RU2678111C1 - Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования - Google Patents

Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования Download PDF

Info

Publication number
RU2678111C1
RU2678111C1 RU2018118611A RU2018118611A RU2678111C1 RU 2678111 C1 RU2678111 C1 RU 2678111C1 RU 2018118611 A RU2018118611 A RU 2018118611A RU 2018118611 A RU2018118611 A RU 2018118611A RU 2678111 C1 RU2678111 C1 RU 2678111C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
magnesium
channel angular
angular pressing
deformation
Prior art date
Application number
RU2018118611A
Other languages
English (en)
Inventor
Наталья Сергеевна Мартыненко
Елена Александровна Лукьянова
Владимир Нинелович Серебряный
Георгий Иосифович Рааб
Сергей Владимирович Добаткин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2018118611A priority Critical patent/RU2678111C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2678111C1 publication Critical patent/RU2678111C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке сплавов на основе магния, и может быть использовано в авиастроении, ракетной технике, в конструкциях автомобилей, хорошая биосовместимость позволяет использовать магниевые сплавы в медицине. Способ термомеханической обработки сплава на основе магния системы Mg-Y-Nd-Zr включает гомогенизирующий отжиг при температуре 500-530°С в течение 7-9 часов с последующим охлаждением на воздухе и равноканальное угловое прессование, которое проводят ступенчато в интервале температур 425-300°C с суммарной истинной степенью деформации 6,0-8,0, при этом равноканальное угловое прессование на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже температуры предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен размером менее 1 мкм. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности сплавов системы Mg-Y-Nd-Zr при сохранении достаточной прочности за счет смены преимущественного механизма деформации с базисного на призматическое скольжение. 1 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термомеханической обработке сплавов на основе магния, и может быть использовано в авиастроении для изготовления различных деталей вертолетов и самолетов, в ракетной технике, например, для изготовления корпусов ракет, обтекателей и т.д., в конструкциях автомобилей. Хорошая биосовместимость позволяет использовать магниевые сплавы в медицине.
Вместе с тем магниевые сплавы обладают рядом недостатков. Из-за гексагональной структуры магниевые сплавы обладают низкой пластичностью и соответственно низкой технологичностью. Диффузионные процессы в магниевых сплавах протекают медленно, особенно в низколегированных магниевых сплавах, в связи с чем, их нужно длительное время нагревать под закалку, что осложняет их термическую обработку и приводит к рекристаллизационному росту зерна и снижению прочности.
Известны попытки измельчения структуры магниевых сплавов с помощью методов интенсивной пластической деформации, в частности равноканального углового прессования (РКУП).
Так известен способ получения биоразлагаемых магниевых сплавов, содержащих иттрий и неодим, включающий выплавку сплава и равноканальное угловое прессование в два этапа, причем первый этап осуществляют при температуре между 250°С и 400°С, а второй этап - при температуре между 150°С и 300°С (US 20170056562 A1, C22F 1/06, 02.03.2017, US 20150157767 A1, С22С 1/06, 11.06.2015, US 9522220 B2, C22F 1/06, 20.12.2016). Полученный сплав имеет хорошую прочность, но низкую пластичность из-за внесения в состав керамических наночастиц. Низкая пластичность существенно ограничит область применения сплава.
Известен способ получения магниевого сплава серии Mg-РЗМ-Zr, включающий обработку на твердый раствор при температуре 300-500°С, предварительную деформацию, формирующую структуру с размером зерна порядка 100 мкм, и равноканальное угловое прессование с получением структуры с размером зерна 100-450 нм (CN 104480330 A, C22F 1/06, 01.04.2015). Способ позволяет значительно измельчить структуру сплава и повысить его прочность, однако рост пластичности сплава затруднен из-за неравномерного распределения интерметаллических фаз, образованных магнием и РЗМ. Низка пластичность сама по себе является недостатком, ограничивающим возможности применения сплава. Кроме того, неравномерно распределенные фазы не могут гарантировать стабильность коррозионных свойств полученных сплавов по всей поверхности изделия, что приведет к неравномерности коррозии и, в конечном итоге, анизотропии свойств в процессе эксплуатации.
Из RU 2351686 C1, C22F 1/06, 10.04.2009 известен также способ термомеханической обработки сплавов на основе магния, включающий проведение гомогенизирующего отжига при температуре 415-520°С в течение 4-24 часов с последующей экструзией при температуре 300-450°С со степенью вытяжки 7-18 и равноканальное угловое прессование с истинной степенью деформации 6-8 (RU 2351686 C1, C22F 1/06, 10.04.2009). Указанный способ является наиболее близким к предложенному изобретению. Несмотря на значительное измельчение структуры сплавы на основе магния системы Mg-Y-Nd-Zr, полученные по представленной выше технологии, имеют низкую пластичность, причиной которой является неравномерное распределение выделяющейся фазы Mg41Nd5, тормозящей базисное скольжение. Кроме того, представленная выше схема предложена для обработки сплавов с низким содержанием легирующих элементов. Применение данной схемы, подразумевающей РКУП при температурах 250-320°С без постепенного понижения температуры, к сплавам на основе магния системы Mg-Y-Nd-Zr приведет к значительному падению пластичности уже в процессе обработки, что приведет к разрушению заготовки.
Настоящее изобретение направлено на разработку технологии получения магниевых сплавов системы Mg-Y-Nd-Zr, обладающих необходимым сочетанием прочности и пластичности.
Техническим результатом изобретения является повышение пластичности сплавов системы Mg-Y-Nd-Zr при сохранении достаточной прочности за счет смены преимущественного механизма деформации с базисного на призматическое скольжение.
Технический результат достигается тем, что в способе термомеханической обработки сплава на основе магния системы Mg-Y-Nd-Zr, включающем гомогенизирующий отжиг сплава и равноканальное угловое прессование, гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 500-530°С в течение 7-9 часов с последующим охлаждением на воздухе, а равноканальное угловое прессование проводят ступенчато в интервале температур 425-300°C с суммарной истинной степенью деформации 6,0-8,0, при этом равноканальное угловое прессование на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже температуры предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен размером менее 1 мкм.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Проведение гомогенизации при температуре 500-530°С позволяет получить достаточно равномерную структуру перед началом деформирования, устранить неоднородность состава сплава после литья, а также получить пересыщенный твердый раствор редкоземельных металлов в магнии. Понижение температуры гомогенизации ниже 500°С приводит к неполному растворению фазы Mg41Nd5, остатки которой будут располагаться по границам исходного зерна и ухудшать механические свойства, а также к незначительному пересыщению магниевого твердого раствора редкоземельными металлами, что в конечной структуре сплава приведет к уменьшению количества дисперсных частиц Mg41Nd5 и соответственно к снижению прочности. Повышение температуры гомогенизации выше 530°С приводит к частичному оплавлению границ зерен, также влияющему на прочность сплава.
Проведение гомогенизирующего отжига в течение 7-9 часов позволяет эффективно растворить фазу Mg41Nd5, а также добиться равномерного распределения легирующих элементов в сплаве. Гомогенизация меньше 7 часов приведет к неполному растворению фазы Mg41Nd5, а повышение времени свыше 9 часов - к сильному росту зерна. Оба фактора существенно снижают пластичность сплава.
Скорость охлаждения на воздухе позволяет подавить в сплаве диффузионные процессы и предотвратить распад пересыщенного твердого раствора, влияющие на достижение необходимой пластичности сплава. Снижение скорости охлаждения приведет к частичному выделению фазы Mg41Nd5 в процессе охлаждения, преимущественно по границам, и снижению степени пересыщения магниевого твердого раствора, а, следовательно, снижению пластичности сплава.
Экспериментально установлено, что температура деформирования в интервале 425-300°С позволяет достичь эффективного измельчения зерна. Повышение температуры начала РКУП выше 425°С приведет к активному росту зерна. Снижение температуры окончания РКУП ниже 300°С способствует активации двойникования, что в итоге снижает пластичность сплава. Кроме того, в этом случае снижение пластичности сплава может привести к разрушению образцов в процессе обработки.
Проведение деформации в интервале 6,0-8,0 позволяет получить на выходе преимущественно зеренную ультрамелкозернистую структуру. Понижение степени деформации ниже 6,0 способствует формированию неразвитой преимущественно субзеренной структуры с высокой долей малоугловых границ. Повышение степени деформации выше 8,0 не имеет смысла, поскольку не приводит к дальнейшему измельчению зерна и увеличению доли большеугловых границ.
Проведение деформирования при РКУП с температурным шагом, равным 25°С объясняется следующим. Понижение температуры РКУП на 25°С приводит к повышению прочности сплава за счет постепенного измельчения зерна, а промежуточные подогревы между проходами деформации приводят к релаксации структуры в процессе обработки, что не дает пластичности падать. Кроме того, такой деформационный шаг позволяет получить равномерно распределенные мелкодисперсные частицы фазы Mg41Nd5. Уменьшение указанного параметра приведет к увеличению количества промежуточных подогревов, что в свою очередь способствует снижению плотности дислокаций, росту зерна и укрупнению частиц фазы Mg41Nd5, что приведет в дальнейшем к снижению прочности Увеличение температурного шага деформирования не позволяет провести достаточную релаксацию структуры между проходами РКУП, что негативно скажется на пластичности сплава.
Пример осуществления изобретения.
Обработке подвергали сплав WE43, состава Mg-3,56%Y-2,20%Nd-0,47%Zr. В исходном состоянии сплав был гомогенизирован при температуре 525°С в течение 8 часов и охлажден на воздухе. Из слитка были вырезаны заготовки диаметром 10 мм и длиной 60 мм. Заготовки деформировали методом равноканального углового прессования (РКУП) по маршруту Вс на установке с углом пересечения каналов 120°. Деформирование проводили по двум технологическим режимам. Истинная степень деформации и суммарное количество проходов составило 7,8 и 12, соответственно, для обоих режимов.
Режим обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr.
Сплав обрабатывался по двум технологическим режимам. Режим 1 заключается в деформировании сплава при температуре 400°С на 6 проходов РКУП, а затем снижении температуры обработки на 50°С, до 350°С, и проведении еще 6 проходов РКУП. Режим 2 заключается в ступенчатом деформировании, начиная с температуры 425°С и заканчивая при температуре 300°С, с шагом понижения температуры 25°С. При этом при каждой температуре деформации проводится 2 проходу РКУП (425°С, 2 прохода → 400°С, 2 прохода → 375°С, 2 прохода → 350°С, 2 прохода → 325°С, 2 прохода → 300°С, 2 прохода).
Деформирование по обоим режимам привело к измельчению структуры. В исходном состоянии средний размер зерна составлял 70 мкм.
Режим 1 (по прототипу). После РКУП по режиму 1 формируется структура со средним размером зерна 1,00±0,14 мкм, а также частицы фазы Mg41Nd5 со средним размером 0,41±0,18 мкм, которые образовались в процессе нагревов под обработку и деформации. Текстура при этом из базисной трансформируется в наклоненную базисную. Эта текстура характерна для магниевых сплавов, деформированных РКУП и, в целом, приводит к увеличению пластичности при малоизменяющейся, а иногда и ухудшающейся даже при сильном измельчении зерна прочности. Изменение механических свойств после РКУП по режиму 1 относительно исходного состояния составляет: условный предел текучести изменяется со 150 до 180 МПа, предел прочности - с 220 до 250 МПа, а относительное удлинение - с 10,5 до 7%. В этом случае формирование наклоненной базисной текстуру не приводит к дополнительному росту пластичности из-за осаждения частиц фазы Mg41Nd5 в базисных плоскостях и торможения базисного скольжения.
Режим 2 (по изобретению). После РКУП по режиму 2 формируется структура со средним размером зерна 0,69±0,13 мкм, а также частицы фазы Mg41Nd5 со средним размером 0,45±0,18 мкм, которые образовались в ходе нагревов под обработку и деформации. Также в ходе деформации происходит формирование острой призматической текстуры (что подтверждается полюсными фигурами и значениями ориентационных факторов). Повышение механических свойств после РКУП по режиму 2 относительно исходного состояния составляет: условный предел текучести изменяется со 150 до 260 МПа, предел прочности - с 220 до 300 МПа, а относительное удлинение - с 10,5 до 13,2%. Повышение прочности происходит за счет измельчения зерна. Пластичность растет за счет трансформации текстуры из базисной в исходном состоянии в острую призматическую. Такая текстура не характерна для магниевых сплавов после РКУП, так как обычно формируется наклоненная базисная текстура как в случае режима 1. Однако при термомеханической обработке по заявленной технологии происходит осаждение частиц фазы Mg41Nd5 в базисных плоскостях, что тормозит в них движение дислокаций и приводит к активации призматического скольжения, что в свою очередь приводит к росту относительного удлинения.

Claims (1)

  1. Способ термомеханической обработки сплава на основе магния системы Mg-Y-Nd-Zr, включающий гомогенизирующий отжиг сплава и равноканальное угловое прессование, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 500-530°С в течение 7-9 часов с последующим охлаждением на воздухе, а равноканальное угловое прессование проводят ступенчато в интервале температур 425-300°С с суммарной истинной степенью деформации 6,0-8,0, при этом равноканальное угловое прессование на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже температуры предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен размером менее 1 мкм.
RU2018118611A 2018-05-21 2018-05-21 Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования RU2678111C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118611A RU2678111C1 (ru) 2018-05-21 2018-05-21 Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018118611A RU2678111C1 (ru) 2018-05-21 2018-05-21 Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2678111C1 true RU2678111C1 (ru) 2019-01-23

Family

ID=65085128

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018118611A RU2678111C1 (ru) 2018-05-21 2018-05-21 Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2678111C1 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716612C1 (ru) * 2019-07-29 2020-03-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" Способ гибридной обработки магниевых сплавов
CN111250696A (zh) * 2020-04-05 2020-06-09 重庆大学 一种制备镁稀土合金光谱标样的方法
RU2758798C1 (ru) * 2020-07-21 2021-11-02 Дмитрий Львович Мерсон Способ получения биорезорбируемого магниевого сплава и его применение
CN116078848A (zh) * 2023-03-06 2023-05-09 兰州理工大学 一种室温超高塑性-高强镁合金的制备方法
CN116445837A (zh) * 2023-04-14 2023-07-18 兰州理工大学 一种高强高韧镁合金的大塑性成形方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351686C1 (ru) * 2007-10-24 2009-04-10 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (РАН) (Государственное учреждение) Способ термомеханической обработки сплавов на основе магния
RU2396368C2 (ru) * 2008-07-24 2010-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Федеральное агентство по науке и инновациям СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Mg-Al-Zn
CN104480330A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 江阴宝易德医疗科技有限公司 一种孪晶变形镁合金超细晶型材、其制备方法和用途
US20150157767A1 (en) * 2013-10-29 2015-06-11 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible Magnesium Alloy Microstructures for Endoprostheses

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2351686C1 (ru) * 2007-10-24 2009-04-10 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (РАН) (Государственное учреждение) Способ термомеханической обработки сплавов на основе магния
RU2396368C2 (ru) * 2008-07-24 2010-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Федеральное агентство по науке и инновациям СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Mg-Al-Zn
US20150157767A1 (en) * 2013-10-29 2015-06-11 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible Magnesium Alloy Microstructures for Endoprostheses
US20170056562A1 (en) * 2013-10-29 2017-03-02 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible magnesium alloy microstructures for endoprostheses
CN104480330A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 江阴宝易德医疗科技有限公司 一种孪晶变形镁合金超细晶型材、其制备方法和用途

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716612C1 (ru) * 2019-07-29 2020-03-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" Способ гибридной обработки магниевых сплавов
DE112020003615T5 (de) 2019-07-29 2022-05-19 Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "Toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet" Verfahren zur gemischten behandlung von magnesiumlegierungen (varianten)
CN111250696A (zh) * 2020-04-05 2020-06-09 重庆大学 一种制备镁稀土合金光谱标样的方法
CN111250696B (zh) * 2020-04-05 2021-04-16 重庆大学 一种制备镁稀土合金光谱标样的方法
RU2758798C1 (ru) * 2020-07-21 2021-11-02 Дмитрий Львович Мерсон Способ получения биорезорбируемого магниевого сплава и его применение
CN116078848A (zh) * 2023-03-06 2023-05-09 兰州理工大学 一种室温超高塑性-高强镁合金的制备方法
CN116445837A (zh) * 2023-04-14 2023-07-18 兰州理工大学 一种高强高韧镁合金的大塑性成形方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2678111C1 (ru) Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования
Xu et al. Extruded Mg–Zn–Ca–Mn alloys with low yield anisotropy
Murayama et al. Microstructure of two-phase Al–1.7 at% Cu alloy deformed by equal-channel angular pressing
Kim et al. Influence of undissolved second-phase particles on dynamic recrystallization behavior of Mg–7Sn–1Al–1Zn alloy during low-and high-temperature extrusions
Sauer et al. Thermo-mechanical processing of high strength β-titanium alloys and effects on microstructure and properties
Kim et al. Influence of extrusion temperature on dynamic deformation behaviors and mechanical properties of Mg-8Al-0.5 Zn-0.2 Mn-0.3 Ca-0.2 Y alloy
JP5429702B2 (ja) マグネシウム合金とその製造方法
KR102224687B1 (ko) 마그네슘 합금 시트의 압연 및 준비 방법
Park et al. Microstructural evolution of indirect-extruded ZK60 alloy by adding Ce
JP2022163183A (ja) 高強度アルミニウム合金バッキングプレート及び製造方法
KR100994812B1 (ko) 고강도 고연성 마그네슘 합금 압출재 및 그 제조방법
Mostaed et al. Grain size and texture dependence on mechanical properties, asymmetric behavior and low temperature superplasticity of ZK60 Mg alloy
Yi et al. A strategy for enhancing the mechanical property of the precipitation-strengthened medium-entropy alloy
EP1552032A1 (en) Copper sputtering targets and methods of forming copper sputtering targets
JP2003500546A (ja) 銅スパッター用ターゲットアセンブリー及びその製造方法
JPH111737A (ja) 耐食性に優れる高強度熱処理型7000系アルミニウム合金とその製造方法
TW201144456A (en) High purity wrought copper having uniform and fine microstructure
KR20190083346A (ko) 고강도 알루미늄 합금을 위한 ecae 재료
CN107488800B (zh) 具有提高的强度和伸长率的包含析出物的Al-Zn合金及其制造方法
KR101700419B1 (ko) 저온 및 저속의 압출공정을 이용한 고강도 마그네슘 합금 압출재 제조방법 및 이에 의해 제조된 마그네슘 합금 압출재
JP2003277899A (ja) マグネシウム合金部材とその製造方法
JP5941070B2 (ja) 高強度及び高成形性を有するチタン合金の製造方法及びこれによるチタン合金
KR101680046B1 (ko) 소성 가공 전 시효 처리에 의한 고강도 마그네슘 합금 가공재 제조방법 및 이에 의해 제조된 고강도 마그네슘 합금 가공재
Yurchenko et al. Effect of multiaxial forging on microstructure and mechanical properties of Mg-o. 8Ca alloy
RU2345173C1 (ru) Способ получения сверхпластичных листов из алюминиевых сплавов системы алюминий-магний-литий