Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), senior expert, senior researcher
доктор физико-математических наук, старший эксперт, старший научный сотрудник
PhD (Engineering), assistant professor of Chair of Materials Science and Metal Physics, senior researcher at the Research Laboratory “Metals and Alloys under Extreme Exposures”
кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и физики металлов, старший научный сотрудник НИЛ «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»
graduate student of Chair of Materials Science and Physics of Metals, research assistant at the Research Laboratory “Metals and Alloys under Extreme Exposures”
магистрант кафедры материаловедения и физики металлов, лаборант НИЛ «Металлы и сплавы при экстремальных воздействиях»
The paper covers the production, analysis of the microstructure, crystallographic texture and deformation mechanisms of the ultrafine-grained (UFG) Zn–1%Mg–1%Fe zinc alloy demonstrating unique physical and mechanical properties compared to its coarse-crystalline analogs. The zinc alloy with improved mechanical properties was developed in two stages. At the first stage, based on the analysis of literature data, an alloy with the following chemical composition was cast: Zn–1%Mg–1%Fe. Then, the alloy was subjected to high-pressure torsion (HPT) to improve mechanical properties due to grain structure refinement and implementation of dynamic strain aging. The conducted mechanical tensile tests of the samples and assessment of the alloy hardness showed that HPT treatment leads to an increase in its tensile strength to 415 MPa, an increase in hardness to 144 HV, and an increase in ductility to 82 %. The obtained mechanical characteristics demonstrate the suitability of using the developed alloy in medicine as some implants (stents) requiring high applied loads. To explain the reasons for the improvement of the mechanical properties of this alloy, the authors carried out comprehensive tests using microscopy and X-ray diffraction analysis. The microstructure analysis showed that during the formation of the ultrafine-grained structure, a phase transition is implemented according to the following scheme: Zneutectic + Mg2Zn11eutectic + FeZn13 → Znphase + Mg2Zn11phase + MgZn2particles + Znparticles. It was found that as a result of high pressure torsion in the main phases (Zn, Mg2Zn11), the grain structure is refined, the density of introduced defects increases, and a developed crystallographic texture consisting of basic, pyramidal, prismatic, and twin texture components is formed. The study showed that the resistance of pyramidal, prismatic and twin texture components at the initial stages of high-pressure torsion determines the level and anisotropy of the strength properties of this alloy. The relationship between the discovered structural features of the produced alloy and its unique mechanical properties is discussed.
Статья посвящена получению, анализу микроструктуры, кристаллографической текстуры и механизмов деформации ультрамелкозернистого (УМЗ) цинкового Zn–1%Mg–1%Fe сплава, демонстрирующего уникальные физико-механические свойства по сравнению с его крупнокристаллическими аналогами. Цинковый сплав с улучшенными механическими свойствами разрабатывали в два этапа. На первом этапе на основе анализа литературных данных отливали сплав со следующим химическим составом: Zn–1%Mg–1%Fe. В дальнейшем сплав подвергали интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) с целью повышения механических свойств в результате измельчения зеренной структуры и реализации в нем динамического деформационного старения. Проведенные механические испытания на растяжения образцов и оценка твердости сплава показали, что ИПДК-обработка приводит к росту предела его прочности до 415 МПа, увеличению твердости до значения 144 HV и повышению пластичности до 82 %. Полученные механические характеристики демонстрируют пригодность использования разработанного сплава в медицине в качестве некоторых имплантатов (стентов), требующих больших приложенных нагрузок. Для объяснения причин повышения механических свойств данного сплава проведены комплексные испытания методами микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Анализ микроструктуры показал, что при формировании УМЗ структуры реализуется фазовый переход по следующей схеме: Znэвтектика + Mg2Zn11эвтектика + FeZn13 → Znфаза + Mg2Zn11фаза + MgZn2частицы + Znчастицы. Установлено, что в результате ИПДК-обработки в основных фазах (Zn, Mg2Zn11) происходит измельчение зеренной структуры, повышение плотности внесенных дефектов и формирование развитой кристаллографической текстуры, состоящей из базисных, пирамидальных, призматических и двойниковых компонент текстуры. Показано, что стойкость пирамидальных, призматических и двойниковых компонент текстуры на начальных этапах ИПДК определяет уровень и анизотропию прочностных свойств данного сплава. Обсуждается взаимосвязь обнаруженных структурных особенностей полученного сплава с его уникальными механическими свойствами.