образом, метод прессования с рифлением представляет интерес для практического применения, поскольку позволяет дополнительно повышать прочностные характеристики листового проката популяр-
ного конструкционного алюминиевого сплава 1560. В работе [32] показано, что пластины из алюминиевых сплавов после прессования с рифлением могут быть соединены методом сварки трением без потери прочностных свойств в области соединения.
Исследования проведены с использованием оборудования центра коллективного пользования «Аналитический центр геохимии природных систем» Национального исследовательского Томского государственного университета.
Работа поддержана Российским научным фондом (проект 16-19-10264).
Литература
1. Валиев Р.З. Создание наноструктурных металлов и сплавов c уни-
кальными свойствами, используя интенсивные пластические деформации // Российские нанотехнологии. - 2006. - Т. 1. - С. 208216.
2. ВалиевР.З., АлександровИ.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. - 272 с.
3. Козлов Э.В., Конева Н.А., Жданов А.Н., Попова Н.А., Иванов Ю.Ф.
Структура и сопротивление деформированию ГЦК ультрамелкозернистых металлов и сплавов // Физ. мезомех. - 2004. - Т. 7. -№4. - С. 93-113.
4. Панин В.Е., Дерюгин Е.Е., Кульков С.Н. Мезомеханика упрочнения
материалов нанодисперсными включениями // ПМТФ. - 2010. -Т. 51. - № 4. - С. 127-142.
5. Козулин А.А., Скрипняк В.А., Красновейкин В.А., Скрипняк В.В., Каравацкий А.К. Исследование физико-механических свойств ультрамелкозернистых магниевых сплавов после интенсивной пластической деформации // Изв. вузов. Физика. - 2014. - Т. 57. -№ 9. - С. 98-104.
6. Панин В.Е., Егорушкин В.Е. Физическая мезомеханика измельчения кристаллической структуры при интенсивной пластической деформации // Физ. мезомех. - 2008. - Т. 11. - № 5. - С. 5-16.
7. Zha M., Yanjun Li, Mathiesen R., Bjorge R., Roven H. Microstructure evolution and mechanical behavior of a binary Al-7Mg alloy processed by equal-channel angular pressing // Acta Mater. - 2015. -V. 84. - P. 42-54.
8. Dadbakhsha S., Taheri A.K., Smith C.W. Strengthening study on 6082 Al alloy after combination of aging treatment and ECAP process // Mater. Sci. Eng. A. - 2010. - V. 527. - P. 4758-4766.
9. Estrin Y., Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science // Acta Mater. - 2013. -V. 61. - P. 782-817.
10. Shin D.H., Park J., Kim Y., Park K. Constrained groove pressing and its application to grain refinement of aluminum // Mater. Sci. Eng. A. - 2002. - V. 328. - P. 98-103.
11. Krishnaiah A., Chakkingal U., Venugopal P. Production of ultrafine grain sizes in aluminum sheets by severe plastic deformation using the technique of groove pressing // Scripta Mater. - 2005. - V. 52. -P. 1229-1233.
12. Krishnaiah A., Chakkingal U., Venugopal P. Applicability of groove pressing technique for grain refinement in commercial purity copper // Mater. Sci. Eng. A. - 2005. - V. 410-411. - P. 337-340.
13. Thirugnanam A., Sampath Kumar T.S., Uday Chakkingal. Tailoring the bioactivity of commercially pure titanium by grain refinement using groove pressing // Mater. Sci. Eng. - 2010. - V. 30. - No. 1. - P. 203208.
14. Ratna Sunil B., Anil Kumar A., Sampath Kumar T.S., Uday Chakkingal. Role of biomineralization on the degradation of fine grained AZ31 magnesium alloy processed by groove pressing // Mater. Sci. Eng. -2013. - V. 33. - P. 1607-1615.
15. Пашинская Е.Г., Варюхин В.Н., Завдовеев А.В., Бурховецкий В.В., Глазунова В.А. Возможности метода дифракции обратнорассеян-ных электронов для исследования структуры деформированной стали // Деформация и разрушение материалов. - 2012. - № 6. -C. 35-40.
16. Мусабиров И.И. Анализ структуры сплава Ni2MnGa методом регистрации обратно-отраженных электронов // Письма о материалах. - 2013. - № 3. - С. 20-24.
17. Farideh Salimyanfarda, MohammadReza Toroghinejada, Fakhreddin Ashrafizadeha, Meysam Jafari. EBSD analysis ofnano-strnctured copper processed by ECAP // Mater. Sci. Eng. A. - 2011. - V. 528. -P. 5348-5355.
18. Samiha Y., Beausira B., Bollea B., Grosdidier T. In-depth quantitative analysis of the microstructures produced by surface mechanical attrition treatment (SMAT) // Mater. Character. - 2013. - V. 83. -P. 129-138.
19. Straskaa J., Janeceka M., Ctzekb J., Straskya J., Hadzimac B. Microstructure stability of ultra-fine grained magnesium alloy AZ31 processed by extrusion and equal-channel angular pressing (EX-ECAP) // Mater. Character. - 2014. - V. 94. - P. 69-79.
20. Shirdel A., Khajeh A., Moshksar M.M. Experimental and finite element investigation of semi-constrained groove pressing process // Mater. Design. - 2010. - V 31 - P. 946-950.
21. Chen Y., Hjelen J., Roven H.J. Application of EBSD technique to ultrafine grained and nanostructured materials processed by severe plastic deformation: Sample preparation, parameters optimization and analysis // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. - 2012. - V. 22. -P. 1801-1809.
22. Williams D.B., Carter C.B. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. - New York: Plenum Press, 1996.
23. 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(1-2). -P. 234-242.
24. Khodabakhshi F., Haghshenas M, Eskandari H., Koohbor B. Hardness-strength relationships in fine and ultra-fine grained metals processed through constrained groove pressing // Mater. Sci. Eng. A. -2015. - V. 636. - P. 331-339.
25. Козулин A.A., Красновейкин В.А., Скрипняк B.B., Хандаев Б.В., Ли Ю.В. Механические свойства алюминий-магниевых сплавов после интенсивной пластической деформации // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. - C. 888.
26. Чувильдеев В.Н., Грязное М.Ю., Копылов В.И., Сысоев А.Н., Овсянников Б.В., Флягин А.А. Механические свойства микрокристаллического алюминиевого сплава АМГ6 // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2008. - № 4. - C. 35-42.
27. Панин В.Е., Егорушкин В.Е., Панин А.В., Чернявский А.Г. Пластическая дисторсия — фундаментальный механизм в нелинейной мезомеханике пластической деформации и разрушения твердых тел // Физ. мезомех. - 2016. - Т. 19. - № 1. - С. 31-46.
28. Автократова Е.В., Мухаметдинова О.Э., Ситдиков О.Ш., Мар-кушев М.В. Высокоскоростная сверхпластичность алюминиевого сплава 1570С с бимодальной структурой, полученной равнока-нальным угловым прессованием и прокаткой // Письма о материалах. - 2015. - Т. 5. - № 2. - C. 129-132.
29. El-Danaf E.A. Mechanical properties, microstructure and texture of single pass equal channel angular pressed 1050, 5083, 6082 and 7010 aluminum alloys with different dies // Mater. Design. - 2011. - V. 32. -P. 3838-3853.
30. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. - М.: Металлургия, 1982. - 584 с.
31. ПанинВ.Е., Панин А.В., Елсукова Т.Ф., ПопковаЮ.Ф. Фундаментальная роль кривизны кристаллической структуры в пластичности и прочности твердых тел // Физ. мезомех. - 2014. - Т. 17. -№ 6. - С. 7-18.
32. Sarkari Khorrami M., Kazeminezhad M., Kokabi A.H. Thermal stability during annealing of friction stir welded aluminum sheet produced by constrained groove pressing // Mater. Design. - 2013. -V. 45. - P. 222-227.
Поступила в редакцию 01.11.2016 г., после переработки 20.03.2017 г
Сведения об авторах
Москвичев Евгений Николаевич, асп. ТГУ, [email protected]
Скрипняк Владимир Альбертович, д.ф.-м.н., проф., зав. каф. ТГУ, [email protected] Скрипняк Владимир Владимирович, ст. лабор. ТГУ, [email protected] Козулин Александр Анатольевич, к.ф.-м.н., доц., доц. ТГУ, [email protected] Лычагин Дмитрий Васильевич, д.ф.-м.н., проф., зав. каф. ТГУ, [email protected]
