WO2021021006A2 - Способ гибридной обработки магниевых сплавов (варианты) - Google Patents

Способ гибридной обработки магниевых сплавов (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2021021006A2
WO2021021006A2 PCT/RU2020/050254 RU2020050254W WO2021021006A2 WO 2021021006 A2 WO2021021006 A2 WO 2021021006A2 RU 2020050254 W RU2020050254 W RU 2020050254W WO 2021021006 A2 WO2021021006 A2 WO 2021021006A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
deformation
temperature
rolling
isothermal
carried out
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2020/050254
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2021021006A3 (ru
WO2021021006A8 (ru
Inventor
Михаил Михайлович КРИШТАЛ
Алексей Юрьевич ВИНОГРАДОВ
Владимир Иванович КОСТИН
Михаил Вячеславович МАРКУШЕВ
Дмитрий Львович МЕРСОН
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet"
Original Assignee
Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet"
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 Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet" filed Critical Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet"
Priority to DE112020003615.4T priority Critical patent/DE112020003615T5/de
Publication of WO2021021006A2 publication Critical patent/WO2021021006A2/ru
Publication of WO2021021006A8 publication Critical patent/WO2021021006A8/ru
Publication of WO2021021006A3 publication Critical patent/WO2021021006A3/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/02—Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008—Incremental forging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C23/00—Alloys based on magnesium
    • C22C23/04—Alloys based on magnesium with zinc or cadmium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering and aerospace industries, as well as medical materials science, where magnesium-based alloys can be used as structural or bioresorbable materials.
  • magnesium alloys are of great interest for the aviation and aerospace industries.
  • the use of magnesium alloys in technology makes it possible to reduce the mass of the structure by 10 ⁇ -30%, which ultimately makes it possible to significantly reduce both production and operating energy costs.
  • magnesium has significantly better damping characteristics compared to aluminum and steel.
  • magnesium is an element that takes part in more than 300 biochemical reactions in the body, including the processes that form bones and muscles.
  • it is magnesium that is a unique material for medical use due to its gradual resorbability. It dissolves in the human body, forming fairly simple compounds (oxide and hydroxide), which are not only non-toxic, but even promote tissue healing.
  • magnesium has a high corrosion rate even in non-aggressive media such as blood and other bodily fluids.
  • the corrosion process is usually accompanied by active pitting, which negatively affects the mechanical properties of the product.
  • magnesium is doped with various elements such as calcium, zinc, lithium, silver, manganese and some rare earth elements.
  • the choice of the alloying system is complicated by the condition that the alloying element itself, as well as the corrosion products formed subsequently, should not be toxic to the body.
  • the second problem is that, although magnesium has a level of mechanical properties close to the level of bone tissue (Young's modulus is 5-55 MPa and 45 MPa for bone tissue and magnesium, respectively), in practice this may not be enough, since for it For successful use as orthopedic implants and elements of fastening structures, significantly higher strength characteristics are desirable - at a level of 400 MPa and even higher, depending on the specific application. Therefore, there is a need for hardening magnesium alloys. Alloying, performed to improve corrosion resistance, also increases the mechanical characteristics to some extent, but their required level can be achieved by refining the grain to an ultrafine-grained (UFG) structure.
  • UFG ultrafine-grained
  • the final (consumer) properties of materials are determined not only by their chemical composition, but also to a large extent by the design of the microstructure: the size and distribution of grains, the distribution of phase particles, crystallographic texture, etc.
  • a wide range of methods of deformation thermomechanical processing has been developed. While traditional processing methods, such as extrusion and rolling, are convenient for obtaining semi-finished products with a strong crystallographic texture, the use of severe plastic deformation methods allows not only to significantly refine the microstructure to submicron sizes and achieve a much more uniform distribution of particles of strengthening phases, but also to form a significantly weaker texture.
  • Hybrid technologies are the most flexible, combining various combinations of deformation methods.
  • thermomechanical deformation treatment scheme The choice of a thermomechanical deformation treatment scheme is determined both by purely technological factors of the possibility of implementing a particular scheme for a given workpiece geometry (for example, given the dimensions of the initial ingots), and by the effectiveness of various schemes for the formation of a particular microstructure and crystallographic texture.
  • processing schemes for magnesium alloys ranging from such traditional ones as forward and reverse extrusion and rolling, and ending with effective schemes that allow one to obtain very large degrees of deformation and a highly refined structure in workpieces - these are methods of severe plastic deformation, including torsion under hydrostatic pressure , equal channel angular pressing (ECAP), all-round isothermal forging (VIC), rotary forging (RC) and many others.
  • ECAP equal channel angular pressing
  • VIC all-round isothermal forging
  • RC rotary forging
  • An example is the method of combined severe plastic deformation of a metal plate (RU 2514239 C2, IPC B21 C 25/00, filing date 05.06.2012), including deformation of the plate by channel angular pressing by forcing the plate through the intersecting first and second channels of the matrix with bending along its height in the first channel, the bottom of which is made wavy, and with a change in the shape of its cross-section in the second channel, having a corrugated cross-section.
  • the uniformity of deformation over the cross-section of the plate and the provision of the possibility of multiple hardening of the plate with an indirect profile are provided due to the fact that the front end of the plate is made in the shape of the bottom of the said first channel, while repeated pressing cycles of the plate with a changed cross-sectional shape after the first cycle are performed using repeated pressing cycles, the first channel of which is made with a cross section similar to the cross section of said second channel.
  • Torsional deformation is carried out at room temperature under a pressure of 4-6 GPa with the number of strikers revolutions n ⁇ 2. In this case, the formation of a homogeneous nanocrystalline structure with a grain size of ⁇ 100 nm is ensured. As a result, the physical and mechanical properties of the processed metal are improved.
  • the technical result of the invention is to increase the ductility of alloys of the Mg-Y-Nd-Zr system while maintaining sufficient strength by changing the predominant deformation mechanism from basic to prismatic
  • the aim of the present invention is to provide a method for hybrid processing of magnesium alloys with a sufficiently wide technological versatility, providing an increase in the ductility of magnesium alloys with a simultaneous increase in their strength and fatigue properties.
  • the method for hybrid processing of magnesium alloys according to the invention includes homogenizing annealing, all-round isothermal forging and isothermal rolling.
  • the method for hybrid processing of magnesium alloys according to the invention includes homogenizing annealing, all-round isothermal forging and isothermal rolling. Homogenizing annealing is carried out at a temperature of 350-450 ° C. Comprehensive isothermal forging steps carried out in the temperature range 425 275 ch e C increments from 10 to 25 e C e and C with gradual increase precipitation rate of 2 to 20 mm / min with a total degree of deformation providing true between 8 and 10.
  • Isothermal rolling is carried out at a temperature of 300 h - 250 ° C in several passes with a degree of deformation in each pass of no more than 7% and a total degree of true deformation by rolling of the order of 1.
  • the method for hybrid processing of magnesium alloys according to the invention includes homogenizing annealing, all-round isothermal forging and isothermal rolling. Homogenizing annealing is carried out at a temperature of 350 450 ° C. Comprehensive isothermal forging steps carried out in the temperature range 425 275 ch e C increments from 25 to 40 e C e and C with gradual increase precipitation rate of 2 to 20 mm / min with a total degree of deformation of the true range providing 10 August.
  • Isothermal rolling is carried out at a temperature of 300 h - 250 ° C in several passes with a degree of deformation in each pass of no more than 7% and a total degree of true deformation by rolling of the order of 1.
  • the technical result of the invention is to increase the ductility of magnesium alloys while increasing their strength and fatigue properties.
  • the alloy was first annealed at a temperature of 400 ° C for 4 hours, followed by cooling in air. After homogenization, scalping of the ingot and removal of the shrinkage cavity, several billets with dimensions of 0 58x153 mm were obtained.
  • the structure of the alloy as delivered is a typical coarse-grained cast with a relatively uniform distribution of excess phases (Fig. 1 - the microstructure of the alloy as delivered). After all-round isothermal forging, the structure becomes homogeneous fine-grained with a grain size of about 4 ⁇ m. In this case, the structure becomes homogeneous both at the micro- and macrolevels (Fig. 2 - the microstructure of the alloy after VIK (VIK1)). Rolling practically does not change the fineness and homogeneity of the structure (Fig. 3 - the microstructure of the alloy after VIK, upsetting and isothermal rolling (VIK1 P)).
  • microstructural studies were carried out by scanning electron microscopy in conjunction with electron backscatter diffraction (EBSD) using a Carl Zeiss Sigma scanning electron microscope equipped with InLens and SE detectors.
  • EBSD electron backscatter diffraction
  • the sections of the VIK1 P thin section were examined in the ED and TD directions.
  • the topography of surfaces began to appear at magnifications of about 10,000, but no microstructural features were revealed. It was.
  • a uniform distribution of chemical elements was established without any signs of the formation of specific phases, with the exception of individual inclusions of calcium and zinc in the main magnesium matrix.
  • the texture of the deformed alloy was examined by the EBSD method using EBSD scans obtained in a ZEISS SIGMA scanning electron microscope with a field cathode and an EDAX / TSL Hikari 5.0 detector.
  • the alloy structure In the initial cast state, the alloy structure is homogeneous, the texture is close to random. After comprehensive isothermal forging, a very homogeneous fully recrystallized structure with a fairly fine grain is realized. In a plane parallel to the workpiece axis, there is a texture typical of ECAP, but with a more diffuse distribution of the basal planes relative to the poles, which is an advantage. In this case, the maximum texture value is relatively small and amounts to 6.5. There are no deformation twins. After isothermal rolling of alloy specimens that have undergone all-round isothermal forging, a characteristic rolling texture with basal planes oriented perpendicular to the rolling direction is formed in the material.

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области машиностроительной и авиакосмической отраслей, а также медицинского материаловедения, где могут быть применены сплавы на основе магния в качестве конструкционных или биорезорбируемых материалов. Способ обработки магниевых сплавов включает гомогенезирующий отжиг при температуре 350÷ 450ºС, всестороннюю изотермическую ковку, проводимую ступенями в интервале температур 425÷275ºС с шагом в диапазоне 10° - 40ºС с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 6 ÷ 10, и изотермическую прокатку, осуществляемую при температуре 300÷ 200ºС в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 7% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.

Description

СПОСОБ ГИБРИДНОЙ ОБРАБОТКИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ (ВАРИАНТЫ) Область техники
Изобретение относится к области машиностроительной и авиакосмической отраслей, а также медицинского материаловедения, где могут быть применены сплавы на основе магния в качестве конструкционных или биорезорбируемых материалов.
Предшествующий уровень техники
Интерес к магниевым сплавам обусловлен их благоприятными свойствами, важнейшими из которых является их малый удельный вес и высокая удельная прочность. Если сравнивать магний с другими металлами, то его удельный вес составляет примерно четвертую часть от удельного веса стали, две третьих - от веса алюминия и почти две пятых - от удельного веса титана. Поэтому в настоящее время магниевые сплавы, наряду с алюминиевыми и титановыми, представляют огромный интерес для авиационной и аэрокосмической промышленностей. Применение магниевых сплавов в технике делает возможным снижение массы конструкции на 10^-30%, что позволяет в итоге значительно уменьшить как производственные так и эксплуатационные энергозатраты. Кроме того, магний обладает значительно лучшими, по сравнению с алюминием и сталью, демпфирующими характеристиками. Эти преимущества, а также то, что магний широко распространен в природе, расширяют области его использования в технике.
Другим перспективным и динамично развивающимся направлением использования магния и сплавов на его основе является их применение в медицине в связи с высочайшей структурной эффективностью, выраженной чрезвычайно привлекательным соотношением прочности и плотности и практически идеальной биосовместимостью: магний - элемент, принимающий участие в более чем 300 биохимических реакциях в организме, включая процессы, которые формируют кости и мышцы. Кроме того, именно магний является уникальным материалом для медицинского применения ввиду его постепенной резорбируемости. Он растворяется в человеческом организме, образуя достаточно простые соединения (оксид и гидроксид), которые не только не токсичны, но даже способствуют заживлению тканей.
Проведенные во многих странах мира, таких как США, Япония, Россия, Китай, Германия, Украина, Австралия и др., исследования показали, что наряду с преимуществами магний имеет также и ряд недостатков, которые ограничивают его применение в медицине. Во- первых, чистый магний имеет высокую скорость коррозии даже в неагрессивных средах, таких как кровь и другие физиологические жидкости. Кроме того, процесс коррозии обычно сопровождается активным питтингообразованием, которое негативно влияет на механические свойства изделия. Для устранения этого недостатка магний легируют различными элементами, такими как кальций, цинк, литий, серебро, марганец и некоторые редкоземельные элементы. Выбор системы легирования осложняется условием, согласно которому сам легирующий элемент, а также продукты коррозии, образовавшиеся впоследствии, не должны быть токсичны для организма. Второй проблемой является то, что, хотя магний обладает уровнем механических свойств близким к уровню костной ткани (модуль Юнга равен 5-^55 МПа и 45 МПа для костной ткани и магния, соответственно), на практике этого может быть недостаточно, так как для его успешного применения в качестве ортопедических имплантатов и элементов крепежных конструкций желательны существенно более высокие прочностные характеристики - на уровне 400 МПа и даже выше, в зависимости от конкретного применения. Поэтому возникает потребность в упрочнении магниевых сплавов. Легирование, выполняемое для улучшения коррозионной стойкости, в некоторой мере также повышает и механические характеристики, но их необходимый уровень можно достичь путем измельчения зерна вплоть до ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры. Формирование УМЗ структуры, в отличие от обыкновенного измельчения зерна до размеров свыше 1 -^2 мкм, приводит не только к существенному упрочнению магниевых сплавов, но также часто не ухудшает, а в ряде случаев и улучшает коррозионную стойкость магниевых сплавов. Поэтому получение УМЗ структуры в магниевых сплавах является перспективным и актуальным направлением физического материаловедениям.
Конечные (потребительские) свойства материалов определяются не только их химическим составом, но и в значительной мере дизайном микроструктуры: размером и распределением зерен, распределением частиц фаз, кристаллографической текстурой и т.д. Для получения необходимой микроструктуры в настоящее время развит широкий набор методов деформационной термомеханической обработки. В то время как традиционные методы обработки, такие как экструзия и прокатка, удобны для получения полуфабрикатов с сильной кристаллографической текстурой, применение методов интенсивных пластических деформаций позволяет не только существенно измельчить микроструктуру до субмикронных размеров и добиться значительно более однородного распределения частиц упрочняющих фаз, но и сформировать существенно более слабую текстуру. Наибольшей гибкостью обладают гибридные технологии, сочетающие различные комбинации деформационных методов.
Выбор схемы деформационной термомеханической обработки определяется как чисто технологическими факторами возможности реализации той или иной схемы при заданной геометрии заготовки (например, заданными размерами исходных слитков), так и эффективностью различных схем для формирования той или иной микроструктуры и кристаллографической текстуры. Существует очень большое количество схем обработки магниевых сплавов, начиная от таких традиционных как прямая и обратная экструзия и прокатка, и заканчивая эффективными схемами, позволяющими получать очень большие степени деформации и сильно измельченную структуру в заготовках - это методы интенсивных пластических деформаций, включающие кручение под гидростатическим давлением, равноканальное угловое прессование (РКУП), всестороннюю изотермическую ковку (ВИК), ротационную ковку (РК) и многие другие. В качестве примера можно привести способ комбинированной интенсивной пластической деформации металлической пластины (RU 2514239 С2, МПК В21 С 25/00, дата подачи заявки 05.06.2012), включающий деформирование пластины путем канального углового прессования продавливанием пластины через пересекающиеся первый и второй каналы матрицы с изгибом по ее высоте в первом канале, дно которого выполнено волнообразным, и с изменением формы ее поперечного сечения во втором канале, имеющем поперечное сечение в форме гофра. Однородность деформации по сечению пластины и обеспечение возможности многократного упрочнения пластины с непрямым профилем обеспечиваются за счет того, что передний конец пластины выполняют в форме дна упомянутого первого канала, при этом повторные циклы прессования пластины с измененной формой поперечного сечения после первого цикла производят с использованием устройства для повторных циклов прессования, первый канал которого выполняют с поперечным сечением, аналогичным поперечному сечению упомянутого второго канала.
Известен способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок (RU 2529604 С1 , МПК B21 J 5/06, C22F 1 /18, В82В 3/00, дата подачи заявки 08.04.2013), заключающийся в том, что для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами производят равноканальное угловое прессование цилиндрической заготовки. При этом в металле заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-^300 нм. Затем заготовку разрезают на диски, каждый из которых подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков. Деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков п<2. При этом обеспечивают формирование однородной нанокристаллической структуры с размером зерна <100 нм. В результате улучшаются физико-механические свойства обрабатываемого металла.
Так же известен способ обработки магниевого сплава системы Мд- Al-Zn методом ротационной ковки (RU 2664744 С1 , МПК C22F 1 /06, дата подачи заявки 28.1 1 .2017), который включает предварительную термообработку путем гомогенизирующего отжига при температуре 450-=-500°С и ротационную ковку, причем ротационную ковку осуществляют ступенчато в интервале температур 400-=-350°С с суммарной истинной степенью деформации 2, 5-^3, при этом ковку на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен со средним размером меньше 5 мкм, насыщенных двойниками деформации. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сплава на основе магния системы Mg-AI-Zn с одновременным повышением его пластичности.
Наиболее близким по сути предлагаемому нами изобретению можно считать способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования (RU 26781 1 1 С1 , МПК C22F 1 /06, дата подачи заявки 21 .05.2018), включающий 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°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. 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.
Все упомянутые способы обработки магниевых сплавов обладают существенным недостатком - они не универсальны относительно номенклатуры изделий. Практически каждый новый, вид изделия требует изготовления нового вида оснастки и привлечения дополнительного технологического оборудования. Кроме того, при обработке слитков больших размеров такими методами деформационной обработки, как, например, РКУП, возникают непреодолимые на сегодняшнем техническом уровне сложности, обусловленные необходимостью применения огромных усилий в прессах.
Техническая задача.
Целью настоящего изобретения является создание способа гибридной обработки магниевых сплавов, обладающего достаточно широкой технологической универсальностью, обеспечивающего повышение пластичности магниевых сплавов при одновременном повышении их прочностных и усталостных свойств.
Поставленная цель достигается тем, что способ гибридной обработки магниевых сплавов согласно изобретению, включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку. Гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350-=-450°С. Всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 400-=-300°С с шагом 25°С и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8-И 0. Изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300-=-250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 5% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.
Поставленная цель достигается также тем, что способ гибридной обработки магниевых сплавов согласно изобретению, включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку. Гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350 450°С. Всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 425 ч- 275еС с шагом от 10еС до 25 еС и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8 10.
Изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300 ч- 250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 7% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.
Поставленная цель достигается также тем, что способ гибридной обработки магниевых сплавов согласно изобретению, включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку. Гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350
Figure imgf000009_0001
450°С. Всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 425 ч- 275еС с шагом от 25еС до 40 еС и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8 10.
Изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300 ч- 250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 7% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.
Техническим результатом изобретения является повышение пластичности магниевых сплавов при одновременном повышении их прочностных и усталостных свойств.
Описание осуществления заявленного изобретения.
В качестве конкретного примера реализации способа приведем результаты исследования одного из нескольких магниевых сплавов, а именно Mg-1 ,0Zn-0,18Са.
С целью уменьшения дендритной ликвации сплав сначала был подвергнут отжигу при температуре 400°С длительностью 4 часа с последующим охлаждением на воздухе. После гомогенизации, скальпирования слитка и удаления усадочной раковины было получено несколько заготовок с размерами 0 58x153 мм.
Было опробовано 3 варианта ВИК.
1. В сумме проведено 5 циклов ВИК. Образовавшиеся при ковке трещины были сошлифованы. Суммарное время выдержки при температуре 400°С- ,5 часа, 375°С- час, 350°С - 1 ,5 часа, 325°С - 1 ,5 часа, 300°С - 1 ,5 часа. Получена заготовка с размерами 0 63x129 мм. Степень деформации за цикл ВИК составила е~1 ,82, суммарная степень деформации е~9,1 .
2. В сумме проведено 5 циклов ВИК. Образовавшиеся при ковке трещины были сошлифованы. Суммарное время выдержки при температуре 425°С - 1 ,5 часа, 385°С - 1 час, 345°С - 1 ,5 часа, 305°С - 1 ,5 часа, 275°С - 2 часа. Получена заготовка с размерами о 63x129 мм. Степень деформации за цикл ВИК составила е~ 1 ,76, суммарная степень деформации е~8,8.
3. В сумме проведено 6 циклов ВИК. Образовавшиеся при ковке трещины были сошлифованы. Суммарное время выдержки при температуре 400°С - 1 ,5 час, 370°С - 1 час, 345°С - 1 ,5 часа, 325°С - 1 ,5 часа, 310°С - 1 ,5 часа, 300°С - 2 часа. Получена заготовка с размерами о 63x129 мм. Степень деформации за цикл ВИК составила е~1 ,62, суммарная степень деформации е~9,7.
Все ВИК-заготовки были разрезаны пополам: одна половина каждой оставлена в таком состоянии (маркировки, в соответствии с режимами ВИК: VIK1 , VIK2 и VIK3), а вторые половины были осажены до высоты ~ 8,8 мм (е~2) при 300°С. Полученные диски имели размеры 0 160x8,8 мм.
Для последующей изотермической прокатки из дисков вырезали по две заготовки размерами 1 15x56x8,8 мм.
1. Две заготовки были нагреты до температуры 300°С в течение 15 минут и прокатаны со скоростью 2,4 мм/сек. Степень деформации за проход не превышала 5%. После каждого прохода заготовки подогревали в течение 5 минут (стабилизировали температуру) в печи, нагретой до температуры прокатки. Суммарная степень деформации составила е~0,84, конечная толщина листов ~ 3,8 мм. Общее время нахождения заготовок при 300°С при прокатке составило 3 часа. Маркировка сплава с комбинированной деформационной обработкой (ВИК + изотермическая прокатка) - VIK1 Р.
2. Остальные заготовки были нагреты до температуры 300°С в течение
15 минут и прокатаны со скоростью 2,4 мм/сек. Степень деформации за проход не превышала 7%. После каждого прохода заготовки подогревали в течение 5 минут (стабилизировали температуру) в печи, нагретой до температуры прокатки. Суммарная степень деформации составила е~0,84, конечная толщина листов ~3,8 мм. Общее время нахождения заготовок при 300°С при прокатке составило 3 часа. Маркировка сплава с комбинированной деформационной обработкой (ВИК + изотермическая прокатка) -VIK2P и VIK3P (соответственно вариантам ВИК)
Результаты испытаний на растяжение показали, что сплав после всесторонней изотермической ковки (VIK1 ) демонстрирует меньшую по сравнению, например, с экструдированным состоянием прочность (~200 МПа), но значительно большую пластичность (~26%). Сочетание же ВИК с изотермической прокаткой (VIK1 P) позволяет повысить прочность до ~ 260 МПа без существенного снижения пластичности (~21 %). Образцы VIK2P и VIK3P показали результаты по повышению прочности до примерно 250- 260 МПа без существенного снижения пластичности (~ 19—21 %).
Качественный и количественный анализ микроструктуры всех образцов проводили на оптических микроскопах «Nikon L150 » и Axiovert 40 МАТ, а также растровом электронном микроскопе Tescan Lyra3 на шлифах, изготовленных механическим шлифованием и полированием по стандартной процедуре. Зеренную структуру выявляли химическим травлением в течение 5 сек. в реактиве следующего состава: 75 мл этиловый спирт, 2 г пикриновая кислота, 37,5 мл уксусная кислота, 20 мл дистиллированная вода. Затем образцы промывали в течение 5 с в 10%- ном растворе азотной кислоты.
Структура сплава в состоянии поставки типичная крупнозернистая литая со сравнительно однородным распределением избыточных фаз (Фиг. 1 - микроструктура сплава в состоянии поставки). После всесторонней изотермической ковки структура становится однородной мелкозернистой с размером зерна около 4 мкм. При этом структура становится однородной как на микро-, так и макроуровне (Фиг. 2 - микроструктура сплава после ВИК (VIK1 )). Прокатка практически не меняет дисперсность и однородность структуры (Фиг. 3 - микроструктура сплава после ВИК, осадки и изотермической прокатки (VIK1 P)).
Кроме того, были проведены микроструктурные исследования методом сканирующей электронной микроскопии совместно с методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) с помощью растрового электронного микроскопа Carl Zeiss Sigma, оснащенного детекторами InLens и SE.
Исследовали сечения шлифа VIK1 P в направлениях ED и TD. Топография поверхностей начинала проявляться на увеличениях порядка 10000, однако каких-либо микроструктурных особенностей выявлено не было. Установлено равномерное распределение химических элементов без каких-либо признаков образования специфических фаз за исключением отдельных включений кальция и цинка в основной магниевой матрице.
Текстуру деформированного сплава исследовали методом EBSD с использованием EBSD сканов, полученных в сканирующем электронном микроскопе ZEISS SIGMA с полевым катодом и детектором EDAX/TSL Hikari 5.0.
В исходном литом состоянии структура сплава однородная, текстура близка к случайной. После всесторонней изотермической ковки реализуется очень однородная полностью рекристаллизованная структура с достаточно мелким зерном. В плоскости, параллельной оси заготовки, наблюдается текстура, характерная для РКУП, но с более размытым распределением базисных плоскостей относительно полюсов, что является преимуществом. При этом максимальное значение текстуры относительно невелико и составляет 6,5. Деформационные двойники отсутствуют. После изотермической прокатки образцов сплава, прошедших всестороннюю изотермическую ковку, в материале формируется характерная текстура прокатки с базисными плоскостями, сориентированными перпендикулярно направлению прокатки.
Из вышеизложенного следует, что, как с точки зрения микроструктуры, так и текстуры, весьма перспективным является предлагаемый способ гибридной обработки магниевых сплавов, позволяющий проводить обработку заготовок широкого диапазона размеров до очень больших степеней деформации и изготавливать полуфабрикаты самой различной формы. Его применение обеспечивает получение очень однородной мелкозернистой структуры с меньшей остротой текстуры по сравнению, например, с экструзией и РКУП, что, в свою очередь, позволяет получать достаточно высокие значения прочности и пластичности, а также уменьшенную асимметрию механического поведения и, как следствие, повышение усталостных характеристик.

Claims

Формула изобретения
1. Способ гибридной обработки магниевых сплавов, включающий гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350-=-450°С, всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенчато в интервале температур 400-=-300°С с шагом 25°С и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8-И О, а изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300-=-250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 5% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1 .
2. Способ обработки магниевых сплавов включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350 ч- 450°С, всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 425 ч- 275°С с шагом в диапазоне от 10е до 25 еС и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8 10, а изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300 200°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 7% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.
3. Способ обработки магниевых сплавов включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350 450°С, всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 425 ч- 275°С с шагом в диапазоне от 25 еС до 40еС и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8 10, а изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300 200°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 7% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.
PCT/RU2020/050254 2019-07-29 2020-09-29 Способ гибридной обработки магниевых сплавов (варианты) Ceased WO2021021006A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112020003615.4T DE112020003615T5 (de) 2019-07-29 2020-09-29 Verfahren zur gemischten behandlung von magnesiumlegierungen (varianten)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124362 2019-07-29
RU2019124362A RU2716612C1 (ru) 2019-07-29 2019-07-29 Способ гибридной обработки магниевых сплавов

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2021021006A2 true WO2021021006A2 (ru) 2021-02-04
WO2021021006A8 WO2021021006A8 (ru) 2021-03-25
WO2021021006A3 WO2021021006A3 (ru) 2021-05-14

Family

ID=69898517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/050254 Ceased WO2021021006A2 (ru) 2019-07-29 2020-09-29 Способ гибридной обработки магниевых сплавов (варианты)

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112020003615T5 (ru)
RU (1) RU2716612C1 (ru)
WO (1) WO2021021006A2 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758798C1 (ru) * 2020-07-21 2021-11-02 Дмитрий Львович Мерсон Способ получения биорезорбируемого магниевого сплава и его применение
CN117259635B (zh) * 2023-09-18 2024-05-14 中南大学 一种vw93m镁合金中厚板制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745592B (zh) * 2010-01-15 2011-05-11 北京工业大学 一种高强度镁合金丝的旋锻制备方法
RU2514239C2 (ru) 2012-06-05 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физико-технических проблем Севера имени В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук Способ комбинированной интенсивной пластической деформации металлической пластины.
CN103805924B (zh) * 2012-11-14 2016-01-20 北京有色金属研究总院 一种适用于镁合金铸锭的均匀化处理及后续加工的方法
CN103820689B (zh) * 2012-11-19 2016-01-20 北京有色金属研究总院 含两系稀土的高强耐热镁合金及其制备加工方法
RU2529604C1 (ru) 2013-04-08 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок
CN107427603A (zh) * 2015-03-11 2017-12-01 波士顿科学国际有限公司 用于内假体的生物溶蚀性镁合金微结构
CN108699642B (zh) * 2016-03-10 2020-10-16 国立研究开发法人物质材料研究机构 镁基合金延展材料及其制造方法
RU2664744C1 (ru) * 2017-11-28 2018-08-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Al-Zn методом ротационной ковки
CN109852912B (zh) * 2017-11-30 2023-04-07 有研工程技术研究院有限公司 一种提高镁合金抗蠕变性能的方法
RU2678111C1 (ru) * 2018-05-21 2019-01-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021021006A3 (ru) 2021-05-14
RU2716612C1 (ru) 2020-03-13
WO2021021006A8 (ru) 2021-03-25
DE112020003615T5 (de) 2022-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012506290A (ja) 生体臨床医学用のナノ組織化純チタンとそれを利用したロッド制作方法
Panigrahi et al. A study on the combined treatment of cryorolling, short-annealing, and aging for the development of ultrafine-grained Al 6063 alloy with enhanced strength and ductility
Yang et al. Effect of power spinning and heat treatment on microstructure evolution and mechanical properties of duplex low-cost titanium alloy
CN109161757B (zh) 一种具有高强度和高塑性的镁合金及其制备方法
Choi et al. Microstructure evolution in Zr under equal channel angular pressing
Sheng et al. Hot extrusion effect on the microstructure and mechanical properties of a Mg–Y–Nd–Zr alloy
Yan et al. Microstructure and texture evolution of the β-Mg17A12 phase in a Mg alloy with an ultra-high Al content
Bin et al. Effect of two-step increased temperature thermal rolling on anisotropy and stretch formability of AZ31 magnesium alloy sheets
RU2656626C1 (ru) Способ получения проволоки из сплава титан-ниобий-тантал-цирконий с эффектом памяти формы
WO2021021006A2 (ru) Способ гибридной обработки магниевых сплавов (варианты)
LIANG Mechanical properties and texture evolution during hot rolling of AZ31 magnesium alloy
Wang et al. Phase transformation and mechanical properties of nanocrystalline Ti–2Fe-0.1 B alloy processed by high pressure torsion
Lei et al. Microstructure and mechanical properties of pure magnesium subjected to hot extrusion
Murashkin et al. Strength of commercial aluminum alloys after equal channel angular pressing and post-ECAP processing
Rogachev et al. Effect of intermediate processing treatment on the structure and mechanical properties of Al–4 wt% Cu–3 wt% Mn alloy manufactured by electromagnetic casting followed by high-pressure torsion (HPT)
Lin et al. Impact of solid-solution treatment on microstructural characteristics and formability of rotary-swaged 2024 alloy tubes
An et al. Fast aging kinetics of the AA6016 Al-Mg-Si alloy and the application in forming process
Yue et al. Grain refinement and texture evolution of Mg-Gd-Y-Zn-Zr alloy processed by repetitive usetting-extrusion at decreasing temperature
WO2013137765A1 (ru) Ультрамелкозернистый двухфазный альфа-бета титановый сплав и способ его получения
RU2503733C1 (ru) Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него
Zuiko et al. Effect of cold plastic deformation on mechanical properties of aluminum alloy 2519 after ageing
CN117440839A (zh) 螺钉用母材、螺钉及其制造方法
Xin Microstructure refining and property improvement of ZK60 magnesium alloy by hot rolling
Merson et al. Improving mechanical performance of biodegradable ZX10 alloy in Hanks’ solution through thermo-mechanical treatment
RU2367713C2 (ru) Способ обработки ультрамелкозернистых сплавов с эффектом памяти формы

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20848146

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2