Микроструктура, кристаллографическая текстура и механические свойства сплава Zn–1%Mg–1%Fe, подвергнутого интенсивной пластической деформации

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: Zn_{эвтектика} + Mg₂Zn_{11эвтектика} + FeZn₁₃ → Zn_фаза + Mg₂Zn_11фаза + MgZn_{2частицы} + Zn_{частицы}. 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.