RU2716612C1 - Method for hybrid treatment of magnesium alloys - Google Patents

Method for hybrid treatment of magnesium alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2716612C1
RU2716612C1 RU2019124362A RU2019124362A RU2716612C1 RU 2716612 C1 RU2716612 C1 RU 2716612C1 RU 2019124362 A RU2019124362 A RU 2019124362A RU 2019124362 A RU2019124362 A RU 2019124362A RU 2716612 C1 RU2716612 C1 RU 2716612C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
deformation
rolling
magnesium alloys
isothermal
degree
Prior art date
Application number
RU2019124362A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Юрьевич Виноградов
Владимир Иванович Костин
Михаил Вячеславович Маркушев
Дмитрий Львович Мерсон
Михаил Михайлович Криштал
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет"
Priority to RU2019124362A priority Critical patent/RU2716612C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2716612C1 publication Critical patent/RU2716612C1/en
Priority to DE112020003615.4T priority patent/DE112020003615T5/en
Priority to PCT/RU2020/050254 priority patent/WO2021021006A2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/02Preliminary treatment of metal stock without particular shaping, e.g. salvaging segregated zones, forging or pressing in the rough
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/008Incremental forging
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C23/00Alloys based on magnesium
    • C22C23/04Alloys based on magnesium with zinc or cadmium as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/06Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, particularly to treatment of magnesium alloys, which can be used in production of structural or bioresorbable materials. Method of processing magnesium alloys involves homogenizing annealing, comprehensive isothermal forging and isothermal rolling. Homogenizing annealing is carried out at temperature of 350÷450 °C. All-around isothermal forging is performed in steps of 400÷300 °C with pitch 25 °C and with gradual increase of settling speed from 2 to 20 mm/min with provision of total true degree of deformation in range of 8÷10. Isothermal rolling is carried out at temperature of 300÷250 °C in several passes with degree of deformation in each pass of not more than 5 % and total degree of true deformation by rolling by about 1.EFFECT: improved ductility of magnesium alloys with simultaneous improvement of their strength and fatigue properties.1 cl, 3 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области машиностроительной и авиакосмической отраслей, а также медицинского материаловедения, где могут быть применены сплавы на основе магния в качестве конструкционных или биорезорбируемых материалов. Способ обработки магниевых сплавов включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку. Гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350÷450°С. Всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 400÷300°С с шагом 25°С и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8÷10. Изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300÷250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 5% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности магниевых сплавов при одновременном повышении их прочностных и усталостных свойств.The invention relates to the field of engineering and aerospace industries, as well as medical materials science, where magnesium-based alloys can be used as structural or bioresorbable materials. A method for processing magnesium alloys includes homogenizing annealing, comprehensive isothermal forging, and isothermal rolling. Homogenizing annealing is carried out at a temperature of 350 ÷ 450 ° C. Comprehensive isothermal forging is carried out in steps in the temperature range of 400 ÷ 300 ° C in increments of 25 ° C and with a gradual increase in the precipitation rate from 2 to 20 mm / min, providing the total true degree of deformation in the range of 8 ÷ 10. Isothermal rolling is carried out at a temperature of 300 ÷ 250 ° C in several passes with a degree of deformation in each pass of not more than 5% and a total degree of true deformation by rolling of the order of 1. The technical result of the invention is to increase the ductility of magnesium alloys while increasing their strength and fatigue properties.

Интерес к магниевым сплавам обусловлен их благоприятными свойствами, важнейшими из которых является их малый удельный вес и высокая удельная прочность. Если сравнивать магний с другими металлами, то его удельный вес составляет примерно четвертую часть от удельного веса стали, две третьих - от веса алюминия и почти две пятых - от удельного веса титана. Поэтому в настоящее время магниевые сплавы, наряду с алюминиевыми и титановыми, представляют огромный интерес для авиационной и аэрокосмической промышленностей. Применение магниевых сплавов в технике делает возможным снижение массы конструкции на 10÷30%, что позволяет в итоге значительно уменьшить как производственные так и эксплуатационные энергозатраты. Кроме того, магний обладает значительно лучшими, по сравнению с алюминием и сталью, демпфирующими характеристиками. Эти преимущества, а также то, что магний широко распространен в природе, расширяют области его использования в технике.Interest in magnesium alloys is due to their favorable properties, the most important of which is their low specific gravity and high specific strength. If we compare magnesium with other metals, then its specific gravity is about a quarter of the specific gravity of steel, two-thirds of the weight of aluminum and almost two-fifths of the specific gravity of titanium. Therefore, at present, magnesium alloys, along with aluminum and titanium, are of great interest to the aviation and aerospace industries. The use of magnesium alloys in technology makes it possible to reduce the mass of the structure by 10–30%, which ultimately allows to significantly reduce both production and operational energy costs. In addition, magnesium has significantly better damping characteristics compared to aluminum and steel. These advantages, as well as the fact that magnesium is widely distributed in nature, expand the field of its use in technology.

Другим перспективным и динамично развивающимся направлением использования магния и сплавов на его основе является их применение в медицине в связи с высочайшей структурной эффективностью, выраженной чрезвычайно привлекательным соотношением прочности и плотности и практически идеальной биосовместимостью: магний - элемент, принимающий участие в более чем 300 биохимических реакциях в организме, включая процессы, которые формируют кости и мышцы. Кроме того, именно магний является уникальным материалом для медицинского применения ввиду его постепенной резорбируемости. Он растворяется в человеческом организме, образуя достаточно простые соединения (оксид и гидроксид), которые не только не токсичны, но даже способствуют заживлению тканей.Another promising and dynamically developing area of using magnesium and alloys based on it is their use in medicine in connection with the highest structural efficiency, expressed by an extremely attractive strength to density ratio and almost ideal biocompatibility: magnesium is an element involved in more than 300 biochemical reactions in the body, including processes that form bones and muscles. In addition, it is magnesium that is a unique material for medical use due to its gradual resorbability. It dissolves in the human body, forming fairly simple compounds (oxide and hydroxide), which are not only non-toxic, but even contribute to the healing of tissues.

Проведенные во многих странах мира, таких как США, Япония, Россия, Китай, Германия, Украина, Австралия и др., исследования показали, что наряду с преимуществами магний имеет также и ряд недостатков, которые ограничивают его применение в медицине. Во-первых, чистый магний имеет высокую скорость коррозии даже в неагрессивных средах, таких как кровь и другие физиологические жидкости. Кроме того, процесс коррозии обычно сопровождается активным питтингообразованием, которое негативно влияет на механические свойства изделия. Для устранения этого недостатка магний легируют различными элементами, такими как кальций, цинк, литий, серебро, марганец и некоторые редкоземельные элементы. Выбор системы легирования осложняется условием, согласно которому сам легирующий элемент, а также продукты коррозии, образовавшиеся впоследствии, не должны быть токсичны для организма. Второй проблемой является то, что, хотя магний обладает уровнем механических свойств близким к уровню костной ткани (модуль Юнга равен 5÷55 МПа и 45 МПа для костной ткани и магния, соответственно), на практике этого может быть недостаточно, так как для его успешного применения в качестве ортопедических имплантатов и элементов крепежных конструкций желательны существенно более высокие прочностные характеристики - на уровне 400 МПа и даже выше, в зависимости от конкретного применения. Поэтому возникает потребность в упрочнении магниевых сплавов. Легирование, выполняемое для улучшения коррозионной стойкости, в некоторой мере также повышает и механические характеристики, но их необходимый уровень можно достичь путем измельчения зерна вплоть до ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры. Формирование УМЗ структуры, в отличие от обыкновенного измельчения зерна до размеров свыше 1÷2 мкм, приводит не только к существенному упрочнению магниевых сплавов, но также часто не ухудшает, а в ряде случаев и улучшает коррозионную стойкость магниевых сплавов. Поэтому получение УМЗ структуры в магниевых сплавах является перспективным и актуальным направлением физического материаловедениям.Conducted in many countries of the world, such as the USA, Japan, Russia, China, Germany, Ukraine, Australia, etc., studies have shown that, along with the advantages of magnesium, there are also a number of disadvantages that limit its use in medicine. Firstly, pure magnesium has a high corrosion rate even in non-aggressive environments such as blood and other body fluids. In addition, the corrosion process is usually accompanied by active pitting, which negatively affects the mechanical properties of the product. To eliminate this drawback, magnesium is alloyed with various elements, such as calcium, zinc, lithium, silver, manganese, and some rare earth elements. The choice of an alloying system is complicated by the condition that the alloying element itself, as well as corrosion products formed subsequently, should not be toxic to the body. The second problem is that, although magnesium has a level of mechanical properties close to the level of bone tissue (Young's modulus is 5 ÷ 55 MPa and 45 MPa for bone tissue and magnesium, respectively), in practice this may not be enough, since for its successful applications as orthopedic implants and fastening structural elements, significantly higher strength characteristics are desirable - at the level of 400 MPa and even higher, depending on the specific application. Therefore, there is a need for hardening of magnesium alloys. Alloying, performed to improve corrosion resistance, also increases the mechanical characteristics to some extent, but their necessary level can be achieved by grinding grain up to an ultrafine-grained (UFG) structure. The formation of the UFG structure, in contrast to the usual grinding of grain to sizes above 1 ÷ 2 μm, leads not only to a significant hardening of magnesium alloys, but also often does not worsen, and in some cases improves the corrosion resistance of magnesium alloys. Therefore, obtaining the UFG structure in magnesium alloys is a promising and relevant direction in physical materials science.

Конечные (потребительские) свойства материалов определяются не только их химическим составом, но и в значительной мере дизайном микроструктуры: размером и распределением зерен, распределением частиц фаз, кристаллографической текстурой и т.д. Для получения необходимой микроструктуры в настоящее время развит широкий набор методов деформационной термомеханической обработки. В то время как традиционные методы обработки, такие как экструзия и прокатка, удобны для получения полуфабрикатов с сильной кристаллографической текстурой, применение методов интенсивных пластических деформаций позволяет не только существенно измельчить микроструктуру до субмикронных размеров и добиться значительно более однородного распределения частиц упрочняющих фаз, но и сформировать существенно более слабую текстуру. Наибольшей гибкостью обладают гибридные технологии, сочетающие различные комбинации деформационных методов.The final (consumer) properties of materials are determined not only by their chemical composition, but also to a large extent by the design of the microstructure: grain size and distribution, phase particle distribution, crystallographic texture, etc. To obtain the necessary microstructure, a wide range of methods of deformation thermomechanical processing is currently developed. While traditional processing methods, such as extrusion and rolling, are convenient for obtaining semi-finished products with a strong crystallographic texture, the use of intensive plastic deformation methods allows not only to substantially grind the microstructure to submicron sizes and to achieve a much more uniform distribution of particles of the strengthening phases, but also to form significantly weaker texture. Hybrid technologies combining various combinations of deformation methods possess the greatest flexibility.

Выбор схемы деформационной термомеханической обработки определяется как чисто технологическими факторами возможности реализации той или иной схемы при заданной геометрии заготовки (например, заданными размерами исходных слитков), так и эффективностью различных схем для формирования той или иной микроструктуры и кристаллографической текстуры. Существует очень большое количество схем обработки магниевых сплавов, начиная от таких традиционных как прямая и обратная экструзия и прокатка, и заканчивая эффективными схемами, позволяющими получать очень большие степени деформации и сильно измельченную структуру в заготовках - это методы интенсивных пластических деформаций, включающие кручение под гидростатическим давлением, равноканальное угловое прессование (РКУП), всестороннюю изотермическую ковку (ВИК), ротационную ковку (РК) и многие другие.The choice of a deformation thermomechanical processing scheme is determined by both purely technological factors of the possibility of implementing one or another scheme for a given workpiece geometry (for example, given sizes of initial ingots), and the effectiveness of various schemes for the formation of a particular microstructure and crystallographic texture. There are a very large number of schemes for processing magnesium alloys, ranging from traditional ones such as direct and reverse extrusion and rolling, and ending with efficient schemes that allow obtaining very large degrees of deformation and a highly ground structure in workpieces - these are methods of intense plastic deformations, including torsion under hydrostatic pressure , equal channel angular pressing (ECAP), comprehensive isothermal forging (VIC), rotary forging (RC) and many others.

В качестве примера можно привести способ комбинированной интенсивной пластической деформации металлической пластины (RU 2514239 С2, МПК В21С 25/00, дата подачи заявки 05.06.2012), включающий деформирование пластины путем канального углового прессования продавливанием пластины через пересекающиеся первый и второй каналы матрицы с изгибом по ее высоте в первом канале, дно которого выполнено волнообразным, и с изменением формы ее поперечного сечения во втором канале, имеющем поперечное сечение в форме гофра. Однородность деформации по сечению пластины и обеспечение возможности многократного упрочнения пластины с непрямым профилем обеспечиваются за счет того, что передний конец пластины выполняют в форме дна упомянутого первого канала, при этом повторные циклы прессования пластины с измененной формой поперечного сечения после первого цикла производят с использованием устройства для повторных циклов прессования, первый канал которого выполняют с поперечным сечением, аналогичным поперечному сечению упомянутого второго канала.An example is the method of combined intensive plastic deformation of a metal plate (RU 2514239 C2, IPC В21С 25/00, application date 05/06/2012), which involves deformation of a plate by channel angular pressing by forcing a plate through intersecting first and second channels of the matrix with bending along its height in the first channel, the bottom of which is made wavy, and with a change in the shape of its cross section in the second channel having a cross section in the form of a corrugation. The uniformity of deformation over the cross section of the plate and the possibility of multiple hardening of the plate with an indirect profile are ensured by the fact that the front end of the plate is in the form of the bottom of the first channel, and repeated pressing cycles of the plate with a changed cross-sectional shape after the first cycle are performed using the device for repeated pressing cycles, the first channel of which is performed with a cross section similar to the cross section of said second channel.

Известен способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок (RU 2529604 С1, МПК B21J 5/06, C22F 1/18, В82В 3/00, дата подачи заявки 08.04.2013), заключающийся в том, что для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами производят равноканальное угловое прессование цилиндрической заготовки. При этом в металле заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200÷300 нм. Затем заготовку разрезают на диски, каждый из которых подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков. Деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков n≤2. При этом обеспечивают формирование однородной нанокристаллической структуры с размером зерна ≤100 нм. В результате улучшаются физико-механические свойства обрабатываемого металла.A known method of combined intensive plastic deformation of billets (RU 2529604 C1, IPC B21J 5/06, C22F 1/18, B82B 3/00, application date 04/08/2013), which consists in the fact that to obtain nanocrystalline billets of metals and alloys with improved physical and mechanical properties produce equal channel angular pressing of a cylindrical workpiece. In this case, an ultrafine-grained structure with a grain size of 200–300 nm is formed in the workpiece metal. Then the workpiece is cut into disks, each of which is subjected to intense plastic deformation by torsion using two rotating strikers. Torsion deformation is carried out at room temperature under a pressure of 4-6 GPa with a number of revolutions of the strikers n≤2. This ensures the formation of a homogeneous nanocrystalline structure with a grain size of ≤100 nm. As a result, the physicomechanical properties of the processed metal are improved.

Так же известен способ обработки магниевого сплава системы Mg-Al-Zn методом ротационной ковки (RU 2664744 С1, МПК C22F 1/06, дата подачи заявки 28.11.2017), который включает предварительную термообработку путем гомогенизирующего отжига при температуре 450÷500°С и ротационную ковку, причем ротационную ковку осуществляют ступенчато в интервале температур 400÷350°С с суммарной истинной степенью деформации 2,5÷3, при этом ковку на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен со средним размером меньше 5 мкм, насыщенных двойниками деформации. Техническим результатом изобретения является повышение прочности сплава на основе магния системы Mg-Al-Zn с одновременным повышением его пластичности.There is also a known method of processing a magnesium alloy of the Mg-Al-Zn system by rotational forging (RU 2664744 C1, IPC C22F 1/06, application filing date 28.11.2017), which includes preliminary heat treatment by homogenizing annealing at a temperature of 450 ÷ 500 ° C and rotational forging, and rotational forging is carried out stepwise in the temperature range 400 ÷ 350 ° C with a total true degree of deformation of 2.5 ÷ 3, while forging at each step is carried out at a temperature of 25 ° C below the previous step to obtain a structure consisting of grains medium size ohm less than 5 microns saturated with deformation twins. The technical result of the invention is to increase the strength of the magnesium-based alloy of the Mg-Al-Zn system with a simultaneous increase in its ductility.

Наиболее близким по сути предлагаемому нами изобретению можно считать способ обработки магниевого сплава системы Mg-Y-Nd-Zr методом равноканального углового прессования (RU 2678111 C1, МПК C22F 1/06, дата подачи заявки 21.05.2018), включающий гомогенизирующий отжиг при температуре 500÷530°С в течение 7÷9 часов с последующим охлаждением на воздухе и равноканальное угловое прессование, которое проводят ступенчато в интервале температур 425÷300°С с суммарной истинной степенью деформации 6,0÷8,0, при этом равноканальное угловое прессование на каждой ступени осуществляют при температуре на 25°С ниже температуры предыдущей ступени до получения структуры, состоящей из зерен размером менее 1 мкм. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности сплавов системы Mg-Y-Nd-Zr при сохранении достаточной прочности за счет смены преимущественного механизма деформации с базисного на призматическое скольжение.The closest in essence to our invention can be considered a method of processing a magnesium alloy of the Mg-Y-Nd-Zr system by the method of equal-channel angular pressing (RU 2678111 C1, IPC C22F 1/06, filing date 05/21/2018), including homogenizing annealing at a temperature of 500 ÷ 530 ° C for 7 ÷ 9 hours followed by cooling in air and equal channel angular pressing, which is carried out stepwise in the temperature range 425 ÷ 300 ° C with a total true degree of deformation of 6.0 ÷ 8.0, with equal channel angular pressing at each stage lyayut at a temperature of 25 ° C below the temperature of the preceding stage to obtain a structure consisting of a grain size less than 1 micron. The technical result of the invention is to increase the ductility of the alloys of the Mg-Y-Nd-Zr system while maintaining sufficient strength by changing the preferred deformation mechanism from basic to prismatic sliding.

Все упомянутые способы обработки магниевых сплавов обладают существенным недостатком - они не универсальны относительно номенклатуры изделий. Практически каждый новый, вид изделия требует изготовления нового вида оснастки и привлечения дополнительного технологического оборудования. Кроме того, при обработке слитков больших размеров такими методами деформационной обработки, как, например, РКУП, возникают непреодолимые на сегодняшнем техническом уровне сложности, обусловленные необходимостью применения огромных усилий в прессах.All the mentioned methods of processing magnesium alloys have a significant drawback - they are not universal relative to the product range. Almost every new type of product requires the manufacture of a new type of equipment and the attraction of additional technological equipment. In addition, when processing large ingots with such methods of deformation processing as, for example, ECAP, there are insurmountable difficulties at the current technical level due to the need to use huge efforts in the press.

Целью настоящего изобретения является создание способа гибридной обработки магниевых сплавов, обладающего достаточно широкой технологической универсальностью, обеспечивающего повышение пластичности магниевых сплавов при одновременном повышении их прочностных и усталостных свойств.The aim of the present invention is to provide a method for the hybrid processing of magnesium alloys with a sufficiently broad technological versatility, providing increased ductility of magnesium alloys while increasing their strength and fatigue properties.

Поставленная цель достигается тем, что способ гибридной обработки магниевых сплавов согласно изобретению, включает гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку. Гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350÷450°С. Всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенями в интервале температур 400÷300°С с шагом 25°С и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8÷10. Изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300÷250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 5% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1. Техническим результатом изобретения является повышение пластичности магниевых сплавов при одновременном повышении их прочностных и усталостных свойств.The goal is achieved in that the hybrid processing method of magnesium alloys according to the invention includes homogenizing annealing, comprehensive isothermal forging and isothermal rolling. Homogenizing annealing is carried out at a temperature of 350 ÷ 450 ° C. Comprehensive isothermal forging is carried out in steps in the temperature range of 400 ÷ 300 ° C in increments of 25 ° C and with a gradual increase in the precipitation rate from 2 to 20 mm / min, providing the total true degree of deformation in the range of 8 ÷ 10. Isothermal rolling is carried out at a temperature of 300 ÷ 250 ° C in several passes with a degree of deformation in each pass of not more than 5% and a total degree of true deformation by rolling of the order of 1. The technical result of the invention is to increase the ductility of magnesium alloys while increasing their strength and fatigue properties.

В качестве конкретного примера реализации способа приведем результаты исследования одного из нескольких магниевых сплавов, а именно Mg-1,0Zn-0,18Са.As a specific example of the implementation of the method, we present the results of a study of one of several magnesium alloys, namely Mg-1,0Zn-0,18Са.

С целью уменьшения дендритной ликвации сплав сначала был подвергнут отжигу при температуре 400°С длительностью 4 часа с последующим охлаждением на воздухе. После гомогенизации, скальпирования слитка и удаления усадочной раковины была получена заготовка с размерами ∅ 58×153 мм.In order to reduce dendritic segregation, the alloy was first annealed at 400 ° С for 4 hours, followed by cooling in air. After homogenization, scalping of the ingot, and removal of the shrink shell, a billet with dimensions ∅ 58 × 153 mm was obtained.

В сумме проведено 5 циклов ВИК. Образовавшиеся при ковке трещины были сошлифованы. Суммарное время выдержки при температуре 400°С÷-1,5 часа, 375°С÷-1 час, 350°С - 1,5 часа, 325°С - 1,5 часа, 300°С - 1,5 часа. Получена заготовка с размерами ∅ 63×129 мм. Степень деформации за цикл ВИК составила е~1,82, суммарная степень деформации е~9,1.In total, 5 VIC cycles were carried out. Cracks formed during forging were polished. The total exposure time at a temperature of 400 ° C ÷ -1.5 hours, 375 ° C ÷ -1 hour, 350 ° C - 1.5 hours, 325 ° C - 1.5 hours, 300 ° C - 1.5 hours. A workpiece with dimensions ∅ 63 × 129 mm was obtained. The degree of deformation per VIK cycle was e ~ 1.82, and the total degree of deformation was e ~ 9.1.

ВИК заготовка была разрезана пополам: одна половина оставлена в таком состоянии (маркировка VIK1), а вторая была осажена до высоты ~ 8,8 мм (е~2) при 300°С. Полученный диск имел размеры ∅ 160×8,8 мм.The VIK blank was cut in half: one half was left in this state (marking VIK1), and the second was deposited to a height of ~ 8.8 mm (e ~ 2) at 300 ° C. The resulting disk had dimensions ∅ 160 × 8.8 mm.

Для последующей изотермической прокатки из диска вырезали две заготовки размерами 115×56×8,8 мм. Заготовки были нагреты до температуры 300°С в течение 15 минут и прокатаны со скоростью 2,4 мм/сек. Степень деформации за проход не превышала 5%. После каждого прохода заготовки подогревали в течение 5 минут (стабилизировали температуру) в печи, нагретой до температуры прокатки. Суммарная степень деформации составила е~0,84, конечная толщина листов ~ 3,8 мм. Общее время нахождения заготовок при 300°С при прокатке составило 3 часа. Маркировка сплава с комбинированной деформационной обработкой (ВИК + изотермическая прокатка) - VIK1P.For subsequent isothermal rolling, two billets 115 × 56 × 8.8 mm in size were cut from the disk. The billets were heated to a temperature of 300 ° C for 15 minutes and rolled at a speed of 2.4 mm / sec. The degree of deformation per passage did not exceed 5%. After each pass, the billets were heated for 5 minutes (temperature stabilized) in a furnace heated to the rolling temperature. The total degree of deformation was e ~ 0.84, and the final sheet thickness was ~ 3.8 mm. The total residence time of the workpieces at 300 ° C during rolling was 3 hours. Alloy marking with combined deformation processing (VIK + isothermal rolling) - VIK1P.

Результаты испытаний на растяжение показали, что сплав после всесторонней изотермической ковки (VIK1) демонстрирует меньшую по сравнению, например, с экструдированным состоянием прочность (~200 МПа), но значительно большую пластичность (~26%). Сочетание же ВИК с изотермической прокаткой (VIK1P) позволяет повысить прочность до ~ 260 МПа без существенного снижения пластичности (~21%).The results of tensile tests showed that the alloy after comprehensive isothermal forging (VIK1) demonstrates lower strength (~ 200 MPa) compared to, for example, an extruded state, but significantly greater ductility (~ 26%). The combination of VIK with isothermal rolling (VIK1P) allows you to increase the strength to ~ 260 MPa without a significant decrease in ductility (~ 21%).

Качественный и количественный анализ микроструктуры проводили на оптических микроскопах «Nikon L150» и Axiovert 40 МАТ, а также растровом электронном микроскопе Tescan Lyra3 на шлифах, изготовленных механическим шлифованием и полированием по стандартной процедуре. Зеренную структуру выявляли химическим травлением в течение 5 сек. в реактиве следующего состава: 75 мл этиловый спирт, 2 г пикриновая кислота, 37,5 мл уксусная кислота, 20 мл дистиллированная вода. Затем образцы промывали в течение 5 с в 10%-ном растворе азотной кислоты.Qualitative and quantitative analysis of the microstructure was carried out on optical microscopes “Nikon L150” and Axiovert 40 MAT, as well as a Tescan Lyra3 scanning electron microscope on thin sections made by mechanical grinding and polishing according to the standard procedure. The grain structure was detected by chemical etching for 5 seconds. in a reagent of the following composition: 75 ml ethyl alcohol, 2 g picric acid, 37.5 ml acetic acid, 20 ml distilled water. Then the samples were washed for 5 s in a 10% solution of nitric acid.

Структура сплава в состоянии поставки типичная крупнозернистая литая со сравнительно однородным распределением избыточных фаз (Фиг. 1 - микроструктура сплава в состоянии поставки). После всесторонней изотермической ковки структура становится однородной мелкозернистой с размером зерна около 4 мкм. При этом структура становится однородной как на микро-, так и макроуровне (Фиг. 2 - микроструктура сплава после ВИК (VIK1)). Прокатка практически не меняет дисперсность и однородность структуры (Фиг. 3 - микроструктура сплава после ВИК, осадки и изотермической прокатки (VIK1P)).The structure of the alloy in the delivery state is a typical coarse-grained cast with a relatively uniform distribution of excess phases (Fig. 1 - microstructure of the alloy in the delivery state). After comprehensive isothermal forging, the structure becomes uniform fine-grained with a grain size of about 4 microns. In this case, the structure becomes homogeneous both at the micro and macro levels (Fig. 2 - microstructure of the alloy after VIK (VIK1)). Rolling practically does not change the dispersion and uniformity of the structure (Fig. 3 - microstructure of the alloy after VIC, precipitation and isothermal rolling (VIK1P)).

Кроме того, были проведены микроструктурные исследования методом сканирующей электронной микроскопии совместно с методом дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD) с помощью растрового электронного микроскопа Carl Zeiss Sigma, оснащенного детекторами InLens и SE.In addition, microstructural studies were performed by scanning electron microscopy in conjunction with the backscattered electron diffraction (EBSD) method using a Carl Zeiss Sigma scanning electron microscope equipped with InLens and SE detectors.

Исследовали сечения шлифа VIK1P в направлениях ED и TD. Топография поверхностей начинала проявляться на увеличениях порядка 10000, однако каких-либо микроструктурных особенностей выявлено не было. Установлено равномерное распределение химических элементов без каких-либо признаков образования специфических фаз за исключением отдельных включений кальция и цинка в основной магниевой матрице.The sections of the VIK1P thin section were studied in the ED and TD directions. The topography of surfaces began to appear at magnifications of the order of 10,000, but no microstructural features were detected. A uniform distribution of chemical elements without any signs of the formation of specific phases was established, with the exception of individual calcium and zinc inclusions in the main magnesium matrix.

Текстуру деформированного сплава исследовали методом EBSD с использованием EBSD сканов, полученных в сканирующем электронном микроскопе ZEISS SIGMA с полевым катодом и детектором EDAX/TSL Hikari 5.0.The texture of the deformed alloy was studied by EBSD using EBSD scans obtained using a ZEISS SIGMA scanning electron microscope with a field cathode and a Hikari 5.0 EDAX / TSL detector.

В исходном литом состоянии структура сплава однородная, текстура близка к случайной. После всесторонней изотермической ковки реализуется очень однородная полностью рекристаллизованная структура с достаточно мелким зерном. В плоскости, параллельной оси заготовки, наблюдается текстура, характерная для РКУП, но с более размытым распределением базисных плоскостей относительно полюсов, что является преимуществом. При этом максимальное значение текстуры относительно невелико и составляет 6,5. Деформационные двойники отсутствуют. После изотермической прокатки образцов сплава, прошедших всестороннюю изотермическую ковку, в материале формируется характерная текстура прокатки с базисными плоскостями, сориентированными перпендикулярно направлению прокатки.In the initial cast state, the alloy structure is homogeneous, the texture is close to random. After a comprehensive isothermal forging, a very uniform completely recrystallized structure with a sufficiently fine grain is realized. In the plane parallel to the axis of the workpiece, there is a texture characteristic of ECAP, but with a more diffuse distribution of the basal planes relative to the poles, which is an advantage. In this case, the maximum value of the texture is relatively small and is 6.5. There are no deformation twins. After isothermal rolling of alloy samples that have undergone comprehensive isothermal forging, a characteristic rolling texture is formed in the material with basal planes oriented perpendicular to the rolling direction.

Из вышеизложенного следует, что, как с точки зрения микроструктуры, так и текстуры, весьма перспективным является предлагаемый способ гибридной обработки магниевых сплавов, позволяющий проводить обработку заготовок широкого диапазона размеров до очень больших степеней деформации и изготавливать полуфабрикаты самой различной формы. Его применение обеспечивает получение очень однородной мелкозернистой структуры с меньшей остротой текстуры по сравнению, например, с экструзией и РКУП, что, в свою очередь, позволяет получать достаточно высокие значения прочности и пластичности, а также уменьшенную асимметрию механического поведения и, как следствие, повышение усталостных характеристик.It follows from the foregoing that, both from the point of view of microstructure and texture, the proposed method for hybrid processing of magnesium alloys is very promising, which allows processing workpieces of a wide range of sizes to very large degrees of deformation and to produce semi-finished products of various shapes. Its application provides a very homogeneous fine-grained structure with less texture sharpness compared, for example, with extrusion and ECAP, which, in turn, allows one to obtain sufficiently high values of strength and ductility, as well as reduced asymmetry of mechanical behavior and, as a result, increased fatigue characteristics.

Claims (1)

Способ гибридной обработки магниевых сплавов, включающий гомогенизирующий отжиг, всестороннюю изотермическую ковку и изотермическую прокатку, отличающийся тем, что гомогенизирующий отжиг осуществляют при температуре 350÷450°С, всестороннюю изотермическую ковку проводят ступенчато в интервале температур 400÷300°С с шагом 25°С и с постепенным увеличением скорости осадки от 2 до 20 мм/мин с обеспечением суммарной истинной степени деформации в диапазоне 8÷10, а изотермическую прокатку осуществляют при температуре 300÷250°С в несколько проходов со степенью деформации в каждом проходе не более 5% и суммарной степенью истинной деформации прокаткой порядка 1.A method of hybrid processing of magnesium alloys, including homogenizing annealing, comprehensive isothermal forging and isothermal rolling, characterized in that homogenizing annealing is carried out at a temperature of 350 ÷ 450 ° C, comprehensive isothermal forging is carried out stepwise in the temperature range 400 ÷ 300 ° C with a step of 25 ° C and with a gradual increase in the precipitation rate from 2 to 20 mm / min, ensuring the total true degree of deformation in the range of 8 ÷ 10, and isothermal rolling is carried out at a temperature of 300 ÷ 250 ° C in several passes with Degree of deformation in each pass is not more than 5% and a total rolling degree of true strain of about 1.
RU2019124362A 2019-07-29 2019-07-29 Method for hybrid treatment of magnesium alloys RU2716612C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124362A RU2716612C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Method for hybrid treatment of magnesium alloys
DE112020003615.4T DE112020003615T5 (en) 2019-07-29 2020-09-29 PROCESSES FOR MIXED TREATMENT OF MAGNESIUM ALLOYS (VARIANTS)
PCT/RU2020/050254 WO2021021006A2 (en) 2019-07-29 2020-09-29 Method for hybrid processing of magnesium alloys (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124362A RU2716612C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Method for hybrid treatment of magnesium alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2716612C1 true RU2716612C1 (en) 2020-03-13

Family

ID=69898517

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124362A RU2716612C1 (en) 2019-07-29 2019-07-29 Method for hybrid treatment of magnesium alloys

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112020003615T5 (en)
RU (1) RU2716612C1 (en)
WO (1) WO2021021006A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758798C1 (en) * 2020-07-21 2021-11-02 Дмитрий Львович Мерсон Method for producing a bioresorbable magnesium alloy and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745592A (en) * 2010-01-15 2010-06-23 北京工业大学 Rotary swaging preparation method for high-strength magnesium alloy wire
RU2664744C1 (en) * 2017-11-28 2018-08-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for treating mg-al-zn magnesium alloy using rotational forging method
RU2678111C1 (en) * 2018-05-21 2019-01-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" METHOD FOR PROCESSING MAGNESIUM ALLOY OF Mg-Y-Nd-Zr SYSTEM BY EQUAL CHANNEL ANGULAR PRESSING
US20190078186A1 (en) * 2016-03-10 2019-03-14 National Institute For Materials Science Wrought processed magnesium-based alloy and method for producing same
CN109852912A (en) * 2017-11-30 2019-06-07 北京有色金属研究总院 A method of improving magnesium alloy creep-resistant property

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2514239C2 (en) 2012-06-05 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физико-технических проблем Севера имени В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук Method of combined high-intensity plastic deformation of metal plate
CN103805924B (en) * 2012-11-14 2016-01-20 北京有色金属研究总院 A kind ofly be applicable to the Homogenization Treatments of magnesium alloy ingot and the method for following process
CN103820689B (en) * 2012-11-19 2016-01-20 北京有色金属研究总院 Be high-strength heat-resistant magnesium alloy and the preparation working method thereof of rare earth containing two
RU2529604C1 (en) 2013-04-08 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of combined intense plastic deformation of workpieces
CN107427603A (en) * 2015-03-11 2017-12-01 波士顿科学国际有限公司 Bioerodible magnesium alloy micro-structural for interior prosthese

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101745592A (en) * 2010-01-15 2010-06-23 北京工业大学 Rotary swaging preparation method for high-strength magnesium alloy wire
US20190078186A1 (en) * 2016-03-10 2019-03-14 National Institute For Materials Science Wrought processed magnesium-based alloy and method for producing same
RU2664744C1 (en) * 2017-11-28 2018-08-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for treating mg-al-zn magnesium alloy using rotational forging method
CN109852912A (en) * 2017-11-30 2019-06-07 北京有色金属研究总院 A method of improving magnesium alloy creep-resistant property
RU2678111C1 (en) * 2018-05-21 2019-01-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" METHOD FOR PROCESSING MAGNESIUM ALLOY OF Mg-Y-Nd-Zr SYSTEM BY EQUAL CHANNEL ANGULAR PRESSING

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758798C1 (en) * 2020-07-21 2021-11-02 Дмитрий Львович Мерсон Method for producing a bioresorbable magnesium alloy and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021021006A8 (en) 2021-03-25
WO2021021006A2 (en) 2021-02-04
WO2021021006A3 (en) 2021-05-14
DE112020003615T5 (en) 2022-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Verlinden Severe plastic deformation of metals
Sun et al. Exceptional grain refinement in a Mg alloy during high pressure torsion due to rare earth containing nanosized precipitates
Minárik et al. Exceptional mechanical properties of ultra-fine grain Mg-4Y-3RE alloy processed by ECAP
Cardoso et al. High Strength AA7050 Al alloy processed by ECAP: Microstructure and mechanical properties
Bahmani et al. Corrosion behavior of severely plastically deformed Mg and Mg alloys
Panigrahi et al. A study on the combined treatment of cryorolling, short-annealing, and aging for the development of ultrafine-grained Al 6063 alloy with enhanced strength and ductility
Yin et al. Ultrafine grained Al 7075 alloy fabricated by cryogenic temperature large strain extrusion machining combined with aging treatment
Kim et al. Enhancement of the strain hardening ability in ultrafine grained Mg alloys with high strength
Wang et al. Effects of coarse Al2CuLi phase on the hot deformation behavior of Al–Li alloy
Sanyal et al. Influence of hard plate hot forging temperature on the microstructure, texture and mechanical properties in a lean Mg–Zn–Al alloy
Sun et al. Evolution of microstructure and mechanical properties of an as-cast Mg-8.2 Gd-3.8 Y-1.0 Zn-0.4 Zr alloy processed by high pressure torsion
Kawałko et al. Microstructure of titanium on complex deformation paths: Comparison of ECAP, KOBO and HE techniques
Sheremet’ev et al. Advanced technology for preparing bar from medical grade Ti-Zr-Nb superelastic alloy based on combination of radial-shear rolling and rotary forging
Cubero-Sesin et al. Strengthening via Microstructure Refinement in Bulk Al–4 mass% Fe Alloy Using High-Pressure Torsion
Li et al. Achieving single-pass high-reduction rolling and enhanced mechanical properties of AZ91 alloy by RD-ECAP pre-processing
Sheng et al. Hot extrusion effect on the microstructure and mechanical properties of a Mg–Y–Nd–Zr alloy
RU2716612C1 (en) Method for hybrid treatment of magnesium alloys
Manjunath et al. A review on effect of multi-directional forging/multi-axial forging on mechanical and microstructural properties of aluminum alloy
Sun et al. Mechanical properties and texture evolution during hot rolling of AZ31 magnesium alloy
Lei et al. Microstructure and mechanical properties of pure magnesium subjected to hot extrusion
Murashkin et al. Strength of commercial aluminum alloys after equal channel angular pressing and post-ECAP processing
Yue et al. Grain Refinement and Texture Evolution of Mg-Gd-Y-Zn-Zr Alloy processed by repetitive usetting-extrusion at decreasing temperature
Mostaed et al. Microstructural, texture, plastic anisotropy and superplasticity development of ZK60 alloy during equal channel angular extrusion processing
Dvorský et al. Structure and mechanical characterization of Mg-Nd-Zn alloys prepared by different processes
Avtokratova et al. The processing route towards outstanding performance of the severely deformed Al–Mg–Mn-Sc-Zr alloy