Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), expert
доктор физико-математических наук, эксперт
PhD (Engineering), assistant professor of Chair of Materials Science and Physics of Metals, senior researcher at the Research Laboratory “Metals and Alloys under Extreme Impacts”
кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и физики металлов, старший научный сотрудник НИЛ «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»
graduate student, laboratory assistant of the Research Laboratory “Metals and Alloys under Extreme Impacts”
магистрант, лаборант НИЛ «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»
In this paper, the authors consider the mechanisms of formation of high-strength states in the Zn–1%Li–2%Mg alloy as a result of its processing by the high pressure torsion (HPT) method. For the first time, the study showed that using HPT treatment, as a result of varying the degree of deformation at room temperature, it is possible to increase the ultimate strength of a zinc alloy from 155 to 383 MPa (with an increase in the yield stress from 149 to 306 MPa) without losing its ductility. To explain the reasons for the increase in the zinc alloy mechanical properties, its microstructure was analyzed by scanning electron microscopy (SEM), X-ray phase analysis (XPA), X-ray diffraction analysis (XRD), and small-angle X-ray scattering (SAXS). Using XPA, the authors established for the first time that Zn(eutectic)+β-LiZn4(eutectic)→~LiZn3+Zn(phase)+Zn(precipitation) and MgZn2→Mg2Zn11 phase transformations occur in the zinc alloy during HPT treatment. SEM analysis showed that at the initial stages of HPT treatment, cylindrical Zn particles with a diameter of 330 nm and a length of up to 950 nm precipitate in β-LiZn3 phase. At the same time, the SAXS method showed that needle-like LiZn4 particles with a diameter of 9 nm and a length of 28 nm precipitate in the Zn phase. The study established that, only spherical Zn and LiZn4 particles precipitate at high degrees of HPT treatment. Precision analysis of the zinc alloy microstructure showed that HPT treatment leads to grain refinement, an increase in the magnitude of crystal lattice microdistortion, a growth of the density of dislocations, which are predominantly of the edge type. As a result of the analysis of hardening mechanisms, the authors concluded that the increase in the zinc alloy strength characteristics mainly occurs due to grain-boundary, dislocation, and dispersion hardening.
В данной работе рассматриваются механизмы формирования высокопрочных состояний в сплаве Zn–1%Li–2%Mg в результате его обработки методом интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК). Впервые показано, что методом ИПДК-обработки в результате варьирования степени деформации при комнатной температуре можно повысить значение предела прочности цинкового сплава со 155 до 383 МПа (с повышением предела текучести со 149 до 306 МПа), не теряя при этом его пластичности. Для объяснения причин повышения механических свойств цинкового сплава проведен анализ его микроструктуры методами растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгенофазового анализа (РФА), рентгеноструктурного анализа (РСА) и малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Впервые методом РФА установлено, что в цинковом сплаве при ИПДК-обработке реализуются Zn(эвтектика)+β-LiZn4(эвтектика)→~LiZn3+Zn(фаза)+Zn(выделение) и MgZn2→Mg2Zn11 фазовые превращения. Методом РЭМ показано, что на начальных этапах ИПДК-обработки в β-LiZn3 фазе выпадают частицы Zn цилиндрической формы диаметром 330 нм и длиной до 950 нм. При этом методом МУРР показано, что в фазе Zn выпадают частицы LiZn4 игольчатой формы диаметром 9 нм и длиной 28 нм. Установлено, что при больших степенях ИПДК-обработки выделения Zn и LiZn4 выпадают только сферической формы. Прецизионный анализ микроструктуры цинкового сплава показал, что ИПДК-обработка приводит к измельчению зерен, повышению величины микроискажения кристаллической решетки, росту плотности дислокаций, относящихся преимущественно к краевому типу. В результате анализа механизмов упрочнения сделан вывод о том, что повышение прочностных характеристик цинкового сплава в основном происходит за счет зернограничного, дислокационного и дисперсионного упрочнений.