M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg
аспирант, ведущий инженер лаборатории прочности
Doctor of Sciences (Engineering), Head of Laboratory of strength
доктор технических наук, заведующий лабораторией прочности
Magnesium and its alloys belong to the lightest metal structural materials. However, at the moment, the application of magnesium alloys is limited due to their poor workability and low ductility at low temperatures that is caused by the crystalline structure of magnesium and the limited number of active slip systems. The mechanical properties of the material can be improved significantly by means of creation of the fine-grained structure using the megaplastic deformation methods.
The authors used the scanning electron microscopy method, EBSD-analysis and tensile tests to study the structure, texture and mechanical properties of 1-mm magnesium plates and 120-μm magnesium foils produced in the result of megaplastic deformation using the transverse extrusion method (the first stage) and further rolling (the second stage) at room temperature and at the temperature of about −100°C. Total true strain after two stages was e~6.0.
In the result of deformation, the original grain size was significantly reduced from 7 mm to 4.5 μm. All samples demonstrated the formation of the bimodal structure where the large grains are surrounded by smaller ones. The processes of fragmentation and continuous dynamic recrystallization play the main role in the grain refinement. With the increase of deformation degree, the basis texture (0001) strengthens. The authors did not find any traces of the intense twinning, which is one of the main deformation mechanisms in magnesium. Tensile tests showed the improvement of plastic properties of 120-μm foil compared to a 1-mm plate.
Магний и его сплавы относятся к наиболее легким металлическим конструкционным материалам, однако возможности применения магниевых сплавов на сегодняшний день сильно ограничены из-за плохой обрабатываемости и низкой пластичности при низких температурах, что связано со сложной кристаллической структурой магния и ограниченным числом активных систем скольжения. Существенно улучшить механические свойства материала можно за счет создания мелкозернистой структуры методами мегапластической деформации.
В работе с помощью метода сканирующей электронной микроскопии, EBSD-анализа и испытаний на растяжение были исследованы структура, текстура и механические свойства магниевых пластин и фольг толщиной 1 мм и 120 мкм соответственно, полученных в результате мегапластической деформации методами поперечного выдавливания (первый этап) и дальнейшей прокатки (второй этап) при комнатной температуре и при температуре около −100 °С. Суммарная истинная деформация после двух этапов составила
В результате деформации произошло существенное измельчение исходного размера зерна: от 7 мм до 4,5 мкм. Во всех образцах наблюдается формирование бимодальной структуры, в которой крупные зерна окружены более мелкими. Основная роль в измельчении зерна отводится процессам фрагментации и непрерывной динамической рекристаллизации. С увеличением степени деформации отмечается усиление текстуры базиса (0001). Не было обнаружено следов интенсивного двойникования, которое является одним из основных деформационных механизмов в магнии. Испытания на растяжение показали, что для 120-мкм фольги удалось достичь некоторого улучшения пластических свойств по сравнению с 1-мм пластиной.