Виды и факторы сверхпластической деформации

Классическое определение сверхпластичности было дано учеником А.А. Бочвара проф. И.И.Новиковым [7]. Сверхпластичность - это способность металлических материалов квазиравномерно удлиняться с высокой скоростной чувствительностью напряжения течения (т> 0;2 - 0,3).

В понятии «сверхпластичность» следует выделить главное. А именно то, что сами по себе высокие удлинения не являются определяющим признаком сверхпластичности; при обычной деформации монокристаллов были получены удлинения, составляющие сотни прцентов. Малые напряжения течения не могут также являться единственным признаком СПД. После зонной очистки монокристаллы цветных металлов имеют предел текучести порядка нескольких МПа. Поэтому главным отличием СПД от обычной пластической деформации является высокая устойчивость течения металла.

Иначе говоря, сверхпластичные материалы обеспечивают большие удлинения не потому, что оказывают сопротивление зарождению шейки на растягиваемых образцах, а потому, что припятствуют ее развитию. Такое удлинение было названо И.И. Новиковым квазиравномерным.

Наиболее точное с позиций термодинамики определение сверхпластичности сформулировано А.П. Гуляевым [10], как особое состояние материала, способного к большим деформациям.

Исходя из этого могут быть реализованы следующие виды СПД:

- структурная (микрозеренная), проявляющаяся при исходном мелком зерне в определенных температурно-скоростных условиях;

  • - субкритическая, обусловленная так называемым состоянием предп ревращения;
  • - мартенситная, наблюдаемая во время мартенситного превращения;
  • - рекристаллизационная, возникающая в процессе динамической рекристаллизации.

Сверхпластические свойства могут проявлять сплавы, для которых в определенных условиях характерно совмещение деформации с формированием мелкозернистой структуры. Из этого следует, что СПД является одним из способов получения полуфабрикатов с ультрамелким зерном, остающимся неизменным после снятия термомеханического воздействия [9].

Принято считать, что любой сплав с ультрамелким равноосным зерном при повышенных температурах и определенных, достаточно низких скоростях деформации, может в большей или меньшей мере проявлять признаки структурной сверхпластичности.

Однако для практического использования эффекта сверхпластичности недостаточно иметь в исходной заготовке ультрамелкое равноосное зерно. Необходимо еще сохранить малый размер зерен в течение всего времени СПД, причем следует отметить, что для мелкозернистой структуры характерна большая склонность к росту зерна, обусловленная стремлением уменьшить суммарную энергию межзеренных границ

Особенность СПД, основным механизмом которой является зернограничное скольжение, заключается в том, что она не приводит к изменению мелкозернистой структуры деформированного материала. Иначе говоря, структура деформированных в условиях СПД материалов не зависит от степени деформации, а зависит только от скорости и температуры деформации. В том случае, если температура и скорость деформации соответствуют режиму СПД, структура остается стабильной и по размерам, и по форме зерен и характеризуется низкой, как в хорошо отожженном металле, плотностью (рис. 3).

Микроструктура алюминиевого сплава 1561 до (а) и после (б) сверхпластической деформации (2750С, 6х 10-3 с-1)

Рис.З. Микроструктура алюминиевого сплава 1561 до (а) и после (б) сверхпластической деформации (2750С, 6х 10-3 с-1)

Благодаря этим особенностям поковки, полученные с применением СПД, отличаются повышенной изотропностью механических свойств. Существенным является также то, что при последующей термообработке в этих поковках отмечается равномерный рост зерен. Следовательно, СПД не только улучшает технологичность сплавов при обработке давлением, но и придает деталям более высокие изотропные механические и эксплуатационные свойства (рис.4).

Механические свойства сплава ВТ9 с исходной глобулярной микроструктурой после традиционной обработки и СП деформации

Рис. 4. Механические свойства сплава ВТ9 с исходной глобулярной микроструктурой после традиционной обработки и СП деформации

Рассмотрим основные условия, необходимые для осуществления СПД. Полагаем, что материалы в зависимости от исходного структурного состояния могут быть сверхпластичными, деформируемыми в условиях сверхпластичности (динамическая сверхпластичность) и в условиях, близких к сверхпластичности.

Основными факторами, определяющими деформационное поведение сверхпластичных материалов О.А. Кайбышев [8] считает следующие: 1. Структурный фактор, т.е наличие в исходном материале равноосной, стабильной микроструктуры с размером зерна не более 10 мкм. Для металлов и сплавов, способным к полиморфным и другим структурным превращениям, требование наличия исходного ультрамелкого зерна не обязательно, но желательно, так как измельчение зерна дает возможность увеличить скорость деформации на 2-3 порядка при прочих равных условиях [9].

2. Температурный фактор. Температурный интервал существования структурной сверхпластичности находится в интервале: t^p.-W* Температура СПД должна поддерживаться постоянной в объеме деформируемого металла в течение всего процесса штамповки (изотермические условия).

Еще А.А. Бочвар предположил, что наиболее благоприятные условия сверхпластической деформации двухфазных сплавов будут, если фазы примерно равнопрочные, а их объемное отношение составляет 1:1, что было подтверждено при последующих исследованиях сверхпластичности двухфазных (а+р) - титановых сплавов. У большинства двухфазных титановых сплавов это соотношение объемов фаз наблюдается при температурах (tAe) на 40-500°С ниже температуры полиморфного превращения (tn.n) (табл. 2):

Показатели сверхпластической деформации некоторых титановых

Таблица 2

сплавов

Сплав

Тетемпература

деформации

^деф/ С

Тетемпература

полиморфного

превращения,

tn.n, °с

С скорость СПД, с'1

m

ВТЗ-1

925

975

1.5 • 10'[1]

0,6

ВТб

900

945

2,0 10'[1]

0,52

ВТ9

950

990

1,7 • 10'[1]

0,58

ВТ18

965

1000

1,2 • 10'[1]

0,53

ВТ22

840

885

4,0 • 10[5]

0,55

статочно высокой, чтобы в условиях повышенной температуры не происходил активный рост зерен вследствие собирательной рекристаллизации. Скоростной интервал СПД при испытаниях на растяжение (с = 10-2 ч- 10-4, с-1) находится между скоростями высокотемпературной ползучести и традиционных процессов ОМД.

  • [1] Скоростной фактор. Скорость деформации должна быть доста
  • [2] Скоростной фактор. Скорость деформации должна быть доста
  • [3] Скоростной фактор. Скорость деформации должна быть доста
  • [4] Скоростной фактор. Скорость деформации должна быть доста
  • [5] точно малой, чтобы успевала протекать рекристаллизация обработки и до-
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >