CC BY
1УДК 538.91 Землякова Н.В., Рогачев С.О.
Землякова Н.В.
научный сотрудник Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород, Россия)
Рогачев С.О.
д. т. н., доцент Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (г. Москва, Россия)
МИКРОСТРУКТУРА МЕДИ ПОСЛЕ ХОЛОДНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ВОЛОЧЕНИЕМ И ЧЕТЫРЕХ ПОХОДОВ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ
Аннотация: в работе методом просвечивающей электронной микроскопии изучен переход от мезо к микроструктуре меди после холодного волочения и четырех проходов РКУП по маршруту Вс при комнатной температуре. В результате интенсивной пластической деформации методом РКУП сформирована субмикрокристаллическая структура с размером зерна 100 - 200 нм. В микроструктуре на границе фрагмента обнаружена клиновая трещина.
Ключевые слова: интенсивная пластическая деформация, равноканальное угловое прессование, медь.
Для деформационного измельчения крупного зерна используют методы интенсивной пластической деформации (ИПД). Деформирование происходит кручением под высоким давлением (ИПДК) или равноканальным угловым прессованием (РКУП). Процесс измельчения начинается с формирования полос
1669
деформации, переходных полос и полос сдвига. С увеличением степени холодной деформации возрастает плотность дислокаций и концентрация вакансий, появляются деформационные, переходные полосы и полосы сдвига. При истинной деформации e >1 в результате множественного скольжения увеличивается количество полос сдвига, расположенных под разными углами 30 - 40° к направлению к деформации.
Последовательность измельчения исходного зерна рассмотрена во многих работах [1 - 5]. В монографии Глезера А.М., Козлова Э.Н., Коневой Н.И. [3] отмечается, что в литературе отсутствует стройная теория структурообразования при ИПД, способная с единых физических позиций изложить условия перехода к большой пластической деформации. Из многочисленных публикаций по деформационному измельчению зерен следует, что получить однородную микроструктуру в сечении образца достаточно сложно. Для этого использовались увеличение количества проходов, условия деформирования, и т.д. Достаточно сложно также интерпретировать полученные микроструктуры.
При развитой пластической деформации образуется полосчатая структура, при деформации с поворотом происходит поворот полос, они пересекаются, что приводит к измельчению структуры. Размер зерна 250 нм разделяет мезо и микроуровень. Однако, при ИПД переход от макро к мезоуровню (d > 250 нм) и затем к микроуровню (d < 250 нм). При изучении микроструктуры материала после ИПД приводят классическую схему измельчения зерна [7]. На схеме представлены расположение полос деформации (ПД), переходных полос (1111), полос сдвига (ПС), расположенных под углом 45° к остальным полосам. Схема приведена на рисунке 1 [7].
1670
Рисунок 1. Схема строения зерна холоднокатаного металла [7].
Цель работы: показать деформационное измельчение структуры меди М1 и выделить зерна с высокоугловыми границами на микроуровне после 4 проходов РКУП.
Материалы и методика.
Для исследования был получен пруток технически чистой меди М1 диаметром 20мм и длиной 100 мм, в исходном крупнокристаллическом состоянии и затем, в МИСиС на вертикальном гидравлическом прессе марки RHP 250 с максимальным усилием 40 т провели РКУП при температуре 20оС (4 прохода, маршрут Вс с поворотом на 90° после каждого прохода, угол пересечения каналов 90°). Исходная (после волочения) микроструктура меди представляет собой двойники деформации размером 200 мкм, микротвердость по Виккерсу составила H =1250 МРа.
Микроструктуру изучали в поперечном сечении образцов после четырех проходов РКУП с использованием просвечивающего электронного микроскопе JEM-2100 (JEOL) в светлом и темном поле.
Для подготовки фольг для последнего из исследуемого материала вырезали пластины, которые механически (на абразивной бумаге) шлифовали до толщины 120 - 140 мкм и полировали с использованием специальной суспензии. После чего, из полученных пластин были вырезаны диски диаметром 3мм, которые подвергались струйной электрополировке на установке Struers Lectropol-5 с использованием электролита «метанол + азотная кислота».
1671
Ход работы и обсуждение результатов.
Известно, что деформационное измельчение методом РКУП за четыре прохода исходных крупнокристаллических зерен может проходить, например, с образованием решетчатой структуры. Для примера рассмотрим структуры, приведенные в работах [1, 6].
При изучении микроструктуры, полученной после е > 3,5 ИПД такими методами как РКУП и КВД (рисунок 2), мы классифицировали полученные фигуры как ромбы. Измерив диагонали, убедились, что ромбы имеют практически один размер.
Рисунок 2. Мезоструктура железоникелевого сплава 718 после КВД е = 3.5 при Т=20°С (а) [1] и сплава Л1Си4М§2 после 4 проходов РКУП (б) [6].
Диагональ ромба 1,2 мкм (а) и 1,4 мкм (б) соответственно.
В нашей работе показано деформационное измельчение структуры меди. Полученные результаты представлены ниже.
На рисунке 3, а представлена микроструктура после 4 проходов РКУП, которая состоит из четырех зон. Зона 1 представляет изогнутые полосы сдвига шириной 200 нм, которые фрагментированы, зона 2 - нефрагментированные прямые полосы сдвига шириной 200 нм, зона 3 - фрагментированный ромб с диагональю, который имеет четко очерченные границы, его диагональ составила 1,2 мкм, зона 4 - локализованная фрагментированная полоса сдвига. Подобная микроструктура меди после 4 проходов РКУП по маршруту Вс описана в работе [8]. Отличие состоит в описании зоны 3, которая описана как
1672
полоса сдвига с разрывами, шириной 0,5 мкм. На рис. 3, б - стрелкой отмечена стыковая клиновая микротрещина длиной 200 нм. В работе Рыбина В.В. показано, что причиной микротрещин могут быть напряжения, превышающие предел прочности. Не скомпенсированные напряжения могут вызывать появление на границах фрагментов зародышевых микротрещин [5].
а б
Рисунок 3. ПЭМ микроструктура меди М1 после 4 проходов РКУП.
Заключение.
После 4 проходов РКУП сформирована микроструктура с частичной огранкой субзерен размером 100 - 200 нм. Вместе с тем, отмечено появление клиновой микротрещины, которая при последующей деформации может быть залечена.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИПФ РАН на выполнение фундаментальных научных исследований на 2024 - 2026гг. по теме № НИОКТР 1023032800130-3-2.3.2. ^№2021-0031).
1673
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Утяшев Ф.З. Современные методы интенсивной пластической деформации. - Уфа: УГАТУ, 2008, - 313 с;
2. Землякова Н.В., Рогачев С.О. // Проблемы прочности и пластичности. -
2021. - Т. 83. - № 2. - С. 220-226;
3. Глезер А.М., Козлов Э.В., Конева Н.И. Основы пластической деформации наноструктурных материалов. - Москва: Физматлит, 2016. - с.285;
4. Структура и механические свойства сплава Ti-18Zr-15Nb, подвергнутого равноканальному угловому прессованию при разных температурах // Гундеров Д.В., Ким К.А., А.А. Чуракова А.А. // Физика металлов и металловедение.
2022.- Т. 123.- № 10.- С. 1099-1108;
5. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. -Москва: Металлургия, 1986. - 223с;
6. S. Rusz, K. Malanik Using severe plastic deformation to prepare of ultra fine -grained materials by ECAP method. // International Scientific Journal published monthly as the organ of the Committee of Materials Science of the Polish Academy of Sciences. 2007. - Vol.- 28 Iss. 11. Pp. 683-686;
7. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. - Москва: Металлургия, 1986. - 480 с;
8. M. Zhang, L. Liu, S. Liang and J. Li. Evolution in Microstructures and Mechanical Properties of Pure Copper Subjected to Severe Plastic Deformation. // Metals and Materials International, the Korean Institute of Metals and Materials, (2019). - Pp. 1-11
1674
Zemlyakova N. V., Rogachev S. O.
Zemlyakova N.V.
Institute of Applied Physics of Russian Academy of Sciences (Nizhny Novgorod, Russia)
Rogachev S.O.
National Research Technological University "MISiS" (Moscow, Russia)
MICROSTRUCTURE OF COPPER AFTER COLD DEFORMATION BY DRAWING AND FOUR PASSES OF EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING
Abstract: in this work, the transition from meso to microstructure of copper after cold drawing and four passes of ECAP along the Vs route at room temperature was studied using transmission electron microscopy. As a result of intense plastic deformation by the ECAP method, a submicrocrystalline structure with a grain size of 100-200 nm was formed. A wedge crack was found in the microstructure at the fragment boundary.
Keywords: intense plastic deformation, equal-channel angular pressing, copper.
1675
