^ ПРОЧНОСТЬ
И ПЛАСТИЧНОСТЬ
УДК 669.7215:620.178.325.3
ВЛИЯНИЕ ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО ИЗГИБА НА ТЕКСТУРУ, СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛИСТА СПЛАВА МАГНИЯ С ЦИНКОМ И ЦИРКОНИЕМ
© 2014 г. Н. М. Шкатуляк*, В. В. Усов*, Н. А. Волчок*, А. А. Брюханов*, С. В. Санькова*, М. Родман**, М. Шапер**, Х. Клёзе**
*Южно-украинский национальный педагогический университет имени К.Д. Ушинского, ул. Старопортофранковская, 26, Украина **Институт материаловедения, университет имени Лейбница, Ганновер, Гарбсен; 30823, ФРГ
e-mail: shkatulyak@mail.ru Поступила в редакцию 07.06.2013 г.; в окончательном варианте — 22.08.2013 г.
Исследовано влияние малоциклового знакопеременного изгиба при комнатной температуре на кристаллографическую текстуру, металлографическую структуру и механические свойства листов магниевого сплава ZE10 после горячей прокатки и окончательного отжига. Исходная текстура характеризуется широким рассеянием базисных полюсов в поперечном направлении. В процессе знакопеременного изгиба изменение исходной текстуры и структуры, представленной равноосными зернами, содержащими двойники, находит закономерный отклик в изменении анизотропии механических свойств.
Ключевые слова: магниевый сплав ZE10, горячая прокатка, знакопеременный изгиб, структура, текстура, двойники, анизотропия, механические свойства.
DOI: 10.7868/S0015323014060126
1. ВВЕДЕНИЕ
Сплавы магния являются весьма перспективными для автомобильного транспорта вследствие их высокой удельной прочности и жесткости. Однако традиционные сплавы магния с алюминием и цинком (например, AZ31) обладают ограниченной пластичностью в холодном состоянии. Одним из способов управления текстурой является добавление в сплавы магния редкоземельных металлов (РЗМ), которые модифицируют и ослабляют остроту текстуры горячекатаных М§ сплавов, в результате чего повышается их пластичность и деформируемость [1].
Обычно листы или рулонный металл перед использованием подвергают правке на роликовых правильных машинах, заключающейся в знакопеременном изгибе (ЗИ). Такая обработка позволяет уменьшить внутренние напряжения металла и получить плоский лист [2]. Несмотря на относительно малую пластическую деформацию, в процессе ЗИ происходят существенные изменения структуры металла и его механических характеристик, исследование которых имеет важное прикладное значение.
Настоящая работа является продолжением цикла исследований кристаллографической текстуры, структуры и механических свойств металлических
материалов с гексагональной решеткой после различных способов и режимов деформирования [3—7]. В работе [3] высказано предположение о влиянии двойникования на снижение предела текучести сплава магния с алюминием и цинком AZ31 при небольшом числе циклов ЗИ. В работе [4] был проведен рентгеновский текстурный анализ листов магниевого сплава AZ31 после различного числа циклов деформации знакопеременным изгибом. По этим данным в модели квазимонокристалла ор-торомбической симметрии рассчитали механические свойства монокристалла вышеупомянутого сплава и его свойства в различных направлениях в плоскости листов и их нормальном направлении. Авторы работы [5] исследовали развитие текстуры и соответствующие механизмы ее формирования при деформации знакопеременным изгибом листов сплава AZ31. В работе [6] с помощью просвечивающего электронного микроскопа и метода обратного рассеяния электронов исследовали влияние знакопеременного изгиба на двойнико-вание в листе сплава AZ31. На сжатой стороне листа при изгибе наблюдали двойники деформации, которые оставались после снятия нагрузки. Растягивающее напряжение приводило к исчезновению всех двойников. Большинство двойников были {1021} типов. В [6] высказано предполо-
жение, что наблюдаемое двойникование и раз-двойникование может влиять на анизотропию механических свойств магниевых сплавов.
В работе [7] исследовано влияние ЗИ на текстуру, структуру и механические свойства листов гексагонального титана. В процессе знакопеременного изгиба обнаружено периодическое изменение текстуры от ориентировки {1124} (1120) до {1014} (1120) и обратно, количества и типов двойников деформации, формирование базисных компонентов текстуры.
Данные о комплексных исследованиях влияния ЗИ на текстуру, структуру и анизотропию механических свойств сплава магния с цинком, цирконием и РЗМ отсутствуют.
Целью данной работы является исследование влияние деформации знакопеременным изгибом на кристаллографическую текстуру, металлографическую структуру и механические свойства полос или листов сплава магния с цинком, цирконием и РЗМ ZE10.
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом для исследования послужили полосы сплава магния ZE10 (1.3% Zn, 0.15% Zr, 0.2% РЗМ, в основном, церий). Обработка сплава состояла из промышленной горячей прокатки и окончательного отжига. Машинную правку листов моделировали с помощью ЗИ на трехроликовом гибочном устройстве. Диаметр изгибающего ролика составил 50 мм. Скорость движения металла при изгибе составила ~150 мм/с. Один цикл изгиба состоял из перегиба в одну сторону (0.25 цикла), выпрямления до плоского состояния (0.5 цикла), перегиба в другую сторону (0.75 цикла) и выпрямления (1 цикл ЗИ). Из исходного листа и из листов после изгиба на 0.5, 1, 3 и 5 циклов вырезали по три партии образцов для механических испытаний в направлении прокатки (НП), диагональном направлении (ДН) — под углом 45° к НП и поперечном направлении (ПН), а также образцы для исследования текстуры и структуры.
Механические испытания проводили на разрывной машине Zwick Z250/SN5A с силовым датчиком на 20 кН при комнатной температуре для образцов, вырезанных в НП, ПН и ДН. Общая длина образцов — 90 мм. Длина и ширина рабочей части образцов составила 30мм и 12.5 мм соответственно. В качестве значений механических свойств принимали усредненную величину по трем сериям испытаний образцов в каждом направлении.
Перед исследованием текстуры образцы химически полировали на глубину 0.1 мм для снятия искаженного поверхностного слоя. Кристаллографическую текстуру исследовали с двух поверх-
ностей образцов после указанного выше числа циклов, а также после 0.25 цикла, с помощью съемки обратных полюсных фигур (ОПФ) направления нормали (НН) и направления прокатки на дифрактометре ДРОН-3м в фильтрованном излучении Ка-Мо. Образец без текстуры изготовили из мелких рекристаллизованных опилок исследуемого сплава магния. Для того чтобы обеспечить плоскую поверхность при съемке ОПФ после 0.25 цикла ЗИ, изготавливали наборный образец из полосок шириной 3 мм, вырезанных поперек полосы металла. Для съемки ОПФ НП также изготавливали наборные образцы. При построении ОПФ применяли нормировку по Моррису [8].
Металлографическую структуру исследовали на торцовых поверхностях образцов, вырезанных в НП и ПН, на микроскопе Axioplan 2, фирмы KARL ZEISS.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 представлены ОПФ образцов исследуемого сплава магния ZE10.
На ОПФ НН (рис. 1a) абсолютный максимум полюсной плотности величиной 2.01 совпадает с полюсом (1120)- На ОПФ НП максимальное значение полюсной плотности 2.82 соответствует полюсу (2021), а в полюсе (1010) величина полюсной плотности составила 2.74. Это означает, что максимальный угол отклонения оси гексагональной призмы от НН к плоскости листа сплава в сторону ПН равен 90°. При этом с НП совпадают направления (10 10 —2021. В то же время на диагонали стереографического треугольника (0002)—1010) на ОПФ НН в полюсе (10 13) наблюдается локальный максимум полюсной плотности 1.17, что соответствует наклону гексагональной призмы от НН в сторону НП на ~40°. Вдоль другой диагонали стереографического треугольника при этом присутствует локальный максимум 1.4 в полюсе (112 4), что соответствует углу наклона гексагональной призмы от НН в сторону ПН на ~40°. Также наблюдается локальный максимум полюсной плотности 1.52 в полюсе (2133).
Таким образом, после горячей обработки текстура исходного образца характеризуется широким преимущественным рассеянием базисных плоскостей в ПН с максимальным углом отклонения 90° и промежуточными максимумами отклонения гексагональной призмы от НН как в сторону ПН на 40°, так и в сторону НП на 40°, в отличие от текстуры, которая обычно формируется в Ti и Zr.
Этот необычный тип текстуры, развивающейся в ходе прокатки листов сплава магния с цинком и РЗМ, отмечен в литературе [9]. Было уста-
НН
НП
2023
7 V
*0.68'__* 1
Т 2133^4 Д,
1011 3032« 0.24 2021'
0.85
2.01
НН
0.40
(в)
1012
1013 + 1.16 % 1124 .11.41
0.80
- Г 0.94
2023 * 0.73 - * 1122 2133- ж {*
1011ф0.69 '_1.01 _ 2132 ф
3032 ¿0.46 / 1.28
1.16
НН
0002
0.31
_0. 1010
1010
НН
1015 10Т4 10Т3
(д)
2133
0.62
2132 0.55
.63
0.95
1122 1.40 1.13
1.28 1.20
131!; ча.
НН
0002
0.38
НН
(е)
1015*1 1014 (Г. 1013
1012
2023 ¿0.53 _ 2133
1011+0.44
_ 2132
303^ ¿0.37 0. 2021 ¿0.42
0.70
НН
0002
1015 1014
76 Г /7.75 _ 2.5 * 1120
1.20
0002
0002
1011
Рис. 1. Экспериментальные обратные полюсные фигуры сплава ZE10:
(а, б) — исходное состояние; после знакопеременного изгиба; (в, г) — 1/4; (д) — 1/2; (е) — 1; (ж) — 3; (з) — 5 циклов. Штриховкой показаны двойниковые переориентировки кристаллов по плоскостям двойникования (1011) (б); (в, е, ж, з) — растянутая сторона листа, (г, д) — сжатая сторона листа.
новлено, что добавление РЗМ к сплавам М§ приводит к развитию более слабых текстур по сравнению с другими сплавами магния во время прокатки или экструзии. Для объяснения этого был предложен целый ряд различных механизмов [10—12].
Так, в [10] связали формирование отклоненной в ПН базисной текстуры с частичной рекристаллизацией, протекающей в процессе горячей прокатки или промежуточного отжига. В [11] предположили, что ослабление текстуры в М§ сплавах, содержащих РЗМ, обусловлено зародышеобразованием (рагИ-сЬ^ИтиМеё пис1еаИоп) М§-РЗМ частиц и закреплением ими границ зерен. В [12] сделан вывод о том, что торможение подвижности высокоугловых границ легирующими добавками приводит к ослаблению текстуры, а также развитию отклоненных к ПН базисных компонентов, как это видн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.