RU2653741C2 - Method of plastic deformation of alloys from aluminum - Google Patents
Method of plastic deformation of alloys from aluminum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653741C2 RU2653741C2 RU2016114338A RU2016114338A RU2653741C2 RU 2653741 C2 RU2653741 C2 RU 2653741C2 RU 2016114338 A RU2016114338 A RU 2016114338A RU 2016114338 A RU2016114338 A RU 2016114338A RU 2653741 C2 RU2653741 C2 RU 2653741C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformation
- temperature
- acoustic emission
- aluminum
- alloy
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 10
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000003121 nonmonotonic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
- C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пластической обработки металлов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для пластической деформации алюминия и сплавов из алюминия.The invention relates to the field of plastic processing of metals and can be used in various fields of industry and science for the plastic deformation of aluminum and aluminum alloys.
Известен акустопластический эффект [Blaha, В. Langeneckei // Naturwiss. Rundsch. - 1955. - 42. - Н. 20. - S. 556], заключающийся в повышении пластичности материалов под действием ультразвука, экспериментально обнаруженный на ультразвуковых частотах Блаха и Ланженекером [1] и представляющий собой скачкообразное снижение напряжения однонаправленной деформации кристалла при наложении на него знакопеременных деформаций.Known acoustoplastic effect [Blaha, B. Langeneckei // Naturwiss. Rundsch. - 1955. - 42. - N. 20. - S. 556], which consists in increasing the ductility of materials under the action of ultrasound, experimentally detected at the ultrasonic frequencies by Blach and Langezenecker [1] and representing an abrupt decrease in the stress of unidirectional deformation of a crystal when superimposed on it alternating deformations.
Акустопластический эффект наблюдается в широком диапазоне частот от единиц герц до мегагерц, но наиболее широкое применение он нашел в диапазоне 15-40 кГц. Акустопластический эффект, реализуемый при одновременном воздействии ультразвука и статического нагружения, есть результат суммирования статических напряжений и динамических напряжений ультразвуковой волны. При размещении образца в узле стоячей волны увеличивается скорость ползучести меди при воздействии продольной стоячей волной частотой 20 кГц. Эффект наблюдают в пучности, сформированной в образце стоячей волны. В технологических процессах при прокатке амплитуда динамических напряжений лежит в диапазоне 107-108 Па. Ввод ультразвука в образец для формирования стоячей волны осуществляется через волновод в виде концентратора ультразвука, объединенного с ультразвуковым преобразователем. При одновременном воздействии ультразвуковых колебаний частотой 20 кГц и статических нагрузок в медном образце существенно возрастает плотность вакансий (1020 вакансий/с при амплитуде колебаний 1 мкм). При длительном воздействии ультразвука наблюдается разрушение образцов, обусловленное интенсивным порообразованием по границам зерен.The acoustoplastic effect is observed in a wide frequency range from units of hertz to megahertz, but he found the most widespread application in the range of 15-40 kHz. The acoustoplastic effect, which is realized under the simultaneous action of ultrasound and static loading, is the result of the summation of static stresses and dynamic stresses of an ultrasonic wave. When a sample is placed in a node of a standing wave, the creep rate of copper increases when exposed to a longitudinal standing wave with a frequency of 20 kHz. The effect is observed at an antinode formed in a standing wave sample. In rolling technological processes, the amplitude of dynamic stresses lies in the range of 10 7 -10 8 Pa. The ultrasound is introduced into the sample to form a standing wave through a waveguide in the form of an ultrasound concentrator combined with an ultrasonic transducer. With the simultaneous action of ultrasonic vibrations with a frequency of 20 kHz and static loads in a copper sample, the density of vacancies increases significantly (10 20 vacancies / s with an oscillation amplitude of 1 μm). With prolonged exposure to ultrasound, destruction of the samples is observed due to intense pore formation along the grain boundaries.
Недостатки: эффект охрупчивания и разрушения как негативное проявление длительного ультразвукового воздействия на деформируемый материал и фактически ограничивает использование ультразвука на практике.Disadvantages: the effect of embrittlement and destruction as a negative manifestation of prolonged ultrasonic exposure to the deformable material and actually limits the use of ultrasound in practice.
Известен способ пластической деформации металлов и устройство для его осуществления [Делюсто Лев Георгиевич. Патент РФ №2310526 от 20.11.2007] - прототип. Способ включает обработку деформируемого металла в ходе прокатки ультразвуком частотой до 5 МГц и магнитным полем с индукцией 70 Тл. Повышение пластичности деформируемого металла происходит за счет снижения количества дефектов в металле в ходе непрерывного ультразвукового и магнитного воздействия, причем источником магнитного поля могут быть электромагниты или постоянные магниты. По прототипу повышение пластичности есть результат снижения дефектов структуры деформируемого прокаткой металла, что противоречит физике пластичности материалов, согласно которой пластическое поведение металлов осуществляется как раз за счет скольжения дислокаций - линейных дефектов кристаллической решетки.A known method of plastic deformation of metals and a device for its implementation [Delusto Lev Georgievich. RF patent No. 2310526 from 11/20/2007] - a prototype. The method includes processing a deformable metal during rolling by ultrasound with a frequency of up to 5 MHz and a magnetic field with an induction of 70 T. An increase in the ductility of a deformable metal occurs due to a decrease in the number of defects in the metal during continuous ultrasonic and magnetic exposure, and the source of the magnetic field can be electromagnets or permanent magnets. According to the prototype, an increase in ductility is the result of a reduction in structural defects of the metal being deformed by rolling, which contradicts the physics of plasticity of materials, according to which the plastic behavior of metals is carried out precisely due to the slip of dislocations — linear defects of the crystal lattice.
Недостатки: способ пластического деформирования не повышает пластичность деформируемого металла.Disadvantages: the method of plastic deformation does not increase the ductility of the wrought metal.
Задача изобретения - повысить ресурс пластичности при деформировании металла алюминия и его сплавов в условиях одновременного воздействия механического напряжения, температуры и ультразвуковых колебаний.The objective of the invention is to increase the plasticity resource during deformation of aluminum metal and its alloys under conditions of simultaneous exposure to mechanical stress, temperature and ultrasonic vibrations.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Способ пластической деформации сплавов из алюминия при одновременном воздействии механического нагружения, температуры и ультразвука заключается в том, что пластическая деформация сплавов из алюминия осуществляется при внешнем ультразвуковом воздействии и одновременном достижении критических параметров деформационного структурного перехода, характеризуемых механическим напряжением от 90-200 МПа, температурным интервалом деформирования 450-250°С, колебательной энергией акустической эмиссии не ниже 15*10-12 B2c.The method of plastic deformation of aluminum alloys under the simultaneous action of mechanical loading, temperature and ultrasound consists in the fact that plastic deformation of aluminum alloys is carried out with external ultrasonic treatment and at the same time achieving critical parameters of the structural strain transition characterized by a mechanical stress of 90-200 MPa, a temperature interval deformation of 450-250 ° C, the vibrational energy of acoustic emission is not lower than 15 * 10 -12 B 2 c.
Поставленная задача достигается тем, что в ходе совместного воздействия на металл или сплав механического нагружения и температуры ультразвуковое воздействие осуществляется лишь после деформационного структурного перехода, характеризуемого сменой накопления деформации, контролируемого переползанием дислокаций на накоплении деформации, контролируемой зернограничными процессами производства дислокаций на тройных зернограничных стыках. Деформационный структурный переход фиксируется по моменту времени значительного увеличения скорости накопления деформации и колебательной энергии акустической эмиссии в деформируемом материале, при соответствующих механическом напряжении и температуре. Этому моменту времени соответствует начало ультразвукового воздействия при достижении температурно-силовыми параметрами и колебательной энергии акустической эмиссии в деформируемом материале критических значений.The task is achieved by the fact that during the combined action of mechanical loading and temperature on a metal or alloy, ultrasonic treatment is carried out only after a deformation structural transition, characterized by a change in the accumulation of deformation, controlled by the creep of dislocations on the accumulation of deformation, controlled by grain-boundary processes for the production of dislocations at triple grain-boundary joints. The deformational structural transition is fixed at the time of a significant increase in the rate of accumulation of deformation and vibrational energy of acoustic emission in the deformable material, at the corresponding mechanical stress and temperature. This moment of time corresponds to the onset of ultrasonic exposure when the temperature-force parameters and the vibrational energy of acoustic emission in the deformed material reach critical values.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
1. Готовят образец из алюминиево-магниевых сплавов с волноводами в виде стержня.1. Prepare a sample of aluminum-magnesium alloys with waveguides in the form of a rod.
2. Размещают образец в установку для высокотемпературного механического и ультразвукового воздействия, одновременно нагревают и нагружают.2. Place the sample in the installation for high-temperature mechanical and ultrasonic exposure, at the same time heat and load.
3. Регистрируют температуру, величину механического напряжения, прирост деформации и акустическую эмиссию, которая фиксируют с помощью пьезопреобразователя, расположенного на конце цилиндрического волновода в виде стержня.3. Record the temperature, the magnitude of the mechanical stress, the strain growth and the acoustic emission, which is fixed using a piezoelectric transducer located at the end of a cylindrical waveguide in the form of a rod.
4. В момент деформационного структурного перехода, фиксируемого как достижение температурно-силовыми параметрами критических значений, а среднеквадратичным напряжением величины, соответствующей критическому значению колебательной энергии акустической эмиссии в объеме деформируемого материала, осуществляется ввод в деформируемый образец ультразвуковых колебаний в течение всего времени аномально быстрого накопления деформации.4. At the moment of the deformational structural transition, which is recorded as the temperature-force parameters reaching critical values, and the rms voltage of the value corresponding to the critical value of the vibrational energy of acoustic emission in the volume of the deformable material, ultrasonic vibrations are introduced into the deformable sample throughout the entire time of the abnormally fast deformation accumulation .
Воздействие ультразвуком дополнительно к колебательной энергии акустической эмиссии в момент естественного высокопластичного структурного состояния деформируемого материала, подготовленного совместным воздействием механического напряжения и температуры, увеличивает ресурс аномальной пластичности деформируемого металла.Ultrasonic exposure in addition to the vibrational energy of acoustic emission at the moment of the natural highly plastic structural state of the deformable material, prepared by the combined action of mechanical stress and temperature, increases the resource of the anomalous plasticity of the wrought metal.
Примеры конкретного исполненияExamples of specific performance
Пример 1Example 1
Металлический образец 1 из алюминиево-магниевого сплава АМг6, соединенный с волноводом в виде стержня акустической эмиссии помещают в устройство для термического и механического воздействия, фиг. 1. На фиг. 1 приведена блок-схема установки: здесь 1 - образец в виде стержня; 2 - неподвижный захват установки; 3 - подвижный захват установки с устройством нагружения и измерения деформации; 4 - нагревательный элемент; 5 - пьезопреобразователь сигналов акустической эмиссии; 6 - –аналого-цифровой преобразователь; 7 - компьютер.A
Образец 1 закрепляют в неподвижном захвате 2, нагружают с помощью подвижного захвата 3, нагревают элементом 4 и измеряют прирост деформации с помощью измерителя деформации, совмещенного с подвижным захватом 3. При одновременном воздействии механического нагружения и нагрева образца 1 происходит пластическое деформирование металла, сопровождающееся акустической эмиссией. Данные об акустической эмиссии в виде электрических сигналов, полученные с помощью пьезопреобразователя 5, по каналу I поступают на аналого-цифровой преобразователь 6 и компьютер 7. По каналам II, III соответственно поступают данные о температуре и деформации также на аналого-цифровой преобразователь 6 и компьютер 7 для обработки и анализа данных.
При комнатной температуре (25°С) характер накопления деформации в сплаве монотонный и скачкообразный (фиг. 2). На фиг. 2 обозначено: 8 - среднеквадратичное напряжение акустической эмиссии как функция времени цикла; 9 - накопление деформации в цикле; 10 - механическое напряжение в цикле. Монотонному накоплению деформации соответствует монотонный рост среднеквадратичного напряжения акустической эмиссии (фиг. 2 зависимость 8) при увеличении механической нагрузки (механического напряжения 10).At room temperature (25 ° C) the nature of the accumulation of deformation in the alloy is monotonic and spasmodic (Fig. 2). In FIG. 2 is indicated: 8 is the rms voltage of acoustic emission as a function of cycle time; 9 - accumulation of deformation in the cycle; 10 - mechanical stress in the cycle. Monotonic deformation accumulation corresponds to a monotonic increase in the rms stress of acoustic emission (Fig. 2, dependence 8) with an increase in mechanical load (mechanical stress 10).
Из приведенных данных следует, что при нагружении образца при комнатной температуре наблюдаются два участка накопления деформации. При увеличении напряжения в цикле примерно до 100 МПа на фиг. 2 наблюдается монотонное накопление деформации (зависимость 9), сопровождаемое формированием пика акустической эмиссии. Монотонное накопление деформации сменяется после 100 МПа деформационными скачками, сопровождаемыми высокоамплитудными дискретными сигналами акустической эмиссии. В табл. 1 приведены данные по величине деформационных скачков и величине сигналов акустической эмиссии. Основной прирост деформации осуществляется преимущественно за счет деформационных скачков и составляет 10%, в то время как за счет монотонного накопления величина деформации составляет 3,3%.From the data presented it follows that when the sample is loaded at room temperature, two sections of strain accumulation are observed. As the voltage in the cycle increases to about 100 MPa in FIG. 2, monotonic deformation accumulation is observed (dependence 9), accompanied by the formation of a peak in acoustic emission. Monotonous accumulation of deformation is replaced after 100 MPa by deformation jumps accompanied by high-amplitude discrete acoustic emission signals. In the table. Figure 1 shows data on the magnitude of deformation jumps and the magnitude of acoustic emission signals. The main increase in deformation is carried out mainly due to deformation jumps and amounts to 10%, while due to monotonic accumulation, the strain is 3.3%.
При температуре 200°С изотермического нагружения фактически монотонное и скачкообразное накопление деформации совпадают (фиг. 3). На фиг 3 обозначено: 8 - среднеквадратичное напряжение акустической эмиссии как функция времени цикла; 9 - накопление деформации в цикле; 10 - механическое напряжение в цикле. Как и в предыдущем случае (нагружение при 25°С) деформационные скачки сопровождаются высокоамплитудными сигналами акустической эмиссии. В основном весь прирост деформации величиной около 18% осуществлен за счет макроскопических деформационных скачков.At a temperature of 200 ° C of isothermal loading, the virtually monotonic and spasmodic accumulation of deformation coincide (Fig. 3). In Fig. 3 it is indicated: 8 is the rms voltage of acoustic emission as a function of cycle time; 9 - accumulation of deformation in the cycle; 10 - mechanical stress in the cycle. As in the previous case (loading at 25 ° С), deformation jumps are accompanied by high-amplitude acoustic emission signals. Basically, the entire increase in deformation of about 18% was achieved due to macroscopic deformation jumps.
При 400°С характер накопления деформации и акустической эмиссии существенно меняются (фиг. 4). На фиг 4 обозначено: 8 - среднеквадратичное напряжение акустической эмиссии как функция времени цикла; 9 - накопление деформации в цикле; 10 - механическое напряжение в цикле. Как показано на фиг. 4 явно выраженных деформационных скачков нет, начиная с напряжения примерно 100 МПа скорость накопления деформации существенно возрастает. Интервал накопления деформации при 400°С можно разделить на две части: первый величиной накопления деформации до 3% лежит в области до 100 МПа, второй величиной накопления деформации 17% - в области выше 100 МПа. Накопление деформации во второй области можно характеризовать как квазискачкообразное. Квазискачкообразному накоплению деформации соответствует значительная по величине колебательная энергия акустической эмиссии.At 400 ° C, the nature of the accumulation of deformation and acoustic emission change significantly (Fig. 4). In Fig. 4, it is indicated: 8 is the rms voltage of acoustic emission as a function of cycle time; 9 - accumulation of deformation in the cycle; 10 - mechanical stress in the cycle. As shown in FIG. There are no clearly expressed deformation jumps, starting from a stress of about 100 MPa, the strain accumulation rate increases significantly. The interval of strain accumulation at 400 ° С can be divided into two parts: the first value of strain accumulation up to 3% lies in the region up to 100 MPa, the second value of strain accumulation 17% lies in the region above 100 MPa. The accumulation of deformation in the second region can be characterized as quasi-jumping. Quasi-jump-like accumulation of deformation corresponds to a significant vibrational energy of acoustic emission.
Пример 2Example 2
В неизотермических циклах (нагрузка постоянна, температура меняется от комнатной до 500°С) характер накопления деформации монотонный и квазискачкообразный. На фиг. 5 приведены данные по накоплению деформации, акустической эмиссии при постоянной нагрузке 120 МПа и нагреве до 500°С. На фиг. 5 обозначено: 8 - среднеквадратичное напряжение акустической эмиссии как функция времени цикла; 9 - накопление деформации в цикле; 10 - температура в цикле. Области монотонного и квазискачкообразного накопления деформации на фиг. 5 разделены на область I и область II, отличающиеся скоростью накопления деформации, следовательно, скоростью элементарных деформационных процессов. Как оказалось, такое разделение характерно для любого механического напряжения в диапазоне от 40 до 200 МПа. В рамках данного подхода проведен анализ зависимости накопления деформации от времени на двух деформационных участках функцией вида:In non-isothermal cycles (the load is constant, the temperature varies from room temperature to 500 ° C) the nature of the accumulation of deformation is monotonic and quasi-jumping. In FIG. 5 shows data on the accumulation of deformation, acoustic emission at a constant load of 120 MPa and heating to 500 ° C. In FIG. 5 is indicated: 8 is the rms voltage of acoustic emission as a function of cycle time; 9 - accumulation of deformation in the cycle; 10 - temperature in the cycle. The areas of monotonous and quasi-jump-like strain accumulation in FIG. 5 are divided into region I and region II, which differ in the rate of accumulation of deformation, and therefore, in the rate of elementary deformation processes. As it turned out, this separation is characteristic of any mechanical stress in the range from 40 to 200 MPa. In the framework of this approach, the analysis of the dependence of the accumulation of deformation on time at two deformation sections by a function of the form is carried out:
где ε01, ε02 - начальные деформации, ν1, ν2 - скорости деформации на двух температурных интервалах (области I, II). Данные аппроксимации зависимости деформации от времени в неизотермических циклах при разных механических нагрузках приведены в табл. 2. Для двух температурных интервалов (области I, II) найдены скорости деформации ν1 и ν2 и энергия акустической эмиссии.where ε 01 , ε 02 are the initial strains, ν 1 , ν 2 are the strain rates at two temperature ranges (regions I, II). The approximation data for the time dependence of deformation in nonisothermal cycles at different mechanical loads are given in table. 2. For two temperature ranges (regions I, II), strain rates ν 1 and ν 2 and acoustic emission energy were found.
Для низкотемпературного интервала I среднее значение скорости деформации ν1 составляет 0,0031±0,0017 с-1, в то время как для высокотемпературного интервала II - ν2=0,0129±0,0021 с-1. Т. е. средняя скорость деформации в высокотемпературной области приблизительно в четыре раза выше средней скорости деформации в низкотемпературной области. В области II температурный интервал составляет приблизительно 100°С для всех механических нагрузок (табл. 2). При этом граничная температурная точка (Тгр) между областями I и II смещается в область низких температур с ростом механического напряжения в циклах. Граничная температура в табл. 2 представляет собой либо конечную температуру области I, либо начальную температуру области II.For the low-temperature interval I, the average value of the strain rate ν 1 is 0.0031 ± 0.0017 s -1 , while for the high-temperature interval II - ν 2 = 0.0129 ± 0.0021 s -1 . That is, the average strain rate in the high temperature region is approximately four times higher than the average strain rate in the low temperature region. In region II, the temperature range is approximately 100 ° C for all mechanical loads (Table 2). In this case, the boundary temperature point (T gr ) between regions I and II shifts to the low temperature region with increasing mechanical stress in the cycles. The boundary temperature in the table. 2 represents either the final temperature of region I or the initial temperature of region II.
Пример 3Example 3
Как следует из данных табл. 2 значение граничной температурной точки (Тгр) между областями I и II изменяется в зависимости от величины нагрузки в циклах от 40 до 200 МПа не монотонным образом (фиг. 6). На фиг. 6 обозначено: 11 - температура деформирования в области I; 12 - температура деформирования в области II, в области деформационного структурного перехода максимальное значение граничной температуры соответствует механическому напряжению около 90 МПа. В интервале нагрузок от 40 до 90 МПа значение температуры Тгр незначительно возрастает по линейному закону (зависимость 11 на фиг. 6), в то время как в циклах с нагрузкой от 90 до 200 МПа наблюдается значительное линейное снижение температуры Тгр (зависимость 12 на фиг. 6). Значение максимальной температуры при 90 МПа составляет около 470°С.As follows from the data table. 2, the value of the boundary temperature point (T gr ) between regions I and II varies depending on the magnitude of the load in cycles from 40 to 200 MPa in a non-monotonic manner (Fig. 6). In FIG. 6 is indicated: 11 — deformation temperature in region I; 12 - deformation temperature in region II, in the region of the deformation structural transition, the maximum value of the boundary temperature corresponds to a mechanical stress of about 90 MPa. In the load range from 40 to 90 MPa, the temperature Tg increases slightly according to the linear law (
Переход из области I в область II происходит как деформационный структурный переход. При низких до 90 МПа напряжениях деформационный структурный переход не реализуется, переход наблюдается при напряжениях выше 90 МПа и температурах ниже 450°С. Структурный аспект перехода состоит в том, что накопление деформации ниже критической температуры Тгр контролируется термически активируемым переползанием дислокаций, в то время как выше Тгр накопление деформации контролируется зернограничным процессом производства полных дислокаций на тройных зернограничных стыках.The transition from region I to region II occurs as a deformational structural transition. At low stresses up to 90 MPa, the deformation structural transition is not realized, the transition is observed at stresses above 90 MPa and temperatures below 450 ° C. The structural aspect of the transition is that the accumulation of strain below the critical temperature Tg is controlled by the thermally activated creep of dislocations, while above Tg the accumulation of strain is controlled by the grain-boundary process of producing complete dislocations at triple grain-boundary junctions.
Отсюда понятно, что низкая скорость накопления деформации в области I обусловлена медленным процессом переползания дислокаций, а низкое значение накопленной в этой области деформации связано с низкой плотностью исходных дислокаций в структуре материала. В тоже время высокая скорость накопления деформации в области II связана с производством дислокаций, дополнительно к существующим.Hence, it is clear that the low rate of strain accumulation in region I is due to the slow process of creep of dislocations, and the low value of the strain accumulated in this region is associated with the low density of the initial dislocations in the material structure. At the same time, the high rate of strain accumulation in region II is associated with the production of dislocations, in addition to the existing ones.
Рассмотрим зависимость колебательной энергии в области I и II от механического напряжения (фиг. 7). Согласно данным табл. 2 и фиг. 7 в области I низкая скорость накопления деформации (ν1=0,0031 с-1) соответствует низкоамплитудной монотонной акустической эмиссии, свидетельствующей о низкой корреляции элементарных деформационных актов и низкой колебательной энергии акустической эмиссии в деформируемом объеме. В высокотемпературной области II быстрое (ν2=0,0129 с-1) накопление деформации соответствует быстрому монотонному росту среднеквадратичного напряжения акустической эмиссии, следовательно, увеличению колебательной энергии акустической эмиссии в объеме образца.Consider the dependence of vibrational energy in regions I and II on mechanical stress (Fig. 7). According to the table. 2 and FIG. 7 in region I, the low strain accumulation rate (ν 1 = 0.0031 s -1 ) corresponds to low-amplitude monotonic acoustic emission, indicating a low correlation of elementary deformation events and low vibrational energy of acoustic emission in the deformable volume. In the high-temperature region II, rapid (ν 2 = 0.0129 s -1 ) strain accumulation corresponds to a rapid monotonous increase in the rms stress of acoustic emission, and therefore, an increase in the vibrational energy of acoustic emission in the sample volume.
Отсюда следует, что деформационный структурный переход происходит тогда, когда температурно-силовые параметры и колебательная энергия акустической эмиссии в деформируемом объеме достигают критических значений. Таким образом, деформационный структурный переход есть результат совместного действия термических флуктуаций, механических напряжений, определяющих величину статических смещений атомов, и колебательной энергии акустической эмиссии, определяющей величину динамических смещений атомов в элементарном деформационном акте.It follows that the deformational structural transition occurs when the temperature-force parameters and vibrational energy of acoustic emission in the deformable volume reach critical values. Thus, the deformational structural transition is the result of the combined action of thermal fluctuations, mechanical stresses that determine the magnitude of the static displacements of atoms, and the vibrational energy of acoustic emission, which determines the magnitude of the dynamic displacements of atoms in an elementary deformation event.
Пример 4Example 4
Согласно примерам 1, 2 и 3 накопление деформации в сплавах алюминия при высоких температурах осуществляется двояким образом: в области I низкоскоростному монотонному характеру накопления деформации соответствует монотонная акустическая эмиссия с низким значением колебательной энергии; в область II высокоскоростному накоплению соответствует акустическая эмиссия с высоким значением колебательной энергии.According to examples 1, 2, and 3, deformation accumulation in aluminum alloys at high temperatures is carried out in two ways: in region I, the monotonic acoustic emission with a low value of vibrational energy corresponds to the low-speed monotonic deformation accumulation; in region II, high-speed accumulation corresponds to acoustic emission with a high value of vibrational energy.
Таким образом, активизация пластичности в ходе накопления деформации в области II при достижении механическим напряжением и температурой критических значений осуществляется еще и за счет формирования в деформируемом объеме материала ультразвукового поля стоячих волн акустической эмиссии.Thus, the activation of plasticity during the accumulation of deformation in region II upon reaching critical values by mechanical stress and temperature is also due to the formation in the deformable volume of the material of the ultrasonic field of standing acoustic emission waves.
Как известно (аналог), типичным проявлением акустико-пластического эффекта является проявление в ультразвуковом поле состояния аномальной пластичности. Однако при длительном облучении ультразвуком частотой 20 кГц в поликристаллическом алюминии появляется большое количество призматических петель дислокаций, возникающих, как правило, при конденсации избыточных вакансий. Однако высокая плотность вакансий (1020 вакансий/с при амплитуде колебаний 1 мкм) приводит к разрушению материала. Разрушение образцов обусловлено интенсивным порообразованием по границам зерен. Отсюда следует вывод, что ультразвуковое воздействие при одновременном механическом нагружении и при высоких температурах необходимо ограничить во времени.As is known (analog), a typical manifestation of the acoustic-plastic effect is the manifestation of anomalous plasticity state in the ultrasonic field. However, upon prolonged irradiation with ultrasound at a frequency of 20 kHz, a large number of prismatic dislocation loops appear in polycrystalline aluminum, which arise, as a rule, during the condensation of excess vacancies. However, a high density of vacancies (10 20 vacancies / s with an oscillation amplitude of 1 μm) leads to the destruction of the material. The destruction of the samples is due to intense pore formation along the grain boundaries. It follows from this that ultrasonic action with simultaneous mechanical loading and at high temperatures must be limited in time.
Согласно примерам 1, 2, 3 ультразвуковое облучение деформируемого объема образца необходимо осуществлять в области II, то есть после достижения критических параметров деформационного структурного перехода. Согласно данным табл. 2, фиг. 6 и 7 механическое напряжение деформирования должно быть в интервале 90-200 МПа, температурный интервал деформирования 450-250°С в соответствии с величиной приложенного механического напряжения. Согласно данным табл. 2 и фиг. 7 переход из области I в область II сопровождается повышением в деформируемом объеме колебательной энергии акустической эмиссии не ниже 15*10-12 В2с. Именно достижение критических параметров (критических значений температурно-силового воздействия и колебательной энергии акустической эмиссии) деформационного структурного перехода соответствует переходу к естественной аномальной пластичности деформируемого материала и квазискачкообразному (высокоскоростному) характеру накопления деформации.According to examples 1, 2, 3, ultrasonic irradiation of the deformable volume of the sample must be carried out in region II, that is, after reaching critical parameters of the deformation structural transition. According to the table. 2, FIG. 6 and 7, the deformation mechanical stress should be in the range of 90-200 MPa, the deformation temperature range of 450-250 ° C in accordance with the value of the applied mechanical stress. According to the table. 2 and FIG. 7, the transition from region I to region II is accompanied by an increase in the deformable volume of the vibrational energy of acoustic emission not lower than 15 * 10 -12 V 2 s. It is the achievement of the critical parameters (critical values of the temperature-force effect and vibrational energy of acoustic emission) of the deformational structural transition that corresponds to the transition to the natural anomalous plasticity of the deformable material and the quasi-jumping (high-speed) nature of the accumulation of deformation.
Если в момент деформационного структурного перехода, то есть перехода в область II, характеризуемого повышенной естественной пластичностью, активируемой совместным действием механических напряжений, тепловых флуктуаций и колебательной энергией акустической эмиссии, осуществить воздействие внешним источником ультразвуковой энергией (колебательной энергией), то аномальная пластичность дополнительно возрастет в связи с суммированием естественной пластичности и пластичности, добавленной внешним ультразвуком. Не исключено, что аномальная пластичность приобретет глобальный характер, то есть охватит весь макроскопический объем деформируемого материала и все макроскопическое время процесса деформирования материала.If at the moment of a deformational structural transition, that is, a transition to region II, characterized by increased natural plasticity, activated by the combined action of mechanical stresses, thermal fluctuations, and vibrational energy of acoustic emission, an external source will be exposed to ultrasonic energy (vibrational energy), then the anomalous plasticity will additionally increase in due to the summation of the natural plasticity and plasticity added by external ultrasound. It is possible that the anomalous plasticity will become global, that is, it will cover the entire macroscopic volume of the material being deformed and all the macroscopic time of the material deformation process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114338A RU2653741C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Method of plastic deformation of alloys from aluminum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114338A RU2653741C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Method of plastic deformation of alloys from aluminum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016114338A RU2016114338A (en) | 2017-10-18 |
| RU2653741C2 true RU2653741C2 (en) | 2018-05-14 |
Family
ID=60120298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016114338A RU2653741C2 (en) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | Method of plastic deformation of alloys from aluminum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653741C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113866278B (en) * | 2021-09-26 | 2023-12-29 | 江西理工大学 | Rock long-term strength determination method based on dominant acoustic emission source energy characteristics |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4243599A1 (en) * | 1992-12-22 | 1994-06-23 | Ob Edinenie Sojuztverdosplav S | Rolling mill roller |
| US20070068605A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | U.I.T., Llc | Method of metal performance improvement and protection against degradation and suppression thereof by ultrasonic impact |
| RU2310526C2 (en) * | 2003-08-28 | 2007-11-20 | Лев Георгиевич Делюсто | Metal plastic deformation method and apparatus for performing the same |
| RU2475322C1 (en) * | 2011-05-31 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение имени Ю.А. Гагарина" | Method of forming |
-
2016
- 2016-04-13 RU RU2016114338A patent/RU2653741C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4243599A1 (en) * | 1992-12-22 | 1994-06-23 | Ob Edinenie Sojuztverdosplav S | Rolling mill roller |
| RU2310526C2 (en) * | 2003-08-28 | 2007-11-20 | Лев Георгиевич Делюсто | Metal plastic deformation method and apparatus for performing the same |
| US20070068605A1 (en) * | 2005-09-23 | 2007-03-29 | U.I.T., Llc | Method of metal performance improvement and protection against degradation and suppression thereof by ultrasonic impact |
| RU2475322C1 (en) * | 2011-05-31 | 2013-02-20 | Открытое акционерное общество "Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение имени Ю.А. Гагарина" | Method of forming |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016114338A (en) | 2017-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Perkins et al. | Metallic forging using electrical flow as an alternative to warm/hot working | |
| Solomon et al. | Low cycle fatigue | |
| Hu et al. | Ultrasonic dynamic impact effect on deformation of aluminum during micro-compression tests | |
| Ahmadi et al. | Improvement of ECAP process by imposing ultrasonic vibrations | |
| Abedini et al. | Ultrasonic assisted hot metal powder compaction | |
| Xu et al. | Plastic behavior and failure mechanism of Ti-6Al-4V under quasi-static and dynamic shear loading | |
| RU2653741C2 (en) | Method of plastic deformation of alloys from aluminum | |
| Qiu et al. | High strain rate compression of martensitic NiTi shape memory alloy at different temperatures | |
| RU2661980C1 (en) | Method of plastic deformation of aluminum and aluminum alloys | |
| Kukudzhanov et al. | A model of thermoelectroplasticity of variations in the mechanical properties of metals based on defect structure reorganization under the action of pulse electric current | |
| Shazly et al. | Mechanical behavior of Gamma-Met PX under uniaxial loading at elevated temperatures and high strain rates | |
| RU2639278C2 (en) | Method of plastic deformation of metals and alloys | |
| RU2724209C1 (en) | Method of plastic deformation of aluminum and its alloys | |
| Liu et al. | High-cycle fatigue and thermal dissipation investigations for low carbon steel Q345 | |
| Fujii et al. | Microstructural evolution during low cycle fatigue of a 3003 aluminum alloy | |
| Jäckisch et al. | Investigation of thermal effects during ultrasonic-assisted upsetting | |
| Rosenholtz et al. | The effect of compressive stresses on the linear thermal expansion of magnesium and steel | |
| Ghazani et al. | A ductile damage criterion for AISI 321 austenitic stainless steel at different temperatures and strain rates | |
| Göken et al. | Strain-dependent damping of Ti-10V-2Fe-3Al at room temperature | |
| Dresslerová et al. | Effect of heat treatment on the behavior of AZ31 and AZ91 magnesium alloys during the cyclic loading | |
| Sugimoto | Internal friction phenomena associated with diffusionless phase transformations in alloys | |
| Metya et al. | Assessment of localized plastic deformation during fatigue in polycrystalline copper by nonlinear ultrasonic | |
| MacDonald et al. | Fatigue mechanism in titanium at ultrasonic frequency | |
| Zhang et al. | Static recrystallization kinetics and microstructure evolution of 7055 aluminum alloy | |
| Rao et al. | Thermomechanical fatigue behavior of annealed Cu-Cr-Zr-Ti alloy in argon atmosphere |