Кондря Маріанна

Науковий керівник – О.І.Соколенко, Н.М.Шкатуляк

Південноукраїнський національний педагогічний університет

імені К.Д. Ушинського

 

Анотація. В статті розглядається одна з технологій отримання об’ємних наноструктурних матеріалів – гвинтова екструзія.

Ключові слова: кристалографічна текстура, об’ємні наноструктурні матеріали, гвинтова екструзія, холодна деформація, металографічна структура.

 

Розуміння фізичної природи впливу різних факторів на кристалічні тіла є тією основою, на якій можливо їх ефективне практичне використання. Структурний стан металевого матеріалу визначає ізотропію або анізотропію його властивостей. Одним з головних структурних станів полікристалічних тіл є кристалографічна текстура, яка виникає при будь-яких зовнішніх впливах на метал. Текстура може бути як джерелом браку у виробах (наприклад, при штампуванні або глибокій витяжці), так і одним з резервів збільшення міцності та покращення пластичних характеристик з одночасним зменшенням вагових параметрів деталей і конструкцій (більше 20 % для титанових сплавів) [1, 2].

В даний час спостерігається швидко зростаючий інтерес до отримання так званих об'ємних ультрадрібнозернистих (УДЗ) металевих матеріалів зі структурними елементами, що мають розміри 10-100 нм (нано-) і 100-1000 нм (субмікро-), які інакше називають об’ємними наноструктурними матеріалами. Такі матеріали отримують за різними схемами інтенсивної пластичної деформації (ІПД), яка виникає при високих тисках. Однією з перспективних технологій є гвинтова екструзія (ГЕ). Але вивченню текстури, що формується при цьому, присвячена обмежена кількість робіт. У цих роботах досліджували, в основному, розвиток текстури у об’ємних наноструктурних матеріалах, отриманих не гвинтовою екструзією, а за іншими технологіями [3, 4].

Текстура, як відомо, є основною причиною анізотропії механічних властивостей полікристалічних тіл. Встановлення фізичної природи формування відповідної текстури може служити основою для розробки технологій поліпшення властивостей виробів за багатьма параметрами. Такі технологічні процеси зазвичай включають в себе комбінацію різних видів пластичної деформації і термообробки. Гвинтова екструзія (ГЕ) є новою перспективною технологією отримання об'ємних ультра дрібнозернистих матеріалів (розмір зерна 10-1000 нм), що володіють одночасно високою міцністю та пластичністю. Але форма кінцевого продукту, отриманого за допомогою ГЕ, обмежується бруском або прутком з круглим або овальним поперечним перерізом і не підходить для отримання матеріалу у формі листів і плит.

У зв'язку з цим важливо дослідити можливість впливу на текстуру заготовки, підданої ГЕ, шляхом її подальшої деформації, відмінної від ГЕ. Для довгомірних профілів це може бути, наприклад, вальцювання.

Метою даної роботи є дослідження текстури низьковуглецевої сталі на двох стадіях холодної деформації. Вихідний матеріал – циліндричні литі заготовки зі сталі 10Г2 (C – 0,14 %; Mn – 1,66 %; S – 0,035 %; P – 0,035 %, Ni – 0,30 %, Cr – 0,30 %, Cu – 0,30 %, решта – залізо) (рис 1). Обробку гвинтовою екструзією проводили при температурі 400⁰С; швидкість деформування 3 мм/с; швидкість відносної деформації dε/dt складала 0.2 - 1 (с^-1); тиск ГЕ 200 MПа. Розмір заготовки: перетин 18 × 28 мм, довжина 100 мм.                       

Рис 1.

Було проведено 2 проходи. На першому етапі зразки піддавали ГЕ. На другому етапі зразки після ГЕ піддавали холодному вальцюванню як уздовж, так і поперек осі екструзії Середня відносна істинна логарифмічна деформація за один прохід ГЕ становила ~ 1,2, так що загальна середня деформація за 4 проходи ГЕ склала 4,8. Вальцювання проводили при кімнатній температурі до 56 і 80 % деформації за товщиною, що відповідало 0,82 і 1,6 істинної логарифмічної деформації (ε). Кристалографічну текстуру металу досліджували рентгенівським методом з побудовою обернених полюсних фігур (ОПФ). Текстуру зразків після ГЕ досліджували в перпендикулярному і паралельному осі екструзії напрямках центральної та периферійної частинах зразка. Текстуру зразків після подальшого вальцювання досліджували в напрямку нормалі (НН) до площини вальцювання і в напрямку вальцювання (НВ). В останньому випадку виготовляли набірні зразки.

Металографічну структуру досліджували на відбивання від поверхонь зразків, вирізаних вздовж і поперек осі ГЕ, а також від площини вальцювання за допомогою металографічного мікроскопа МІМ - 7, використовуючи Veb - камеру E - TREK DEM 200.

В ході роботи визначили, що після гвинтової екструзії в низьковуглецевій сталі 10Г2 формується подвійна «циліндрична» аксіальна текстура з напрямками <110> і <100> паралельними осі ГЕ. (Рис 2).

Рис. 2.

У процесі вальцювання після гвинтової екструзії формується типова текстура вальцювання сталі {001}<110> + {112}<110> + {111}<110>. Подальше вальцювання сталі вздовж осі гвинтової екструзії із зростанням ступеня деформації сприяє переважному розвитку компонентів текстури з площинами {111} паралельними площині вальцювання.

При подальшому вальцюванні поперек осі гвинтової екструзії більш інтенсивно формуються орієнтування з площинами {001} паралельними площині вальцювання.

Список літератури

1. Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов. ФГУП ВИАМ ГНЦ РФ. Деформируемые титановые сплавы. – URL: http://viam.ru/index.php?id_page=416&language=ru
2. Бецофен С.Я. Текстурное упрочнение в титановых сплавах: влияние критических напряжений в разных системах скольжения и двойникования / С.Я.Бецофен, Е.Б. Рубина // Металлы. – 1994. – №: 4. – С. 114 – 121.
3. Valiev R.Z. Producing Bulk Ultrafine-Grained Materials by Severe Plastic Deformation (Overview) / Ruslan Z. Valiev, Yuri Estrin, Zenji Horita, Terence G. Langdon, Michael J. Zehetbauer, and Yuntian T. Zhu. // JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. – 2006. – Vol. 58, No. 4. – P. 33-39.
4. Salari M. Formation of nano-sized grains and textural evolution during accumulative roll bonding (ARB) of copper sheets. / M. Salari, J. Kazemi // NANOCON 2010. – 12 – 14.10.2010. – Olomouz, Czech Republic, EU. – URL: http://www.nanocon.cz/data/nanocon2010/sbornik/lists/papers/412.pdf
5. Усов В.В. Текстурообразование в металлах и сплавах с кубической решеткой при винтовой экструзии / В.В. Усов, Н.М. Шкатуляк, П.А. Брюханов, Я.Е. Бейгельзимер // Физика и техника высоких давлений. – 2011. – Т. 21, №3. – С. 102-109.