Готовый перевод Fatigue behaviour of light alloys with ultrafine grain structure produced by severe plastic deformation: An overview / Усталостное поведение лёгких сплавов с ультрамелкозернистой структурой, полученных методом интенсивной пластической деформации: обзор: Introduction

Размер зерна, как правило, рассматривается как основной структурный фактор, влияющий на механическую реакцию металлов и сплавов.

Это определенно относится к их усталостному поведению, и контроль размера зерна является ключевым вопросом при дизайне материалов с необходимой усталостной прочностью.

Как правило, уменьшение размера зерна положительно влияет на механические свойства материалов.

Особый интерес в этом отношении представляет сильное измельчение зерна, достигаемое методом интенсивной пластической деформации (ИПД) [1].

Благодаря способности данного метода производить значительное измельчение зерна вплоть до субмикронного размера, эти методы пользуются большой популярностью.

Влияние равноканального углового прессования (возможно, самый популярный метод ИПД) на размер зерна в объёмных заготовках двух различных алюминиевых сплавов представлено снимками структуры рис.1.

Наблюдаемое явное измельчение зерна даёт перспективу для использования в строительстве. В настоящее время доступно несколько вариаций методов ИПД с хорошей масштабируемостью, необходимых для соответствия промышленных норм.

Например, такие как равноканальное угловое прессование (РКУП), многократная прокатка с сопряжением слоев (ARB-прокатка), всесторонняя многоступенчатая ковка, непрерывная обработка полосового проката металла сдвигом (НОППС) и др.[1].

При равномерном (статическом) нагружении ультрамелкозернистые (УМЗ) металлы, полученные методом ИПД демонстрируют благоприятные сочетания механических свойств.

Поэтому, у лёгких сплавов с УМЗ структурой часто высокая удельная прочность сочетается с сравнительно высокой пластичностью, которая во многих случаях оказывается выше, чем для традиционных холоднодеформируемых материалов с относительно крупным размером зерна (КЗ).

Тем не менее, сообщалось противоречивость результатов в отношении пластичности при растяжении: в то время как некоторые авторы заявляли об увеличении удлинения до разрушения, другие наблюдали снижение пластичности УМЗ материалов по сравнению с КЗ материалами.

Большое разнообразие структурных состояний и режимов обработки, используемых в ИПД, см. Таблица 1 затрудняет оценку результатов, полученных разными авторами.

Обычно, значительное повышение прочности при обработке ИПД сопровождается потерей пластичности.

Однако пластичность материалов, обработанных ИПД, выше, чем у наноструктурированных материалов, полученных, например, Криопомолом [2], или, в некоторых случаях, она может быть даже выше, чем у их аналогов, упрочненных классическими способами.

Таким образом, повышение пластичности было продемонстрировано для обработанного РКУП технически-чистого Al, а также для обработанного ARB-прокаткой УМЗ Al и AA6016 [3–5].

Маркушев и Виноградов [6] сравнили данные, полученные разными исследователями, и установили, что не было достигнуто улучшения пластичности в не дисперсионно-твердеющих сплавах Al-Mg, таких как AA5056 [6,7].

С другой стороны, было обнаружено, что дисперсионно-твердеющии Al-сплавы наиболее чувствительны к ИПД с точки зрения улучшения структуры, повышения прочности и усталостного износа, а также улучшения пластичности [6–14].

Например, Roven и др. [14] сообщили о значительном (25–35%) увеличении предела прочности при растяжении, σURS, в различных алюминиевых сплавах серии 6xxx по сравнению с их обычными аналогами, обработанными по режиму T6.

Мало того, что это увеличение прочности было достигнуто без ущерба для пластичности, но, фактически, удлинение при растяжении до разрыва даже увеличилось в 1,5-2 раза.

Аналогичные выводы были сделаны в работе [6], где также было отмечено, что влияние ИПД на пластичность алюминиевых сплавов при комнатной температуре может быть двойственным.

С одной стороны, равномерное удлинение обычно не улучшается после обработки ИПД; с другой стороны, сопротивление материала локальному пластическому течению после образования шейки может значительно возрасти.

Это подтверждается результатами для сплава AA6063, полученными Meyer и др. [15].

Впечатляющее повышение пластичности наблюдалось для сплавов Mg, подвергнутых РКУП [16–19], что, как предполагается, связано со специфическими структурами, которые развиваются при простом сдвиге в гексагональных плотноупакованных материалах.

Рекордное удлинение при растяжении было достигнуто у обработанных РКУП сплавов Mg ZK60 [17,19,20] и AZ31 [20,21] в режиме сверхпластической деформации.

Исключительно хорошее сочетание прочности на разрыв и пластичности наблюдалось в титане, обработанным РКУП [22].

Очевидно, что одного лишь измельчение зерна не достаточно для достижения повышения прочности, в частности, для гпу сплавов на основе Mg или Ti, структура которых получена РКУП, это не подходило для упрочнения.

Действительно, при РКУП использовали обычный 90о угол между проходами и ориентировку каналов под углом 45о относительно направления прессования [23–25].

В последующих испытаниях на одноосное растяжение с направлением растяжения, совпадающим с или близким к направлению прессования, базисное скольжение активируется достаточно легко.

Структуры, связанные с понижением предела текучести ведут себя противоположно закону Холла-Пэтча, говорящим об повышении прочности при измельчении зерна, тогда как пластичность возрастает, как было показано для Mg сплава AZ31 [16].

Для перспективных инжиниринговых решений для УМЗ материалов их усталостные свойства должны учитываться на ровне с прочностью и пластичностью при монотонной нагрузке.

Эти свойства были тщательно изучены в отношении лёгких сплавов с УМЗ структурой, но, насколько нам известно, систематическая оценка многих результатов, доступных в литературе, до настоящего времени не проводилась.

До сих пор, большинство экспериментальных результатов связанных с усталостью лёгких сплавов с УМЗ структурой были получены на образцах, изготовленных путём РКУП в комбинации с какой-либо термомеханической обработкой.

В этой статье обозреваются данные усталостных испытаний лёгких сплавов с УМЗ структурой, полученных в основном РКУП.

Настоящий обзор посвящён следующим вопросам:
1. Влияние растворённого вещества на упрочнение и усталостное поведение.
2. Малоцикловая усталость , в том числе влияние уменьшения жесткости.
3. Многоцикловая усталость, в частности - предел выносливости.
4. Рост трещины.

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/75788/429715

Переводчики: Yserg