Влияние электропластической деформации на микроструктуру деформационного магния

В.С. Савенко

Доктор технических наук, профессор

МГПУ им. И.П. Шамякина, г. Мозырь, Республика Беларусь

С.А.Ермоковец², А.Г.Силивонец³

Магистранты физико-инженерного факультета

МГПУ им. И.П. Шамякина, г. Мозырь, Республика Беларусь

Основной задачей физики прочности и пластичности является получение материалов с улучшенными служебными характеристиками, удовлетворяющих высоким эксплуатационным свойствам при обработке металлов давлением. [1-2]

В работе представлены результаты исследования влияния импульсного тока плотностью 10⁴ – 10⁵ А\мм² и длительностью 10^-5с в условиях многопереходной прокатки магния. Магний имеет широкое применение в современных технических устройствах благодаря низкой плотности, что позволяет существенно снизить вес изделий и конструкций для применения в авиационной и автомобильной промышленности.

Экспериментальные исследования проводились на образцах магния, один из которых подвергался многоходовой прокатке в условия электропластической деформации, а второй образец контрольный. Образец с током проходил прокатку из 35 переходов.

Отличительной особенностью электропластической прокатки является то, что валки не включены в электрическую цепь для устранения электроэрозии. [3]

1 Морфологический анализ микроструктуры образцов магния

Морфологический анализ изображения определялся прибором «Пост микроконтроль МК-3» с помощью компьютерной программы Аutoscan Objects.

В ходе исследований был проведен морфологический анализ с выделением гистограмм по классам и определением контроля физико-механических свойств материала, основанного на измерении микротвердости. Анализ экспериментальных и теоретических данных проводника с учетом коэффициентов парной корреляции и регрессии для верности.

Исследование микроструктуры образцов проведено с использованием растрового электронного микроскопа LEO 1455VP (CarlZeiss). Наблюдение осуществлялось регистрацией отраженных электронов, ускоряющее напряжение составляло 20 кВ.

Изучение деформационных характеристик образцов с током и без тока по различным параметрам показало существенную зависимость микроструктуры от внешних энергетических воздействий (рисунок 1.1)

б)

а)

Рисунок 1.1 – Образец без тока (а) и с током (б) (100х)

Анализ расчета по параметру фактор формы зерен показал существующее влияние импульсов тока на деформационные процессы в магнии.

Расчет по параметру Фактор формы

Рисунок 1.1 – Сравнительный график по параметру фактор формы

При воздействии электрического тока на образец меняются его прочностные характеристики, размер зерен уменьшается, структура становиться более мелкозернистой, что улучшает служебные характеристики деформационного магния.

2 Измерение микротвердости образцов магния

Исследование микротвердости фазовых структурных составляющих и распределение микротвёрдости по толщине химико-термически обработанных слоев магния проводилась на микротвердомере ПМТ-3 с помощью программного обеспечения Atami Studio 3.4.

Одним из параметров материала, характеризующим его структуру и стойкость к усталостному разрушению, является величина обратимой неупругой (релаксационной) и упругой деформации при повторных нагружениях.

Обратимую неупругую деформацию можно найти из общей деформации [1]:

(2.2)

где – эффективная деформация ()

– глубина отпечатка, мкм;

– величина проекции отпечатка;

– величина общей деформации.

Упругая деформация рассчитывается из соотношения [1]:

(2.3)

Посчитав значения упругой и обратимой неупругой деформации, получаем следующую зависимость:

Рисунок 2.1 – Сравнительный график зависимости упругой и неупругой

деформации образцов без тока и с током.

Из графиков видно, что в обоих образцах отсутствует упругая деформация, то есть под действием нагрузки происходит незначительное обратимое смещение атомов. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и отталкивания, поэтому после снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное положение, приобретают свою первоначальную форму. В случае пластической деформации многоходовой прокаткой кристаллическая решетка разрушается с образование наклепа, при этом межатомная связь становиться крайне мала либо отсутствует в целом, что не позволяет атомам возвращаться к исходному положению и форме.

Литература:

1. Кошкин, В.И. Оценка структуры и механических свойств материалов по статическим характеристикам микротвердости. – Москва: МГИУ, 2011. – С.62

2. Физическое металловедение. Под редакцией Р. Кана, выпуск 2. - М.: Мир, 1968 - 490 с., ил.

3. Савенко, В.С. Фундаментальные и прикладные исследования электропластической деформации металлов: монография./ О.А. Троицкий, В.С. Савенко. – Минск: ИВЦ Минфина, 2013. – 375с.

4. Троицкий, О.А. Физические основы и технологии обработки современных металлов: в 2 т./ О.А. Троицкий [и др]. – Ижевск – Москва: Изд-во РХД., Т 1. – 590с., Т 2. – 467с.