Wpływ dużych prędkości odkształcenia na właściwości mechaniczne i rozdrobnienie struktury w aluminium i miedzi

• Autorzy: Leszczyńska, B. , Richert, M.

Warianty tytułu

EN

High strain rate effect on mechanical properties and structure refinement in aluminium and copper

• Konferencja: VI Konferencja Odkształcalność metali i stopów 22-25.11.2005; Bezmiechowa k/Leska, Polska
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Duża prędkość odkształcenia jest czynnikiem silnie aktywującym rozwój lokalizacji odkształcenia w pasmach ścinania, które przy dużych prędkościach odkształcenia mają cechy adiabatycznych pasm ścinania. W tego typu pasmach, profil rozkładu temperatury wykazuje silny pik wzrostu, nawet do kilkuset stopni. Lokalny wzrost temperatury w pasmach, w zależności od warunków odkształcenia, może prowadzić, do rozwoju rekrystalizacji dynamicznej lub postdynamicznej. Czynnikiem sprzyjającym rozwojowi procesów mięknięcia jest niska energia błędu ułożenia, umocnienie roztworowe lub dyspersyjne, ograniczające ruch dyslokacji. Porównanie miedzi i aluminium, ściskanych młotem spadowym z dużymi prędkościami odkształcenia (wzór), miało na celu sprawdzenie tezy, dotyczącej łatwości rozwoju procesów mięknięcia, w zależności od wielkości energii błędu ułożenia odkształcanego materiału. W artykule przedstawiono ewolucję mikrostruktury i własności aluminium Al99,5 oraz miedzi Cu99,99, ściskanych w zakresie odkształceń rzeczywistych varphi = 0,25/0,62 z prędkościami odkształcenia w zakresie:(wzór) . W obu materiałach stwierdzono występowanie struktury pasmowej. Zaobserwowano wzajemne przecinanie się pasm i mikropasm, prowadzące do podziału materiału na charakterystyczne bloki, o kształcie zukosowanych równoległoboków. Szczególną uwagę zwrócono na wymiary niektórych elementów mikrostruktury. Ustalono, że w miarę wzrostu odkształcenia zmniejsza się szerokość mikropasm. W miedzi, zmiany szerokości mikropasm, w zakresie odkształceń varphi = 0,27/0,38, wynosiły d = 55/320 nm. W aluminium mikropasma były znacznie szersze. W zakresie odkształceń varphi = 0,25/0,62, obserwowano mikropasma w przedziale wymiarowym d =75/900 nm. Stwierdzono występowanie dużej dezorientacji pomiędzy mikropasmami, a otaczającą osnową oraz pomiędzy utworzonymi komórkami i podziarnami. Zaobserwowano skutki działania procesów zdrowienia i poligonizacji, przejawiające się silniej w aluminium, w którym uzyskano szersze mikropasma. Przebieg umocnienia materiałów wykazywał ciągły wzrost. W przypadku aluminium mikrotwardość wzrosła od początkowej wartości 20 muHv(100) do około 45 muHv(100), a w przypadku miedzi od około 80 muHv(100) do 110 muHv(100).

EN

High strain rate is the factor strongly influences on the activity of strain localization in shear bands, which at the dynamic strain rates have features of the adiabatic shear bands. In this type of bands, the temperature profile along the shear band show high temperature rise, even to several hundred degrees. The local rise of the temperature in bands, in some cases, leads to the dynamic recrystallization or postdynamic recrystallization development. The factor facilitates structure softening processes are the Iow stacking fall energy, solution or dispersion hardening, limiting the movement of dislocations. The comparison of the copper and aluminium, compressed by using special laboratory hammer, with the high strain rates (formula), has the purpose to check the facility of the structure softening processes, depending on the value of stacking fall energy. In the work, the evolution of the microstructure and properties of aluminium Al99.5 and copper Cu99.99, compressed in the range of true strains varphi = 0.25 / 0.62, with the strain rate (formula) have been presented. In the both materials, the strong tendency to strain localization in bands and micro shear bands has been found. The intersection of bands, leading to the division of materials into the characteristic blocks with the chess board shapes has been observed. The special attention has been paid on the dimension of the microstructure elements. It has been stated that with the increase of deformation, the width of the microbands becomes lower. In the copper, the changes in the width of microbands, in the range of true strains varphi=0.27/0.38 placed from d = 55/320 nm. In the aluminium, the width of microbands was broader. In the range of strains varphi = 0.25/0.62, it changed d = 75/900 nm. It has been found large misorientation between the microbands and the surrounded material and also between the cells and subgrains. The effects of recovery and poligonization on the microstructure have been observed. The hardening of deformed materials shows the continuous increase. In the case of the aluminium the microhardness increases from the initial value about 20 muHv(100) to the 45 muHv(100), in the case of copper it increases from the 80 muHv(100) to about 110 muHv(100).

Słowa kluczowe

PL

mikroplazma; dezorientacja; mikrostruktura dyslokacyjna; prędkość odkształcenia

EN

microbands; misorientation; dislocation structure; high strain rate

• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 50, nr 10-11
• Strony: 586-590
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Leszczyńska, B.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

autor

Richert, M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

Bibliografia

• 1. Leszczyńska B., RichertM.: Wpływ dużej prędkości odkształcenia na formowanie elementów struktury o wymiarach nanometrycznych, w materiałach metalicznych. XXXII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków — Krynica 2004, s. 111-116.
• 2. Leszczyńska B., RichertM.: Wpływ dynamicznego odkształcania na strukturę ściskanego A199.5 i stopu AlCuZr. XXXI Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków — Krynica 2003, s. 13-5-19.
• 3. Leszczyńska B., RichertM.: Effect of dynamie compression on Microstructure of alluminium alloys, AlCu4Zr and AlMgS. Inżynieria Materiałowa, 2004, nr 3, (140) s. 381-384.
• 4. Richert M., Leszczyńska B.: Structure and Properties of dynamically compressed A199.5 and AlCuZr alloy. Journal of Alloys and Compounds 2004, nr 382, s. 305-310.
• 5. Blicharski M.: Odkształcanie i pękanie. Uczelniane wydaw. nauk.-dydakt, Kraków 2002.
• 6. Adamczyk-Cieślak B: Analiza zmian mikrostruktury i właściwości mechanicznych stopów Al-Mg-Si po dużym odkształceniu plastycznym. XXXII Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków — Krynica 2004, s. 99-104.
• 7. Wróbel M.: Błędy ułożenia — czym są i od czego zależy ich energia. Inżynieria Materiałowa 2001, nr 6, s. 1024-1030.
• 8. Huang J. C, Gray UIG. T.: Microband formation in shock-Ioaded and quasi-statically deformed metals. Acta Metali, 1989, No. 12, vol. 37, p. 3335-3341.
• 9. Carpenter S. H.: Dislocation Damping of explosively shocked polycrystalline copper. Phill. Mag. 1968, No. 17, p. 855+857.
• 10. Edington J. W.: The influence of strain ratę on the mechanical properties and dislocation substructure in deformed copper single crystals. Phill. Mag. 1969, No. 19, p. 1189-1206.
• 11. Rose M. F., Berger T. L: Shock deformation of polycrystalline aluminium. 1968, No. 17, p. 1121-1133.
• 12. Richert M., Czyrska-Filemorwwicz A., Richert J., Dybiec H., Wusatowska- Sarnek A., Dubiel B.: Charakterystyczne cechy mikrostruktury s'ciskanych monokryształów aluminium. Inżynieria Materiałowa 2000, nr 4, s. 149-156.
• 13.HarrenS. V., DcveH. E.,AsaroR. J.: Shear band formation in pianę strain compression. Acta metali., vol. 36, No. 9, p. 2435-2480.
• 14. Duffy J., Clii Y. C.: On the measurement of local strain temperaturę dunng the formation of adiabatic shear bands. Materials Science and Engineering, A157. 1992, p. 195-210.
• 15. Timothy S. P.: The structure of adiabatic shear bands in metals: critical review. Acta Metali. 1987, vol. 35, No. 2, p. 301-306.
• 16. Djapic Oosterkamp L, Ivankovic A., Venizelos C.: High strain rate properties of selected aluminium alloys. Materials Science and Engineering A278, 2000, p. 225-235.
• 17. Shih M. H.. Yu C. Y., Kao P. W., Chang C. P.: Microstructure and flow stress of copper deformed to large plastic strains. Scripta Materialia 2001, No. 45, p. 793-799.
• 18. Ostwaldt D., Klimanek P.: The influence of temperaturę and strain rate on microstructural evolution of polycrystalline copper. Materials Science and Engineering, A234-236, 1997, s. 810-813.
• 19. Richert M., Richert J., Hawrytkiewicz S., Wusatowska A..- Microstructure of heavily deformed materials. Inżynieria Materiałowa, 2001, nr 5 (124), s. 776+779.
• 20. Richert M., Liu Q., Hansen N.: Microstructural Evolution Over a Large Strain Rangę in Aluminium Deformed by Cyclic-Extrusion-Compression. Materials Science & Engineering, A260, 1999, s. 275+283.
• 21. Valiev R. Z., Islamgaliev R. K., Alexandrov l V.: Bulk Nanostructured Materials From Severe Plastic Deformation. Progres in Mat. Sci. 2000, nr 45, s. 103+189.
• 22. KwnarK. S., Van SwygenhovenH., SureshS.: Mechanical Behaviour of Nanocrystalline Metals and Alloys. Acta Materialia, 2003, vol. 51. No. 19, p. 5743+5774.
• 23. Morris D. G.: Mechanical Behaviour of Nanostructured Materials. Trans Tech Pub. LTD, 2000.
• 24. Kurzydtowski K. J., Richert M.: On the mechanisms of nanograins formation in cold plastic deformation conditions. Inżynieria Materiałowa, 2005 [in press].
• 25. Grabski M. W.: Struktura granic ziarn w metalach. Wydaw. Śląsk, Katowice 1969.