Введение к работе
Актуальность проблемы. Листовые полуфабрикаты из магниевых сплавов перспективны для использования в аэрокосмической отрасли, автомобилестроении и медицине, однако до сих пор большая часть деталей конструкций из магниевых сплавов получают с помощью обычного литья или литья под давлением. Для увеличения доли деформированных сплавов необходимо повысить технологические параметры магниевых сплавов и, прежде всего, характеристики при операциях холодной формовки листовых полуфабрикатов, таких как глубокая вытяжка, гибка и отбортовка.
Эта проблема в значительной степени обусловлена особенностями механизма деформации магния, для которого базисное скольжение является практически единственной «легкой» системой деформации, критические напряжения сдвига для которой в несколько раз ниже, чем для всех остальных систем. Базисное скольжение может дать не более двух независимых систем сдвига, тогда как для обеспечения однородной деформации их требуется не менее пяти, что приводит к формированию микро- и макродефектов при любой пластической деформации. В случае операций формовки отрицательный эффект от наличия единственной системы сдвига усугубляется еще и тем, что в катаных листах формируется интенсивная базисная текстура, которая способствует снижению пластичности и пониженным значениям коэффициента нормальной анизотропии (коэффициент Ланкфорда ниже единицы), что неприемлемо для любых операций формовки.
Таким образом, для получения листовых полуфабрикатов из магниевых сплавов с повышенной способностью к формообразованию, необходимо подавить образование интенсивной базисной текстуры при прокатке за счет изменения механизма деформации магния с помощью рационального легирования, а также оптимизации условий получения листового полуфабриката. Для решения этих задач необходимо осуществить целенаправленный поиск оптимального состава сплава и параметров прокатки и отжига, обеспечивающих повышенную формуемость. При этом, эффективность поиска во многом определяется наличием простой и надежной процедуры оценки параметров анизотропии непосредственно из текстурных данных. Прежде всего, это касается коэффициента нормальной анизотропии (R): R= dsx /dsz, где Sx и Sz деформации в плоскости листа и по его толщине соответственно. В качестве легирующих элементов целесообразно использовать РЗМ, которые характеризуются низкой растворимостью при комнатной температуре
и образуют дисперсные интерметаллиды, которые могут эффективно воздействовать на механизм текстурообразования при прокатке.
Цель работы состояла в исследовании формирования структуры и текстуры в магниевых сплавах с РЗМ и разработка методики оценки параметров анизотропии листовых полуфабрикатов на основе текстурных данных для установления объективных критериев оптимизации состава магниевых сплавов с повышенными характеристиками штампуемости..
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Выплавить опытные сплавы системы Mg-Nd-Zr и исследовать формирование структуры и фазового состава слитков.
Провести сравнительное исследование формирования текстуры опытных и промышленных сплавов системы Mg-Nd-Zr (MA-12), Mg-Al-Ce (МА8), сплавов с Li (MAI 8 и МА21) и Mg-Al-Zn (МА2-1) на различных стадиях прокатки вплоть до фольги толщиной 100 мкм, установить закономерности влияния на текстуру листов отжига при различных температурах.
Разработать расчетно-экспериментальный метод оценки анизотропии магниевых сплавов, позволяющий рассчитывать параметры анизотропии листов и прессованных прутков на основе количественных данных о текстуре.
Выявить закономерности влияния различных легирующих элементов на формирование структуры, текстуры и анизотропии деформационных характеристик магниевых сплавов для повышения их технологичности и служебных свойств при их использования в различных областях техники.
Научная новизна
Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки параметров анизотропии магниевых сплавов с помощью усреднения факторов Тейлора в ориентационном пространстве с учетом вклада текстуры в виде «весового» фактора.
Показано, что легирование литием приводит к формированию не свойственной сплавам магния призматической текстуры прокатки в результате ориентированного фазового превращения по Бюргерсу ОЦК фазы на основе лития в ГП фазу на основе магния, что позволяет интерпретировать известный эффект повышения пластичности при легировании литием не только наличием фазы с кубической решеткой, но также ослаблением базисного компонента текстуры прокатки за счет призматической текстуры превращения и пластифицирующим эффектом самого превращения (ТРИП - эффект).
Выявлен эффект немонотонного изменения текстуры прокатки при рекристаллизации позволяющий снизить интенсивность базисной текстуры, ограничив температуру отжига температурой -400 С для сплава МА12, когда на первой стадии рекристаллизации происходит снижение интенсивности базисной текстуры за счет торможения роста зерен с базисной ориентировкой частицами интерметаллида Mg^Nd, при этом на стадии интенсивного роста рекристаллизованных зерен (450-500 С) преимущество получают зерна близких к базису ориентировок, что приводит к усилению базисной текстуры.
Установлено, что для магниевых сплавов рациональное легирование позволяет осуществить два способа повышения характеристик глубокой вытяжки, во-первых, за счет уменьшения интенсивности базисной текстуры, а также за счет изменения механизма деформации, которое приводит к повышению сопротивления деформации при сжатии по сравнению с растяжением.
Практическая значимость
Показано, что в сплавах системы Mg-Nd-Zr с 2-3 Mac.%Nd можно получить листовой полуфабрикат с пониженной более чем на порядок интенсивностью базисной текстуры по сравнению со сплавом системы Mg-Al-Zn-Mn в результате выделения дисперсных интерметаллидных фаз Mg^Nd, что позволило получить листовой материал, показавший значения коэффициента Ланкфорда более единицы, что свидетельствует о его удовлетворительных характеристиках технологичности при глубокой вытяжке.
Разработан метод расчета коэффициента Ланкфорда из текстурных данных, позволяющий проводить сравнительную оценку способности к глубокой вытяжке листовых полуфабрикатов и показано, что для повышения технологичности листовых полуфабрикатов из магниевых сплавов необходимо разрабатывать специальные марки сплавов аналогично тому, как это делается при разработке сталей для глубокой вытяжки.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 3 научно-технических конференциях и семинарах, в том числе: на Молодежных научно-технических конференциях "МАТИ" - РГТУ им. К.Э.Циолковского "Гагаринские чтения" (2008 и 2010 г., Москва, Россия) и на конференции СНГ по титану «Ті-2010 в СНГ» (Екатеринбург, Россия).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах, в том числе в ведущих рецензируемых журналах, определенных ВАК, - 3. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Объем диссертации и её структура. Диссертация изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 24 таблицы. Работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, приложения и списка литературы из 108 наименований.
